算法的学习笔记—序列化二叉树(牛客JZ37)

news2024/11/8 4:53:57

😀前言
二叉树是数据结构中的一个重要概念，它在各种算法和应用中广泛使用。然而，当我们需要将二叉树保存到磁盘或在网络中传输时，需要将其转化为一种可存储和传输的格式——这就是序列化的作用。反之，反序列化则是将这种格式还原为原始的二叉树结构。在本文中，我们将介绍如何通过 Java 代码实现二叉树的序列化和反序列化。

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文章目录

😊 序列化二叉树
- 🥰序列化与反序列化的基本概念
- - 序列化
  - 反序列化
- 😋示例解析
- - 问题描述
- 🤔Java 实现
- - 代码详解
  - 实例验证
- 😄总结

😊 序列化二叉树

NowCoder

🥰序列化与反序列化的基本概念

序列化

序列化是指将二叉树按照某种遍历方式转化为字符串的过程。这个字符串能够唯一标识一棵二叉树，以便在需要时能够恢复出与原来相同的二叉树。序列化的方法有多种，如先序遍历、中序遍历、后序遍历或层序遍历。

反序列化

反序列化则是从序列化后的字符串中重新构建二叉树的过程。通过反序列化，我们可以从保存的字符串中还原出与原二叉树结构相同的树。

😋示例解析

问题描述

假设我们有一棵二叉树如下图所示，我们希望通过序列化将其转化为字符串，并通过反序列化从字符串中恢复出原来的二叉树。

对于上图中的二叉树，如果我们选择层序遍历的方式进行序列化，则其结果为{1,2,3,#,#,6,7}，其中#表示空节点。

数据范围：节点数 n≤100，树上每个节点的值满足 0≤val≤150

要求：序列化和反序列化都是空间复杂度 O(n)，时间复杂度 O(n)

🤔Java 实现

接下来，我们将通过 Java 代码演示如何实现二叉树的序列化与反序列化。

private String deserializeStr;

// 序列化函数：将二叉树转换为字符串
public String Serialize(TreeNode root) {
    if (root == null) {
        return "#";
    }
    return root.val + " " + Serialize(root.left) + " " + Serialize(root.right);
}

// 反序列化函数：将字符串还原为二叉树
public TreeNode Deserialize(String str) {
    deserializeStr = str;
    return Deserialize();
}

// 反序列化辅助函数
private TreeNode Deserialize() {
    if (deserializeStr.length() == 0) {
        return null;
    }
    int index = deserializeStr.indexOf(" ");
    String node = index == -1 ? deserializeStr : deserializeStr.substring(0, index);
    deserializeStr = index == -1 ? "" : deserializeStr.substring(index + 1);
    
    if (node.equals("#")) {
        return null;
    }
    
    int val = Integer.valueOf(node);
    TreeNode t = new TreeNode(val);
    t.left = Deserialize();
    t.right = Deserialize();
    return t;
}

代码详解

序列化函数 Serialize：该函数采用先序遍历的方式，将二叉树节点的值逐个存入字符串中。如果节点为空，则用#表示。最终返回包含树结构的字符串。
反序列化函数 Deserialize：反序列化函数从字符串中提取每个节点的值，通过递归的方式重新构建二叉树。由于是先序遍历，左子树会在右子树之前被构建。
辅助函数 Deserialize()：该函数处理反序列化过程中的字符串切割和树的重建工作。它通过空格分割字符串，判断节点值是否为#，从而决定是否继续构建树的子节点。