二叉树的序列化与反序列化(代码实现和思路)

KLQ 2020-04-13 15:01:45 java常见问答 3540

今天要给大家分享的是关于二叉树的序列化与反序列化问题。请实现两个函数,分别用来序列化和反序列化二叉树,包含了具体的代码实现和思路。

二叉树的序列化:将一棵二叉树根据某一种遍历方式的结果以某种格式保存为字符串,从而使得内存中建立起来的二叉树能够长久保存。

序列化能够基于先序、中序、后序、层序的二叉树遍历方式来进行修改,序列化的结果是一个字符串,序列化时通过某种符号表示空节点(#),以 ! 代表着一个结点值的结束(value!)。

二叉树的反序列化:依据某种遍历顺序得到的序列化字符串结果str,重构二叉树。

思路1:

//采用层序遍历,不需要将转化为完全二叉树的简单方法
public class Solution
{
    String Serialize(TreeNode root)
    {
        StringBuilder sb = new StringBuilder();
        Queue < TreeNode > queue = new LinkedList < TreeNode > ();
        if (root != null)
            queue.add(root);
        while (!queue.isEmpty())
        {
            TreeNode node = queue.poll();
            if (node != null)
            {
                queue.offer(node.left);
                queue.offer(node.right);
                sb.append(node.val + ",");
            }
            else
            {
                sb.append("#" + ",");
            }
        }
        if (sb.length() != 0)
            sb.deleteCharAt(sb.length() - 1);
        return sb.toString();
    }
    TreeNode Deserialize(String str)
    {
        TreeNode head = null;
        if (str == null || str.length() == 0)
            return head;
        String[] nodes = str.split(",");
        TreeNode[] treeNodes = new TreeNode[nodes.length];
        for (int i = 0; i < nodes.length; i++)
        {
            if (!nodes[i].equals("#"))
                treeNodes[i] = new TreeNode(Integer.valueOf(nodes[i]));
        }
        for (int i = 0, j = 1; j < treeNodes.length; i++)
        {
            if (treeNodes[i] != null)
            {
                treeNodes[i].left = treeNodes[j++];
                treeNodes[i].right = treeNodes[j++];
            }
        }
        return treeNodes[0];
    }
}
//前序遍历
public class Solution
{
    String Serialize(TreeNode root)
    {
        StringBuilder sb = new StringBuilder();
        getSerializeString(root, sb);
        if (sb.length() != 0)
            sb.deleteCharAt(sb.length() - 1);
        return sb.toString();
    }
    getSerializeString(TreeNode root, StringBuilder sb)
    {
        if (root == null)
            sb.append("#,");
        else
        {
            sb.append(root.val + ",");
            getSerializeString(root.left, sb);
            getSerializeString(root.right, sb);
        }
    }
    TreeNode Deserialize(String str)
    {
        if (str == null || str.length() == 0 || str.length() == 1)
            return null;
        String[] nodes = str.split(",");
        TreeNode[] treeNodes = new TreeNode[nodes.length];
        for (int i = 0; i < nodes.length; i++)
        {
            if (!nodes[i].equals("#"))
                treeNodes[i] = new TreeNode(Integer.valueOf(nodes[i]));
        }
        Stack < TreeNode > stack = new Stack < > ();
        stack.push(treeNodes[0]);
        int i = 1;
        while (treeNodes[i] != null)
        {
            stack.peek()
                .left = treeNodes[i];
            stack.push(treeNodes[i++]);
        }
        while (!stack.isEmpty())
        {
            stack.pop()
                .right = treeNodes[++i];
            if (treeNodes[i] != null)
            {
                stack.push(treeNodes[i++]);
                while (treeNodes[i] != null)
                {
                    stack.peek()
                        .left = treeNodes[i];
                    stack.push(treeNodes[i++]);
                }
            }
        }
        return treeNodes[0];
    }
}

思路2:

public class Solution
{
    public int index = -1;
    String Serialize(TreeNode root)
    {
        StringBuilder s = new StringBuilder();
        if (root == null)
        {
            s.append("#,");
            return s.toString();
        }
        s.append(root.val + ",");
        s.append(Serialize(root.left));
        s.append(Serialize(root.right));
        return s.toString();
    }
    TreeNode Deserialize(String str)
    {
        index++;
        int len = str.length();
        if (index >= len)
        {
            return null;
        }
        String[] DLRseq = str.split(",");
        TreeNode leave = null;
        if (!DLRseq[index].equals("#"))
        {
            leave = new TreeNode(Integer.valueOf(DLRseq[index]));
            leave.left = Deserialize(str);
            leave.right = Deserialize(str);
        }
        return leave;
    }
}

思路3:

我们知道,通过一棵二叉树的前序遍历序列和中序遍历序列可以还原一棵树,所以此题如果使用这种方式则明显可解。只是问题在于,在反序列化的时候需要全部读出序列化串后才能还原。

于是我们可以采用层次遍历的方式序列化一棵树,在节点为null的时候使用#作为占位,因为反序列化的时候需要使用串的索引来确定父节点的子节点,

也就是说我们需要将一棵树序列化成一棵完全二叉树,空节点使用#作为占位。

public class Serialize
{
    String Serialize(TreeNode root)
    {
        if (root == null)
        {
            return null;
        }
        StringBuffer sb = new StringBuffer();
        ArrayList < TreeNode > list = new ArrayList < TreeNode > ();
        int count = (1 << treeDepth(root)) - 1; //计数,拿到此树的深度后计算对应完全二叉树节点数
        list.add(root);
        count--;
        TreeNode tmpNode = null;
        //层次遍历二叉树,开始序列化
        while (list.size() > 0 && count >= 0)
        {
            tmpNode = list.remove(0);
            if (tmpNode != null)
            {
                sb.append(tmpNode.val + ",");
                list.add(tmpNode.left);
                list.add(tmpNode.right);
            }
            else
            {
                sb.append("#,"); //#作为空节点占位符
                list.add(null);
                list.add(null);
            }
            count--;
        }
        return sb.toString();
    }
    TreeNode Deserialize(String str)
    {
        if (str == null || str.length() == 0)
        {
            return null;
        }
        return Deserialize(str.split(","), 0);
    }
    TreeNode Deserialize(String[] strings, int index)
    {
        TreeNode newNode = null;
        if (index < strings.length)
        {
            if (!strings[index].equals("#"))
            {
                newNode = new TreeNode(Integer.parseInt(strings[index]));
                newNode.left = Deserialize(strings, 2 * index + 1);
                newNode.right = Deserialize(strings, 2 * index + 2);
            }
        }
        return newNode;
    }
    int treeDepth(TreeNode root)
    {
        int depth = 0;
        if (root == null)
        {
            return depth;
        }
        else
        {
            int lDepth = treeDepth(root.left) + 1;
            int rDepth = treeDepth(root.right) + 1;
            return lDepth > rDepth ? lDepth : rDepth;
        }
    }
}

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