前言说明
算法学习，日常刷题记录。
题目连接
翻转二叉树
题目内容
翻转一棵二叉树。
示例:
输入：
翻转二叉树输入输出：
翻转二叉树输出
备注:
这个问题是受到Max Howell的原问题启发的：
谷歌：我们90％的工程师使用您编写的软件(Homebrew)，但是您却无法在面试时在白板上写出翻转二叉树这道题，这太糟糕了。
分析过程
翻转二叉树很简单，可以使用递归法。
把二叉树看成是根节点、左孩子、右孩子的整体，整体翻转根节点的左孩子和右孩子。
如果左孩子和右孩子也是树，那么递归下去同样执行相同的方法，直到左孩子和右孩子为空时，递归开始回溯。
最后返回二叉树的根节点，就是翻转后的二叉树。
解答代码
/**
* Definition for a binary tree node.
* public class TreeNode {
* int val;
* TreeNode left;
* TreeNode right;
* TreeNode() {}
* TreeNode(int val) { this.val = val; }
* TreeNode(int val, TreeNode left, TreeNode right) {
* this.val = val;
* this.left = left;
* this.right = right;
* }
* }
*/
class Solution {
public TreeNode invertTree(TreeNode root) {
if (root == null) {
// 若树节点是空，直接返回空
return null;
}
// 利用递归法，把树看成是根节点、左孩子、右孩子的整体，整体翻转根节点的左孩子和右孩子，如果左孩子和右孩子也是树，那么递归下去同样执行相同的方法，直到左孩子和右孩子为空时，递归开始回溯
// 获取根节点的左孩子
TreeNode left = invertTree(root.left);
// 根节点的左孩子等于右孩子，右孩子等于左孩子，实现翻转
root.left = invertTree(root.right);
root.right = left;
// 返回翻转后的根节点
return root;
}
}
提交结果
执行用时0ms，时间击败100.00%的用户，内存消耗35.9MB，空间击败37.33%的用户。
原来翻转二叉树这么简单，我会翻转二叉树，谷歌还要我吗？
延伸分析
但是，我这个人刷题都会把完整的代码写出来，上面的明显不是完整代码，我们在执行运行时，输入的是一个数组，输出的也是一个数组，如图：
而invertTree方法实质输入的是一个二叉树TreeNode对象，所以这里其实存在一个数组转换为二叉树的输入过程，还有一个二叉树转换回数组的输出过程，在LeetCode上刷题时LeetCode后台已经帮你做了转换，但是如果我们要自己写出完整代码，需要自己做转换。
这里只给出一个数组就确定了二叉树，证明是层序遍历，因为前序遍历、中序遍历、后序遍历都无法单独一个数组就推导出二叉树，层序遍历才能单独一个数组推导出二叉树。
层序遍历：逐层从上到下，每层从左到右访问所有节点。
为方便理解，下面举例几个：
输入数组1：[0,null,2,null,4,null,6]
输出二叉树1：
输入数组2：[1,null,2,3]
输出二叉树2：
输入数组3：[0,1,null,null,4]
输出二叉树3：
输入数组4：[4,2,7,1,3,6,9]
输出二叉树4：
数组转为二叉树：有点奇怪的是，我翻了很多算法书本，查阅了很多网上资料，很少看到有提及如何把层序遍历的数组转为二叉树的，下面我整理出了一个转换的方法，请看后面的完整代码arrayToTreeNode方法，通过队列辅助来实现广度优先搜索，即模拟层序遍历时从上到下从左到右的过程，把数组转换为二叉树，要注意考虑数组元素为null的情况，当数组元素为null时，该节点没有孩子，但是自身会占用一个数组元素。
二叉树转为数组：请看后面的完整代码treeNodeToArray方法，也是通过队列辅助来实现广度优先搜索，即模拟层序遍历时从上到下从左到右的过程，先把二叉树转换为两层列表List，两层列表的每一层保存一层树的从左到右的节点值，最后再把两层列表List转换为数组，这里也要注意数组元素为null的情况，若一行元素都为null，那么这一行不要；若一行元素最后一个为null，要去掉最后一个元素。
完整代码如下：
import java.util.*;
public class Main {
public static void main(String[] args) {
// 获取输入结果
Scanner scanner = new Scanner(System.in);
String str = scanner.next();
scanner.close();
// 处理输入结果
Integer[] nums;
if ("[]".equals(str)) {
// 当数组为空
nums = null;
} else {
// 当数组不为空
String[] strs = str.split("\\[")[1].split("]")[0].split(",");
int size = strs.length;
nums = new Integer[size];
for (int i = 0; i < size; ++i) {
if ("null".equals(strs[i])) {
nums[i] = null;
} else {
nums[i] = Integer.parseInt(strs[i]);
}
}
}
// 数组转为二叉树
TreeNode root = arrayToTreeNode(nums);
// 获取输出结果
TreeNode result = invertTree(root);
System.out.println(Arrays.toString(treeNodeToArray(result)));
}
// 数组转为二叉树，层序遍历，分层按照从上到下，从左到右的顺序
private static TreeNode arrayToTreeNode(Integer[] nums) {
// 利用队列辅助，特别需要注意支持数组元素为null，当数组元素为null时，该节点没有孩子，但是自身会占用一个数组元素
// 如果该节点的左孩子为null，右孩子不为null，那么数组的下一个元素会从右孩子的子节点开始，因为左孩子为null，没有子节点
// 例子：[0,null,2,null,4,null,6]，[1,null,2,3]，[0,1,null,null,4]，[4,2,7,1,3,6,9]
if (nums == null || nums.length == 0) {
// 若二叉树节点为空，直接返回空
return null;
}
// 数组的开始下标
int i = 1;
// 先构造二叉树根节点
TreeNode root = new TreeNode(nums[0]);
// 定义当前的二叉树节点，保存临时值
TreeNode current;
// 定义当前数组的值
Integer value;
// 定义队列，层序遍历创建二叉树
Queue queue = new LinkedList<>();
// 先把二叉树根节点放进队列最后
queue.add(root);
// 遍历数组，构造二叉树
while (i < nums.length) {
// 队列出列第一个元素，获取当前二叉树节点
current = queue.poll();
// 获取数组的值，数组下标加1
value = nums[i++];
if (value != null) {
// 创建当前二叉树节点的左孩子
TreeNode left = new TreeNode(value);
if (current != null) {
// 构造当前二叉树节点的左孩子
current.left = left;
}
// 把当前二叉树节点的左孩子放进队列最后
queue.add(left);
}
if (i < nums.length) {
// 获取数组的值，数组下标加1
value = nums[i++];
if (value != null) {
// 创建当前二叉树节点的右孩子
TreeNode right = new TreeNode(value);
if (current != null) {
// 构造当前二叉树节点的右孩子
current.right = right;
}
// 把当前二叉树节点的右孩子放进队列最后
queue.add(right);
}
}
}
// 返回二叉树的根节点
return root;
}
// 二叉树转为数组，层序遍历，分层按照从上到下，从左到右的顺序，这里因为是翻转二叉树，需要特殊处理，最后一层空的节点也要显示出来，显示为null，这样才能看出翻转后的二叉树的效果
private static Integer[] treeNodeToArray(TreeNode root) {
// 定义两层列表，保存整体结果
List> list = new ArrayList<>();
if (root == null) {
// 若二叉树节点为空，直接返回空数组
return new Integer[0];
}
// 通过队列辅助，从上到下完成每层的遍历，在每层遍历时，每遍历完一个节点，就确定这个节点的两个子节点，如果不为空，把子节点放进队列后面，队列保证了树按照层次从上到下遍历，每层从左到右遍历
// 定义队列
Queue queue = new LinkedList<>();
// 先把二叉树的根节点放进队列最后
queue.add(root);
// 循环，直到队列的长度为零，结束循环
while (queue.size() > 0) {
// 定义内层列表，保存内层结果
List temp = new ArrayList<>();
// 获取队列的长度
int size = queue.size();
// 遍历队列，每次遍历完成一层树节点的遍历
for (int i = 0; i < size; ++i) {
// 队列出列第一个元素
TreeNode node = queue.poll();
if (node != null) {
// 把出列的元素的值添加到内层列表
temp.add(node.val);
if (node.left != null) {
// 把当前二叉树节点的左孩子放进队列最后
queue.add(node.left);
} else {
// 子节点为空也要放进队列最后，为了适应看出翻转二叉树后的效果
queue.add(null);
}
if (node.right != null) {
// 把当前二叉树节点的右孩子放进队列最后
queue.add(node.right);
} else {
// 子节点为空也要放进队列最后，为了适应看出翻转二叉树后的效果
queue.add(null);
}
} else {
// 把空值添添加到内层列表，为了适应看出翻转二叉树后的效果
temp.add(null);
}
}
// 内层列表是否全部元素都是空
boolean isAllNull = true;
// 判断内层列表是否全部元素都是空，如果全部元素都是空，那么这一行的内层列表数据是多出的
for (Integer col : temp) {
if (col != null) {
// 只要有一个元素不是空，那么就不是全部元素都是空
isAllNull = false;
break;
}
}
if (!isAllNull) {
// 不是全部元素都是空的内层列表，才添加进两层列表
list.add(temp);
}
}
// 打印两层列表形式的层序遍历结果
System.out.println("treeNodeToArray list:" + list);
// 定义数组的长度
int count = 0;
// 遍历两层列表，计算出数组的长度
for (List row : list) {
// 每行列表的长度累加
count += row.size();
}
// 定义数组
Integer[] nums = new Integer[count];
// 定义数组的下标
int n = 0;
// 遍历两层列表，把两层列表转为数组
for (List row : list) {
for (Integer col : row) {
nums[n++] = col;
}
}
if (nums[nums.length - 1] == null) {
// 若最后一个元素是null，删除最后一个元素，这种情况肯定是null落在右节点上，而且最后的位置，最后一个元素是null不要保留，如果null在左边才是要保留的
return Arrays.copyOf(nums, nums.length - 1);
}
// 返回数组
return nums;
}
// 翻转二叉树
private static TreeNode invertTree(TreeNode root) {
if (root == null) {
// 若树节点是空，直接返回空
return null;
}
// 利用递归法，把树看成是根节点、左孩子、右孩子的整体，整体翻转根节点的左孩子和右孩子，如果左孩子和右孩子也是树，那么递归下去同样执行相同的方法，直到左孩子和右孩子为空时，递归开始回溯
// 获取根节点的左孩子
TreeNode left = invertTree(root.left);
// 根节点的左孩子等于右孩子，右孩子等于左孩子，实现翻转
root.left = invertTree(root.right);
root.right = left;
// 返回翻转后的根节点
return root;
}
}
// 定义二叉树
class TreeNode {
int val;
TreeNode left;
TreeNode right;
TreeNode() {
}
TreeNode(int val) {
this.val = val;
}
TreeNode(int val, TreeNode left, TreeNode right) {
this.val = val;
this.left = left;
this.right = right;
}
}
完整代码获取：https://github.com/zjhpure/algorithmPractice/blob/master/src/main/java/org/pure/algorithm/invertBinaryTree/Main.java
原文链接
原文链接：翻转二叉树