c++中如何判断二叉树是否是对称的_c++镜像二叉树判断算法

判断二叉树是否对称需递归或迭代检查左右子树是否镜像相等:即左子树左孩子与右子树右孩子、左子树右孩子与右子树左孩子分别相等且值相同;常见错误是误判子树各自对称或忽略空指针和节点值校验。

用递归比较左右子树是否互为镜像

判断二叉树是否对称,本质是检查左子树是否与右子树“镜像相等”:即左子树的左孩子等于右子树的右孩子,左子树的右孩子等于右子树的左孩子。不能只比结构,必须同步比较节点值。

关键点在于设计一个辅助函数 isMirror(TreeNode* left, TreeNode* right),它接收两个子树根节点,返回它们是否互为镜像:

  • 都为空 → 对称(return true
  • 仅一个为空 → 不对称(return false
  • 都不为空但值不等 → 不对称(return false
  • 都不为空且值相等 → 递归检查 left->leftright->right,以及 left->rightright->left
bool isSymmetric(TreeNode* root) {
    if (!root) return true;
    return isMirror(root->left, root->right);
}

bool isMirror(TreeNode left, TreeNode right) { if (!left && !right) return true; if (!left || !right) return false; if (left->val != right->val) return false; return isMirror(left->left, right->right) && isMirror(left->right, right->left); }

迭代写法:用栈模拟递归配对检查

递归直观但有栈溢出风险;迭代更可控,核心是把“待比较的节点对”压入栈中,每次弹出一对做值比较,再把下一层的镜像组合推入栈。

初始压入 root->leftroot->right;每次取两个节点 lr

  • 都为空 → 继续下一轮
  • 仅一个为空 → 返回 false
  • 值不等 → 返回 false
  • 值相等 → 将 l->leftr->rightl->rightr->left 成对压栈
bool isSymmetric(TreeNode* root) {
    if (!root) return true;
    stack stk;
    stk.push(root->left);
    stk.push(root->right);
    while (!stk.empty()) {
        TreeNode* r = stk.top(); stk.pop();
        TreeNode* l = stk.top(); stk.pop();
        if (!l && !r) continue;
        if (!l || !r) return false;
        if (l->val != r->val) return false;
        stk.push(l->left);  stk.push(r->right);
        stk.push(l->right); stk.push(r->left);
    }
    return true;
}

常见错误:误用“左右子树各自对称”逻辑

新手常写成:isSymmetric(root->left) && isSymmetric(root->right) —— 这是在检查“左子树自身对称”且“右子树自身对称”,完全偏离题意。对称性是跨左右子树的镜像关系,不是子树内部性质。

另一个典型错误是只比结构忽略值:比如用 nullptr 占位但没校验 val,导致 [1,2,2,null,3,null,3] 被误判为对称(实际不是,因为两个 3 不在镜像位置)。

测试时务必覆盖这些用例:

  • [1,2,2,3,4,4,3] → true
  • [1,2,2,null,3,null,3] → false(注意 null 的位置)
  • [1] → true
  • [] → true

时间与空间复杂度差异明显

递归和迭代都是 O(n) 时间复杂度,每个节点访问一次。但空间表现不同:

  • 递归:最坏深度 O(n)(退化为链表),平均 O(h)(h 为树高)
  • 迭代:栈中最多存 O(w) 个节点(w 为最大宽度),对于满二叉树,宽度远小于深度,此时迭代更省内存

如果题目明确要求“避免递归”或输入可能极深,优先选迭代;否则递归更易写对、不易漏边界。

真正容易被忽略的是空指针解引用——无论递归还是迭代,必须在取 ->val 或访问子指针前,先判断指针非空。漏掉这一层检查,本地能过但线上 runtime error 是高频翻车点。