Question

2415. 反转二叉树的奇数层

English Version

题目描述

给你一棵 完美 二叉树的根节点 root ，请你反转这棵树中每个 奇数 层的节点值。

• 例如，假设第 3 层的节点值是 [2,1,3,4,7,11,29,18] ，那么反转后它应该变成 [18,29,11,7,4,3,1,2] 。

反转后，返回树的根节点。

完美 二叉树需满足：二叉树的所有父节点都有两个子节点，且所有叶子节点都在同一层。

节点的 层数 等于该节点到根节点之间的边数。

 

示例 1：

输入：root = [2,3,5,8,13,21,34]
输出：[2,5,3,8,13,21,34]
解释：
这棵树只有一个奇数层。
在第 1 层的节点分别是 3、5 ，反转后为 5、3 。

示例 2：

输入：root = [7,13,11]
输出：[7,11,13]
解释： 
在第 1 层的节点分别是 13、11 ，反转后为 11、13 。 

示例 3：

输入：root = [0,1,2,0,0,0,0,1,1,1,1,2,2,2,2]
输出：[0,2,1,0,0,0,0,2,2,2,2,1,1,1,1]
解释：奇数层由非零值组成。
在第 1 层的节点分别是 1、2 ，反转后为 2、1 。
在第 3 层的节点分别是 1、1、1、1、2、2、2、2 ，反转后为 2、2、2、2、1、1、1、1 。

 

提示：

• 树中的节点数目在范围 [1, 214] 内
• 0 <= Node.val <= 105
• root 是一棵 完美 二叉树

解法

方法一：BFS

我们可以使用广度优先搜索的方法，用一个队列 $q$ 来存储每一层的节点，用一个变量 $i$ 记录当前层数。若 $i$ 为奇数，则将当前层的节点值反转。

时间复杂度 $O(n)$，空间复杂度 $O(n)$。其中 $n$ 是二叉树的节点数。

# 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 reverseOddLevels(self, root: Optional[TreeNode]) -> Optional[TreeNode]:
    q = deque([root])
    i = 0
    while q:
      if i & 1:
        l, r = 0, len(q) - 1
        while l < r:
          q[l].val, q[r].val = q[r].val, q[l].val
          l, r = l + 1, r - 1
      for _ in range(len(q)):
        node = q.popleft()
        if node.left:
          q.append(node.left)
          q.append(node.right)
      i += 1
    return root

/**
 * 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 reverseOddLevels(TreeNode root) {
    Deque<TreeNode> q = new ArrayDeque<>();
    q.offer(root);
    for (int i = 0; !q.isEmpty(); ++i) {
      List<TreeNode> t = new ArrayList<>();
      for (int k = q.size(); k > 0; --k) {
        var node = q.poll();
        if (i % 2 == 1) {
          t.add(node);
        }
        if (node.left != null) {
          q.offer(node.left);
          q.offer(node.right);
        }
      }
      for (int l = 0, r = t.size() - 1; l < r; ++l, --r) {
        var x = t.get(l).val;
        t.get(l).val = t.get(r).val;
        t.get(r).val = x;
      }
    }
    return root;
  }
}

/**
 * Definition for a binary tree node.
 * struct TreeNode {
 *   int val;
 *   TreeNode *left;
 *   TreeNode *right;
 *   TreeNode() : val(0), left(nullptr), right(nullptr) {}
 *   TreeNode(int x) : val(x), left(nullptr), right(nullptr) {}
 *   TreeNode(int x, TreeNode *left, TreeNode *right) : val(x), left(left), right(right) {}
 * };
 */
class Solution {
public:
  TreeNode* reverseOddLevels(TreeNode* root) {
    queue<TreeNode*> q{{root}};
    for (int i = 0; q.size(); ++i) {
      vector<TreeNode*> t;
      for (int k = q.size(); k; --k) {
        TreeNode* node = q.front();
        q.pop();
        if (i & 1) {
          t.push_back(node);
        }
        if (node->left) {
          q.push(node->left);
          q.push(node->right);
        }
      }
      for (int l = 0, r = t.size() - 1; l < r; ++l, --r) {
        swap(t[l]->val, t[r]->val);
      }
    }
    return root;
  }
};

/**
 * Definition for a binary tree node.
 * type TreeNode struct {
 *   Val int
 *   Left *TreeNode
 *   Right *TreeNode
 * }
 */
func reverseOddLevels(root *TreeNode) *TreeNode {
  q := []*TreeNode{root}
  for i := 0; len(q) > 0; i++ {
    t := []*TreeNode{}
    for k := len(q); k > 0; k-- {
      node := q[0]
      q = q[1:]
      if i%2 == 1 {
        t = append(t, node)
      }
      if node.Left != nil {
        q = append(q, node.Left)
        q = append(q, node.Right)
      }
    }
    for l, r := 0, len(t)-1; l < r; l, r = l+1, r-1 {
      t[l].Val, t[r].Val = t[r].Val, t[l].Val
    }
  }
  return root
}

/**
 * Definition for a binary tree node.
 * class TreeNode {
 *   val: number
 *   left: TreeNode | null
 *   right: TreeNode | null
 *   constructor(val?: number, left?: TreeNode | null, right?: TreeNode | null) {
 *     this.val = (val===undefined ? 0 : val)
 *     this.left = (left===undefined ? null : left)
 *     this.right = (right===undefined ? null : right)
 *   }
 * }
 */

function reverseOddLevels(root: TreeNode | null): TreeNode | null {
  const q: TreeNode[] = [root];
  for (let i = 0; q.length > 0; ++i) {
    if (i % 2) {
      for (let l = 0, r = q.length - 1; l < r; ++l, --r) {
        [q[l].val, q[r].val] = [q[r].val, q[l].val];
      }
    }
    const nq: TreeNode[] = [];
    for (const { left, right } of q) {
      if (left) {
        nq.push(left);
        nq.push(right);
      }
    }
    q.splice(0, q.length, ...nq);
  }
  return root;
}

// Definition for a binary tree node.
// #[derive(Debug, PartialEq, Eq)]
// pub struct TreeNode {
//   pub val: i32,
//   pub left: Option<Rc<RefCell<TreeNode>>>,
//   pub right: Option<Rc<RefCell<TreeNode>>>,
// }
//
// impl TreeNode {
//   #[inline]
//   pub fn new(val: i32) -> Self {
//   TreeNode {
//     val,
//     left: None,
//     right: None
//   }
//   }
// }
use std::rc::Rc;
use std::cell::RefCell;
use std::collections::VecDeque;
impl Solution {
  fn create_tree(vals: &Vec<Vec<i32>>, i: usize, j: usize) -> Option<Rc<RefCell<TreeNode>>> {
    if i == vals.len() {
      return None;
    }
    Some(
      Rc::new(
        RefCell::new(TreeNode {
          val: vals[i][j],
          left: Self::create_tree(vals, i + 1, j * 2),
          right: Self::create_tree(vals, i + 1, j * 2 + 1),
        })
      )
    )
  }

  pub fn reverse_odd_levels(
    root: Option<Rc<RefCell<TreeNode>>>
  ) -> Option<Rc<RefCell<TreeNode>>> {
    let mut queue = VecDeque::new();
    queue.push_back(root);
    let mut d = 0;
    let mut vals = Vec::new();
    while !queue.is_empty() {
      let mut val = Vec::new();
      for _ in 0..queue.len() {
        let mut node = queue.pop_front().unwrap();
        let mut node = node.as_mut().unwrap().borrow_mut();
        val.push(node.val);
        if node.left.is_some() {
          queue.push_back(node.left.take());
        }
        if node.right.is_some() {
          queue.push_back(node.right.take());
        }
      }
      if d % 2 == 1 {
        val.reverse();
      }
      vals.push(val);
      d += 1;
    }
    Self::create_tree(&vals, 0, 0)
  }
}