原文链接: https://leetcode-cn.com/problems/er-cha-shu-de-jing-xiang-lcof

中文题目

请完成一个函数，输入一个二叉树，该函数输出它的镜像。

例如输入：

     4
   /   \
  2     7
 / \   / \
1   3 6   9
镜像输出：

     4
   /   \
  7     2
 / \   / \
9   6 3   1

 

示例 1：

输入：root = [4,2,7,1,3,6,9]
输出：[4,7,2,9,6,3,1]

 

限制：

0 <= 节点个数 <= 1000

注意：本题与主站 226 题相同：https://leetcode-cn.com/problems/invert-binary-tree/

通过代码

高赞题解

二叉树镜像定义： 对于二叉树中任意节点 $root$ ，设其左 / 右子节点分别为 $left, right$ ；则在二叉树的镜像中的对应 $root$ 节点，其左 / 右子节点分别为 $right, left$ 。

{:width=450}

方法一：递归法

• 根据二叉树镜像的定义，考虑递归遍历（dfs）二叉树，交换每个节点的左 / 右子节点，即可生成二叉树的镜像。

递归解析：

1. 终止条件： 当节点 $root$ 为空时（即越过叶节点），则返回 $null$ ；
2. 递推工作：
   1. 初始化节点 $tmp$ ，用于暂存 $root$ 的左子节点；
   2. 开启递归 右子节点 $mirrorTree(root.right)$ ，并将返回值作为 $root$ 的 左子节点 。
   3. 开启递归 左子节点 $mirrorTree(tmp)$ ，并将返回值作为 $root$ 的 右子节点 。
3. 返回值： 返回当前节点 $root$ ；

Q： 为何需要暂存 $root$ 的左子节点？
A： 在递归右子节点 “$root.left = mirrorTree(root.right);$” 执行完毕后， $root.left$ 的值已经发生改变，此时递归左子节点 $mirrorTree(root.left)$ 则会出问题。

<,,,,,,,,,,>

复杂度分析：

• 时间复杂度 $O(N)$ ： 其中 $N$ 为二叉树的节点数量，建立二叉树镜像需要遍历树的所有节点，占用 $O(N)$ 时间。
• 空间复杂度 $O(N)$ ： 最差情况下（当二叉树退化为链表），递归时系统需使用 $O(N)$ 大小的栈空间。

代码：

Python 利用平行赋值的写法（即 $a, b = b, a$ ），可省略暂存操作。其原理是先将等号右侧打包成元组 $(b,a)$ ，再序列地分给等号左侧的 $a, b$ 序列。

[]
class Solution {
    public TreeNode mirrorTree(TreeNode root) {
        if(root == null) return null;
        TreeNode tmp = root.left;
        root.left = mirrorTree(root.right);
        root.right = mirrorTree(tmp);
        return root;
    }
}

[]
class Solution {
public:
    TreeNode* mirrorTree(TreeNode* root) {
        if (root == nullptr) return nullptr;
        TreeNode* tmp = root->left;
        root->left = mirrorTree(root->right);
        root->right = mirrorTree(tmp);
        return root;
    }
};

[]
class Solution:
    def mirrorTree(self, root: TreeNode) -> TreeNode:
        if not root: return
        root.left, root.right = self.mirrorTree(root.right), self.mirrorTree(root.left)
        return root

[]
class Solution:
    def mirrorTree(self, root: TreeNode) -> TreeNode:
        if not root: return
        tmp = root.left
        root.left = self.mirrorTree(root.right)
        root.right = self.mirrorTree(tmp)
        return root

方法二：辅助栈（或队列）

• 利用栈（或队列）遍历树的所有节点 $node$ ，并交换每个 $node$ 的左 / 右子节点。

算法流程：

1. 特例处理： 当 $root$ 为空时，直接返回 $null$ ；
2. 初始化： 栈（或队列），本文用栈，并加入根节点 $root$ 。
3. 循环交换： 当栈 $stack$ 为空时跳出；
   1. 出栈： 记为 $node$ ；
   2. 添加子节点： 将 $node$ 左和右子节点入栈；
   3. 交换： 交换 $node$ 的左 / 右子节点。
4. 返回值： 返回根节点 $root$ 。

<,,,,,,,,,,,,,,>

复杂度分析：

• 时间复杂度 $O(N)$ ： 其中 $N$ 为二叉树的节点数量，建立二叉树镜像需要遍历树的所有节点，占用 $O(N)$ 时间。
• 空间复杂度 $O(N)$ ： 如下图所示，最差情况下，栈 $stack$ 最多同时存储 $\frac{N + 1}{2}$ 个节点，占用 $O(N)$ 额外空间。

{:width=450}

代码：

[]
class Solution:
    def mirrorTree(self, root: TreeNode) -> TreeNode:
        if not root: return
        stack = [root]
        while stack:
            node = stack.pop()
            if node.left: stack.append(node.left)
            if node.right: stack.append(node.right)
            node.left, node.right = node.right, node.left
        return root

[]
class Solution {
    public TreeNode mirrorTree(TreeNode root) {
        if(root == null) return null;
        Stack<TreeNode> stack = new Stack<>() {{ add(root); }};
        while(!stack.isEmpty()) {
            TreeNode node = stack.pop();
            if(node.left != null) stack.add(node.left);
            if(node.right != null) stack.add(node.right);
            TreeNode tmp = node.left;
            node.left = node.right;
            node.right = tmp;
        }
        return root;
    }
}

[]
class Solution {
public:
    TreeNode* mirrorTree(TreeNode* root) {
        if(root == nullptr) return nullptr;
        stack<TreeNode*> stack;
        stack.push(root);
        while (!stack.empty())
        {
            TreeNode* node = stack.top();
            stack.pop();
            if (node->left != nullptr) stack.push(node->left);
            if (node->right != nullptr) stack.push(node->right);
            TreeNode* tmp = node->left;
            node->left = node->right;
            node->right = tmp;
        }
        return root;
    }
};

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