从递归到迭代吃透树的层次——力扣104.二叉树的最大深度

力扣104.二叉树的最大深度


一、题目分析

题目:

给定一棵二叉树的根节点 root,返回它的最大深度。

最大深度定义为:从根节点到最远叶子节点的最长路径上的节点数量。

输入输出示例:

输入 输出 说明
[3,9,20,null,null,15,7] 3 最长路径是 3 → 20 → 7
[1,null,2] 2 最长路径是 1 → 2

数据范围:

  • 节点个数在 [0, 10^4]
  • 节点值在 [-100, 100]

二、解法一:递归(深度优先)

思路:

  • 若树为空,深度为 0。
  • 否则,最大深度等于左右子树深度的最大值 + 1。
  • 是最经典、最自然的思路。
java 复制代码
public class Solution {
    public int maxDepth(TreeNode root) {
        if (root == null) return 0;
        int leftDepth = maxDepth(root.left);
        int rightDepth = maxDepth(root.right);
        return Math.max(leftDepth, rightDepth) + 1;
    }
}

复杂度分析:

  • 时间复杂度:O(n),每个节点遍历一次。
  • 空间复杂度:O(h),h 为树的高度(最坏情况下退化为 O(n))。

三、解法二:层序遍历(BFS)

思路:

  • 用队列逐层遍历,每遍历一层深度 +1。
  • 最终层数即为最大深度。
java 复制代码
import java.util.*;

public class Solution {
    public int maxDepth(TreeNode root) {
        if (root == null) return 0;
        Queue<TreeNode> queue = new LinkedList<>();
        queue.offer(root);
        int depth = 0;
        while (!queue.isEmpty()) {
            int size = queue.size();
            for (int i = 0; i < size; i++) {
                TreeNode node = queue.poll();
                if (node.left != null) queue.offer(node.left);
                if (node.right != null) queue.offer(node.right);
            }
            depth++;
        }
        return depth;
    }
}

复杂度分析:

  • 时间复杂度:O(n),每个节点进出队各一次。
  • 空间复杂度:O(n),队列最多同时容纳一层节点。

四、解法三:显式栈(DFS 迭代版)

思路:

  • 用栈模拟递归过程,栈中保存节点及其当前深度。
  • 每次出栈时更新最大深度。
java 复制代码
import java.util.*;

public class Solution {
    public int maxDepth(TreeNode root) {
        if (root == null) return 0;
        Stack<TreeNode> nodeStack = new Stack<>();
        Stack<Integer> depthStack = new Stack<>();
        nodeStack.push(root);
        depthStack.push(1);
        int maxDepth = 0;
        while (!nodeStack.isEmpty()) {
            TreeNode node = nodeStack.pop();
            int depth = depthStack.pop();
            maxDepth = Math.max(maxDepth, depth);
            if (node.left != null) {
                nodeStack.push(node.left);
                depthStack.push(depth + 1);
            }
            if (node.right != null) {
                nodeStack.push(node.right);
                depthStack.push(depth + 1);
            }
        }
        return maxDepth;
    }
}

复杂度分析:

  • 时间复杂度:O(n)
  • 空间复杂度:O(n)

五、方法比较

方法 思路 是否递归 是否按层遍历 空间复杂度 优点
递归 自顶向下计算 O(h) 代码简洁直观
BFS 队列层序遍历 O(n) 层数一目了然
显式栈 DFS 手动栈模拟递归 O(n) 控制过程灵活
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