【力扣100题】29. 对称二叉树

一、题目描述

给你一个二叉树的根节点 root,检查它是否轴对称。

轴对称:左右子树互为镜像,即左子树的左孩子 == 右子树的右孩子,左子树的右孩子 == 右子树的左孩子。

示例

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

提示

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

进阶

你可以运用递归和迭代两种方法解决这个问题吗?


二、解题思路总览

方法 核心思想 时间复杂度 空间复杂度
递归 同步遍历左右子树,外侧对内侧 O(n) O(h),h为树高
迭代 层序遍历,对比每层是否对称 O(n) O(n)

对称的核心:

  • 外侧对内侧:left->left vs right->right
  • 内侧对外侧:left->right vs right->left
  • 两组同时满足才对称

三、完整代码

方法一:递归

cpp 复制代码
class Solution {
public:
    bool traversal(TreeNode* list1, TreeNode* list2) {
        // 1. 两节点都为空,对称
        if (list1 == NULL && list2 == NULL) return true;
        // 2. 只有一个为空,不对称
        else if (list1 == NULL || list2 == NULL) return false;
        // 3. 节点值不同,不对称
        else if (list1->val != list2->val) return false;

        // 4. 外侧对比:list1的左 vs list2的右
        bool outside = traversal(list1->left, list2->right);
        // 5. 内侧对比:list1的右 vs list2的左
        bool inside = traversal(list1->right, list2->left);

        // 6. 外侧和内侧都对称才对称
        return outside & inside;
    }

    bool isSymmetric(TreeNode* root) {
        if (!root) return true;                        // 空树
        return traversal(root->left, root->right);    // 对比左右子树
    }
};

方法二:迭代(层序遍历)

cpp 复制代码
class Solution {
public:
    bool isSymmetric(TreeNode* root) {
        if (!root) return true;           // 空树
        queue<TreeNode*> q;               // 层序遍历队列
        q.push(root->left);
        q.push(root->right);

        while (!q.empty()) {
            TreeNode* left = q.front();   // 左子树节点
            q.pop();
            TreeNode* right = q.front();  // 右子树节点
            q.pop();

            // 两节点都为空,继续
            if (!left && !right) continue;

            // 只有一个为空,不对称
            if (!left || !right) return false;

            // 值不同,不对称
            if (left->val != right->val) return false;

            // 入队:外侧对内侧
            q.push(left->left);   // 左子树的左
            q.push(right->right);// 右子树的右

            // 入队:内侧对外侧
            q.push(left->right);  // 左子树的右
            q.push(right->left);  // 右子树的左
        }

        return true;
    }
};

四、算法流程图(ASCII)

对称结构示意

复制代码
对称树示例:[1,2,2,3,4,4,3]

        1
       / \
      2   2      ← 根节点左右对称
     /\  /\
    3  44  3
     \  |  /
      镜像关系

外侧对比:2(左)->left(3)  vs  2(右)->right(3)
内侧对比:2(左)->right(4) vs  2(右)->left(4)

递归版流程

复制代码
isSymmetric(1)
        │
        ▼
traversal(2, 2)  ← 比较左右子树根节点
        │
        ├── 比较2.val == 2.val ✓
        │
        ├── outside = traversal(3, 3) ← 外侧
        │       ├── 比较3.val == 3.val ✓
        │       ├── outside = traversal(NULL, NULL) → true
        │       ├── inside = traversal(NULL, NULL) → true
        │       └── return true & true = true
        │
        └── inside = traversal(4, 4) ← 内侧
                ├── 比较4.val == 4.val ✓
                ├── outside = traversal(NULL, NULL) → true
                ├── inside = traversal(NULL, NULL) → true
                └── return true & true = true

最终:true & true = true

五、逐行解析

递归版逐行解析

cpp 复制代码
class Solution {
public:
    bool traversal(TreeNode* list1, TreeNode* list2) {
        // ─────────────────────────────────────────
        // 第1步:两节点都为空,对称
        // 递归终止条件:最简单的对称情况
        // ─────────────────────────────────────────
        if (list1 == NULL && list2 == NULL) return true;

        // ─────────────────────────────────────────
        // 第2步:只有一个为空,不对称
        // 一个有值一个为空,必定不对称
        // ─────────────────────────────────────────
        else if (list1 == NULL || list2 == NULL) return false;

        // ─────────────────────────────────────────
        // 第3步:节点值不同,不对称
        // ─────────────────────────────────────────
        else if (list1->val != list2->val) return false;

        // ─────────────────────────────────────────
        // 第4步:外侧对比
        // list1的左孩子 vs list2的右孩子
        // 对称树:左子树的左 == 右子树的右
        // ─────────────────────────────────────────
        bool outside = traversal(list1->left, list2->right);

        // ─────────────────────────────────────────
        // 第5步:内侧对比
        // list1的右孩子 vs list2的左孩子
        // 对称树:左子树的右 == 右子树的左
        // ─────────────────────────────────────────
        bool inside = traversal(list1->right, list2->left);

        // ─────────────────────────────────────────
        // 第6步:外侧和内侧同时满足才对称
        // 用 & 而不是 &&:确保两边都计算完再判断
        // ─────────────────────────────────────────
        return outside & inside;
    }

    bool isSymmetric(TreeNode* root) {
        if (!root) return true;  // 空树是对称的

        // 从左右子树开始对比
        return traversal(root->left, root->right);
    }
};

六、复杂度分析

时间复杂度

方法 分析 复杂度
递归 每个节点访问一次 O(n)
迭代 每个节点访问一次 O(n)

空间复杂度

方法 分析 复杂度
递归 函数调用栈,最大深度为树高h O(h)
迭代 队列存储同层节点 O(n)

七、面试追问 FAQ

问题 回答
为什么递归要用 & 而不是 &&? & 按位与确保两边表达式都执行完再返回;&& 可能有短路效应
递归的终止条件有哪些? 两节点都空(对称)、只有一个空(不对称)、值不同(不对称)
迭代怎么保证对称? 层序遍历时,每次取出两个节点对比,外侧入队和内侧入队要配对
和翻转二叉树有什么区别? 对称是左vs右,翻转是交换左右孩子,思路类似但用途不同
如何记忆这个算法? 记住"外侧对内侧"的口诀:left.left vs right.right,left.right vs right.left

八、相关题目

题目 难度 关键点
101. 对称二叉树 简单 本题
100. 相同的树 简单 递归比较
226. 翻转二叉树 简单 交换子树
104. 二叉树的最大深度 简单 递归遍历

九、总结

对比项 递归 迭代
代码量 少 较多
时间复杂度 O(n) O(n)
空间复杂度 O(h) O(n)
核心思想 同步遍历对比外侧内侧 层序遍历配对对比
相关推荐
Interview Aid11211 分钟前
SoFi 面试流程全解析:技术面试、OA 与备考指南
面试·职场和发展
动词ing28 分钟前
【题目练习】算法 组合总和||
算法
longlongzihan33 分钟前
链表找环:Floyd 判圈算法(LeetCode 141 & 142 )
c++·算法·leetcode·链表
专业程序开发源1 小时前
flask家电故障预测系统92491-计算机课程设计/毕业设计
vscode·python·sql·算法·flask·课程设计
Logic1011 小时前
C语言/数据结构欧几里得算法题解:长方形切割最大正方形——贪心划分计数
c语言·数据结构·算法·贪心算法·时间复杂度·空间复杂度·欧几里得算法
yi0111 小时前
LeetCode 643. 子数组最大平均数 I|从暴力枚举到滑动窗口
人工智能·笔记·python·算法·leetcode·滑动窗口
YangYang9YangYan2 小时前
2027数学与应用数学转产品经理:面试解释与项目准备
面试·职场和发展·产品经理
极光通讯2 小时前
服务器内存来料检验(IQC)实操:批次追溯、外观判定与上机验证
java·服务器·算法
淡海水2 小时前
02-04-原理篇-GC Roots与对象图遍历
算法·unity·c#·图·gc·遍历·roots
ClickHouseDB2 小时前
ClickHouse 大规模 OpenTelemetry 数据接入架构的可靠性演进
算法