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4.7 二叉树（基础题）

  二叉树了，很有趣的数据结构。树的深度、相同的树、对称的树、平衡的树、二叉搜索树。

104. 二叉树的最大深度

题目链接

给定一个二叉树 root ，返回其最大深度。
二叉树的 最大深度 是指从根节点到最远叶子节点的最长路径上的节点数。

示例 1：

输入：root = [3,9,20,null,null,15,7]
输出：3

示例 2：
输入：root = [1,null,2]
输出：2

提示：

• 树中节点的数量在 [0, 10^4] 区间内。
• -100 <= Node.val <= 100

# Definition for a binary tree node.
# class TreeNode:
#     def __init__(self, val=0, left=None, right=None):
#         self.val = val
#         self.left = left
#         self.right = right
class Solution:def maxDepth(self, root: Optional[TreeNode]) -> int:"""时间复杂度：O(n)，其中 n 为二叉树的节点个数。空间复杂度：O(n)。最坏情况下，二叉树退化成一条链，递归需要 O(n) 的栈空间。"""if root is None:return 0l_depth = self.maxDepth(root.left)r_depth = self.maxDepth(root.right)return max(l_depth,r_depth)+1

100. 相同的树

题目链接

给你两棵二叉树的根节点 p 和 q ，编写一个函数来检验这两棵树是否相同。
如果两个树在结构上相同，并且节点具有相同的值，则认为它们是相同的。

示例 1：

输入：p = [1,2,3], q = [1,2,3]
输出：true

示例 2：

输入：p = [1,2], q = [1,null,2]
输出：false

示例 3：

输入：p = [1,2,1], q = [1,1,2]
输出：false

提示：

• 两棵树上的节点数目都在范围 [0, 100] 内
• -10^4 <= Node.val <= 10^4

# Definition for a binary tree node.
# class TreeNode:
#     def __init__(self, val=0, left=None, right=None):
#         self.val = val
#         self.left = left
#         self.right = right
class Solution:def isSameTree(self, p: Optional[TreeNode], q: Optional[TreeNode]) -> bool:"""时间复杂度：O(min(n,m))，其中n为p的节点个数，m为q的节点个数空间复杂度：O(min(n,m))"""# This if-condition is very beautifulif p is None or q is None:return p is q# Do not add a space after ths backslash. return p.val == q.val and \self.isSameTree(p.left,q.left) and \self.isSameTree(p.right,q.right)

101. 对称二叉树

题目链接
给你一个二叉树的根节点 root ， 检查它是否轴对称。

示例 1：

输入：root = [1,2,2,3,4,4,3]
输出：true

示例 2：

输入：root = [1,2,2,null,3,null,3]
输出：false

提示：

• 树中节点数目在范围 [1, 1000] 内
• -100 <= Node.val <= 100

# Definition for a binary tree node.
# class TreeNode:
#     def __init__(self, val=0, left=None, right=None):
#         self.val = val
#         self.left = left
#         self.right = right
class Solution:"""时间复杂度：O(n)，其中n为二叉树的节点个数。空间复杂度：O(n)。最坏情况下，二叉树退化成一条链，递归需要O(n)的栈空间。"""def isSameTree(self, p:Optional[TreeNode], q:Optional[TreeNode]) -> bool:if p is None or q is None:return p is qreturn p.val == q.val and \self.isSameTree(p.left,q.right) and \self.isSameTree(p.right,q.left)def isSymmetric(self, root: Optional[TreeNode]) -> bool:if root is None: return Truereturn self.isSameTree(root.left,root.right)

110. 平衡二叉树

题目链接
给定一个二叉树，判断它是否是 平衡二叉树 。

示例 1：

输入：root = [3,9,20,null,null,15,7]
输出：true

示例 2：

输入：root = [1,2,2,3,3,null,null,4,4]
输出：false

示例 3：

输入：root = []
输出：true

提示：

• 树中的节点数在范围 [0, 5000] 内
• -10^4 <= Node.val <= 10^4

# Definition for a binary tree node.
# class TreeNode:
#     def __init__(self, val=0, left=None, right=None):
#         self.val = val
#         self.left = left
#         self.right = right
class Solution:def isBalanced(self, root: Optional[TreeNode]) -> bool:"""时间复杂度：O(n)，其中n为二叉树的节点个数。空间复杂度：O(n)。最坏情况下，二叉树退化成一条链，递归需要O(n)的栈空间。"""def get_height(node):if node is None:return 0l_height = get_height(node.left)if l_height == -1:return -1r_height = get_height(node.right)if r_height == -1 or abs(l_height - r_height) > 1:return -1return max(l_height,r_height) + 1return get_height(root) != -1

199. 二叉树的右视图（树的深度拓展题）

题目链接
给定一个二叉树的 根节点 root，想象自己站在它的右侧，按照从顶部到底部的顺序，返回从右侧所能看到的节点值。

示例 1：
输入：root = [1,2,3,null,5,null,4]
输出：[1,3,4]
解释：

示例 2：
输入：root = [1,2,3,4,null,null,null,5]
输出：[1,3,4,5]
解释：

示例 3：
输入：root = [1,null,3]
输出：[1,3]

示例 4：
输入：root = []
输出：[]

提示:

• 二叉树的节点个数的范围是 [0,100]
• -100 <= Node.val <= 100

# Definition for a binary tree node.
# class TreeNode:
#     def __init__(self, val=0, left=None, right=None):
#         self.val = val
#         self.left = left
#         self.right = right
class Solution:def rightSideView(self, root: Optional[TreeNode]) -> List[int]:"""时间复杂度：O(n)，其中n是二叉树的节点个数。空间复杂度：O(h)，其中h是二叉树的高度。递归需要O(h)的栈空间。最坏情况下，二叉树退化成一条链，递归需要O(n)的栈空间。"""ans = []def f(node, depth):if node is None:return if depth == len(ans):ans.append(node.val)f(node.right,depth+1)f(node.left,depth+1)f(root,0)return ans

98. 验证二叉搜索树

题目链接
给你一个二叉树的根节点 root ，判断其是否是一个有效的二叉搜索树。
有效 二叉搜索树定义如下：

• 节点的左子树只包含 小于 当前节点的数。
• 节点的右子树只包含 大于 当前节点的数。
• 所有左子树和右子树自身必须也是二叉搜索树。

示例 1：

输入：root = [2,1,3]
输出：true

示例 2：

输入：root = [5,1,4,null,null,3,6]
输出：false
解释：根节点的值是 5 ，但是右子节点的值是 4 。

提示：

• 树中节点数目范围在[1, 10^4] 内
• -2^31 <= Node.val <= 2^31 - 1

很有趣的一道题，跟着灵神学习，前序、中序以及后序，三种方法，受益匪浅，这里灵神有句话总结的非常到位，就给搬过来了。 【原题解链接】

• 前序遍历在某些数据下不需要递归到叶子节点就能返回（比如根节点左儿子的值大于根节点的值，左儿子就不会继续往下递归了），而中序遍历和后序遍历至少要递归到一个叶子节点。从这个角度上来说，前序遍历是最快的。
• 中序遍历很好地利用了二叉搜索树的性质，使用到的变量最少。
• 后序遍历的思想是最通用的，即自底向上计算子问题的过程。想要学好动态规划的话，请务必掌握自底向上的思想。

# Definition for a binary tree node.
# class TreeNode:
#     def __init__(self, val=0, left=None, right=None):
#         self.val = val
#         self.left = left
#         self.right = right
class Solution:"""时间复杂度：O(n)，其中n为二叉搜索树的节点个数。空间复杂度：O(n)。# Preorder traversaldef isValidBST(self, root: Optional[TreeNode], left=-inf, right=inf) -> bool:if root is None:return Truex = root.valreturn left < x < right and \self.isValidBST(root.left,left,x) and \self.isValidBST(root.right,x,right)# Inorder traversalpre = -infdef isValidBST(self, root: Optional[TreeNode]) -> bool:if root is None:return Trueif not self.isValidBST(root.left) or \root.val <= self.pre:return Falseself.pre = root.valreturn self.isValidBST(root.right)"""# Postorder traversaldef isValidBST(self, root: Optional[TreeNode]) -> bool:def dfs(node:Optional[TreeNode]) -> tuple:if node is None:return inf, -infl_min, l_max = dfs(node.left)r_min, r_max = dfs(node.right)x = node.valif x <= l_max or x >= r_min:return -inf, infreturn min(l_min,x), max(r_max,x)return dfs(root)[0] != -inf