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## 222.完全二叉树的节点个数

题目地址：https://leetcode-cn.com/problems/count-complete-tree-nodes/

给出一个完全二叉树，求出该树的节点个数。

示例:
示例 1：
输入：root = [1,2,3,4,5,6]
输出：6

示例 2：
输入：root = []
输出：0

示例 3：
输入：root = [1]
输出：1

提示：

* 树中节点的数目范围是[0, 5 * 10^4]
* 0 <= Node.val <= 5 * 10^4
* 题目数据保证输入的树是 完全二叉树


## 思路

本篇给出按照普通二叉树的求法以及利用完全二叉树性质的求法。

## 普通二叉树

首先按照普通二叉树的逻辑来求。

这道题目的递归法和求二叉树的深度写法类似， 而迭代法，[二叉树：层序遍历登场！](https://mp.weixin.qq.com/s/Gb3BjakIKGNpup2jYtTzog)遍历模板稍稍修改一下，记录遍历的节点数量就可以了。

递归遍历的顺序依然是后序（左右中）。

### 递归

如果对求二叉树深度还不熟悉的话，看这篇：[二叉树：看看这些树的最大深度](https://mp.weixin.qq.com/s/guKwV-gSNbA1CcbvkMtHBg)。

1. 确定递归函数的参数和返回值：参数就是传入树的根节点，返回就返回以该节点为根节点二叉树的节点数量，所以返回值为int类型。

代码如下：
```
int getNodesNum(TreeNode* cur) {
```

2. 确定终止条件：如果为空节点的话，就返回0，表示节点数为0。

代码如下：

```
if (cur == NULL) return 0;
```

3. 确定单层递归的逻辑：先求它的左子树的节点数量，再求的右子树的节点数量，最后取总和再加一 （加1是因为算上当前中间节点）就是目前节点为根节点的节点数量。

代码如下：

```
int leftNum = getNodesNum(cur->left);      // 左
int rightNum = getNodesNum(cur->right);    // 右
int treeNum = leftNum + rightNum + 1;      // 中
return treeNum;
```

所以整体C++代码如下：

```C++
// 版本一
class Solution {
private:
    int getNodesNum(TreeNode* cur) {
        if (cur == 0) return 0;
        int leftNum = getNodesNum(cur->left);      // 左
        int rightNum = getNodesNum(cur->right);    // 右
        int treeNum = leftNum + rightNum + 1;      // 中
        return treeNum;
    }
public:
    int countNodes(TreeNode* root) {
        return getNodesNum(root);
    }
};
```

代码精简之后C++代码如下：
```C++
// 版本二
class Solution {
public:
    int countNodes(TreeNode* root) {
        if (root == NULL) return 0;
        return 1 + countNodes(root->left) + countNodes(root->right);
    }
};
```

时间复杂度：O(n)
空间复杂度：O(logn)，算上了递归系统栈占用的空间

**网上基本都是这个精简的代码版本，其实不建议大家照着这个来写，代码确实精简，但隐藏了一些内容，连遍历的顺序都看不出来，所以初学者建议学习版本一的代码，稳稳的打基础**。


### 迭代法

如果对求二叉树层序遍历还不熟悉的话，看这篇：[二叉树：层序遍历登场！](https://mp.weixin.qq.com/s/Gb3BjakIKGNpup2jYtTzog)。

那么只要模板少做改动，加一个变量result，统计节点数量就可以了

```C++
class Solution {
public:
    int countNodes(TreeNode* root) {
        queue<TreeNode*> que;
        if (root != NULL) que.push(root);
        int result = 0;
        while (!que.empty()) {
            int size = que.size();
            for (int i = 0; i < size; i++) {
                TreeNode* node = que.front();
                que.pop();
                result++;   // 记录节点数量
                if (node->left) que.push(node->left);
                if (node->right) que.push(node->right);
            }
        }
        return result;
    }
};
```
时间复杂度：O(n)
空间复杂度：O(n)

## 完全二叉树

以上方法都是按照普通二叉树来做的，对于完全二叉树特性不了解的同学可以看这篇 [关于二叉树，你该了解这些！](https://mp.weixin.qq.com/s/_ymfWYvTNd2GvWvC5HOE4A)，这篇详细介绍了各种二叉树的特性。

完全二叉树只有两种情况，情况一：就是满二叉树，情况二：最后一层叶子节点没有满。

对于情况一，可以直接用 2^树深度 - 1 来计算，注意这里根节点深度为1。

对于情况二，分别递归左孩子，和右孩子，递归到某一深度一定会有左孩子或者右孩子为满二叉树，然后依然可以按照情况1来计算。

完全二叉树（一）如图：
![222.完全二叉树的节点个数](https://img-blog.csdnimg.cn/20201124092543662.png)

完全二叉树（二）如图：
![222.完全二叉树的节点个数1](https://img-blog.csdnimg.cn/20201124092634138.png)

可以看出如果整个树不是满二叉树，就递归其左右孩子，直到遇到满二叉树为止，用公式计算这个子树（满二叉树）的节点数量。

C++代码如下：

```C++
class Solution {
public:
    int countNodes(TreeNode* root) {
        if (root == nullptr) return 0;
        TreeNode* left = root->left;
        TreeNode* right = root->right;
        int leftHeight = 0, rightHeight = 0; // 这里初始为0是有目的的，为了下面求指数方便
        while (left) {  // 求左子树深度
            left = left->left;
            leftHeight++;
        }
        while (right) { // 求右子树深度
            right = right->right;
            rightHeight++;
        }
        if (leftHeight == rightHeight) {
            return (2 << leftHeight) - 1; // 注意(2<<1) 相当于2^2，所以leftHeight初始为0
        }
        return countNodes(root->left) + countNodes(root->right) + 1;
    }
};
```

时间复杂度：O(logn * logn)
空间复杂度：O(logn)

## 其他语言版本


Java：
```java
class Solution {
    // 通用递归解法
    public int countNodes(TreeNode root) {
        if(root == null) {
            return 0;
        }
        return countNodes(root.left) + countNodes(root.right) + 1;
    }
}
```

```java
class Solution {
    /**
     * 针对完全二叉树的解法
     *
     * 满二叉树的结点数为：2^depth - 1
     */
    public int countNodes(TreeNode root) {
        if(root == null) {
            return 0;
        }
        int leftDepth = getDepth(root.left);
        int rightDepth = getDepth(root.right);
        if (leftDepth == rightDepth) {// 左子树是满二叉树
            // 2^leftDepth其实是 （2^leftDepth - 1） + 1 ，左子树 + 根结点
            return (1 << leftDepth) + countNodes(root.right);
        } else {// 右子树是满二叉树
            return (1 << rightDepth) + countNodes(root.left);
        }
    }

    private int getDepth(TreeNode root) {
        int depth = 0;
        while (root != null) {
            root = root.left;
            depth++;
        }
        return depth;
    }
}
```

Python：


Go：

JavaScript:

递归版本
```javascript
var countNodes = function(root) {
    //递归法计算二叉树节点数
    // 1. 确定递归函数参数
    const getNodeSum=function(node){
    //2. 确定终止条件
        if(node===null){
            return 0;
        }
    //3. 确定单层递归逻辑
        let leftNum=getNodeSum(node.left);
        let rightNum=getNodeSum(node.right);
        return leftNum+rightNum+1;
    }
    return getNodeSum(root);
};
```

迭代(层序遍历)版本
```javascript
var countNodes = function(root) {
    //层序遍历
    let queue=[];
    if(root===null){
        return 0;
    }
    queue.push(root);
    let nodeNums=0;
    while(queue.length){
        let length=queue.length;
        while(length--){
            let node=queue.shift();
            nodeNums++;
            node.left&&queue.push(node.left);
            node.right&&queue.push(node.right);
        }
    }
    return nodeNums;
};
```

利用完全二叉树性质 
```javascript
var countNodes = function(root) {
    //利用完全二叉树的特点
    if(root===null){
        return 0;
    }
    let left=root.left;
    let right=root.right;
    let leftHeight=0,rightHeight=0;
    while(left){
        left=left.left;
        leftHeight++;
    }
    while(right){
        right=right.right;
        rightHeight++;
    }
    if(leftHeight==rightHeight){
        return Math.pow(2,leftHeight+1)-1;
    }
    return countNodes(root.left)+countNodes(root.right)+1;
};
```



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* 作者微信：[程序员Carl](https://mp.weixin.qq.com/s/b66DFkOp8OOxdZC_xLZxfw)
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* 知识星球：[代码随想录](https://mp.weixin.qq.com/s/QVF6upVMSbgvZy8lHZS3CQ)
<div align="center"><img src=../pics/公众号.png width=450 alt=> </img></div>
