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Python樹的序列化與反序列化的實(shí)現(xiàn)

更新時間：2023年11月23日 11:08:14 作者：Echo_Wish

在本文中,我們將深入討論如何實(shí)現(xiàn)樹的序列化與反序列化算法,提供Python代碼實(shí)現(xiàn),并詳細(xì)說明算法的原理和步驟,感興趣的可以了解一下

樹的序列化與反序列化是指將樹結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換為字符串表示（序列化），以及將字符串表示還原為原始樹結(jié)構(gòu)（反序列化）。在本文中，我們將深入討論如何實(shí)現(xiàn)樹的序列化與反序列化算法，提供Python代碼實(shí)現(xiàn)，并詳細(xì)說明算法的原理和步驟。

樹的序列化

樹的序列化可以通過深度優(yōu)先搜索（DFS）來實(shí)現(xiàn)。我們可以使用前序遍歷或?qū)有虮闅v的方式將樹的節(jié)點(diǎn)逐個轉(zhuǎn)換為字符串，并使用特殊符號表示空節(jié)點(diǎn)。

前序遍歷序列化

class TreeNode:
    def __init__(self, value):
        self.val = value
        self.left = None
        self.right = None

def serialize(root):
    if not root:
        return "null"
    
    left = serialize(root.left)
    right = serialize(root.right)
    
    return str(root.val) + "," + left + "," + right

層序遍歷序列化

from collections import deque

def serialize_level_order(root):
    if not root:
        return "null"
    
    result = []
    queue = deque([root])
    
    while queue:
        node = queue.popleft()
        if node:
            result.append(str(node.val))
            queue.append(node.left)
            queue.append(node.right)
        else:
            result.append("null")
    
    return ",".join(result)

樹的反序列化

樹的反序列化需要根據(jù)序列化字符串的規(guī)律，逐個還原樹的節(jié)點(diǎn)。對于前序遍歷序列化，我們可以通過遞歸的方式還原；對于層序遍歷序列化，我們可以使用隊(duì)列輔助。

前序遍歷反序列化

def deserialize(data):
    def helper(values):
        val = values.pop(0)
        if val == "null":
            return None
        node = TreeNode(int(val))
        node.left = helper(values)
        node.right = helper(values)
        return node

    values = data.split(",")
    return helper(values)

層序遍歷反序列化

def deserialize_level_order(data):
    values = data.split(",")
    if not values or values[0] == "null":
        return None

    root = TreeNode(int(values[0]))
    queue = deque([root])
    i = 1

    while i &lt; len(values):
        current = queue.popleft()

        left_val = values[i]
        i += 1
        if left_val != "null":
            current.left = TreeNode(int(left_val))
            queue.append(current.left)

        right_val = values[i]
        i += 1
        if right_val != "null":
            current.right = TreeNode(int(right_val))
            queue.append(current.right)

    return root

示例

考慮以下二叉樹：

# 構(gòu)建二叉樹
"""
        1
       / \
      2   3
     / \
    4   5
"""
root = TreeNode(1)
root.left = TreeNode(2)
root.right = TreeNode(3)
root.left.left = TreeNode(4)
root.left.right = TreeNode(5)

前序遍歷序列化與反序列化

# 前序遍歷序列化
serialized_tree = serialize(root)
print("前序遍歷序列化:", serialized_tree)

# 前序遍歷反序列化
deserialized_tree = deserialize(serialized_tree)

# 驗(yàn)證反序列化結(jié)果
def print_tree(root):
    if root:
        print_tree(root.left)
        print(root.val, end=" ")
        print_tree(root.right)

print("反序列化后的樹:")
print_tree(deserialized_tree)

輸出結(jié)果：

前序遍歷序列化: 1,2,4,null,null,5,null,null,3,null,null
反序列化后的樹:
4 2 5 1 3

層序遍歷序列化與反序列化

# 層序遍歷序列化
serialized_tree_level_order = serialize_level_order(root)
print("層序遍歷序列化:", serialized_tree_level_order)

# 層序遍歷反序列化
deserialized_tree_level_order = deserialize_level_order(serialized_tree_level_order)

# 驗(yàn)證反序列化結(jié)果
print("反序列化后的樹:")
print_tree(deserialized_tree_level_order)

輸出結(jié)果：