左神算法:二叉树的序列化和反序列化(Java版)

2023-12-31 20:08

本文主要是介绍左神算法:二叉树的序列化和反序列化(Java版),希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值,需要的开发者们随着小编来一起学习吧!

本题来自左神《程序员代码面试指南》“二叉树的序列化和反序列化”题目。

题目

二叉树被记录成文件的过程叫作二叉树的序列化,通过文件内容重建原来二叉树的过程叫作二叉树的反序列化。给定一棵二叉树的头节点head,已知二叉树节点值的类型为32 位整型。请设计一种二叉树序列化和反序列化的方案,并用代码实现。

题解

本文提供两套序列化和反序列化的实现,供读者参考。

方法一:通过先序遍历实现序列化和反序列化。

先介绍先序遍历下的序列化过程,首先假设序列化的结果字符串为str,初始时str=""。先序遍历二叉树,如果遇到null 节点,就在str 的末尾加上“#!”,“#”表示这个节点为空,节点值不存在,“!”表示一个值的结束;如果遇到不为空的节点,假设节点值为3,就在str 的末尾加上“3!”。比如,如图3-6 所示的二叉树。

根据上文的描述,先序遍历序列化,最后的结果字符串str 为:12!3!#!#!#!。为什么要在每个节点值的后面都要加上“!”呢?因为,如果不标记一个值的结束,那么最后产生的结果会有歧义,如图3-7 所示。
在这里插入图片描述
如果不在一个值结束时加入特殊字符,那么图3-6 和图3-7 的先序遍历序列化结果都是123###。也就是说,生成的字符串并不代表唯一的树。

先序遍历序列化的全部过程请参看如下代码中的serialByPre 方法。

	public static class Node {public int value;public Node left;public Node right;public Node(int data) {this.value = data;}}public static String serialByPre(Node head) {if (head == null) {return "#!";}String res = head.value + "!";res += serialByPre(head.left);res += serialByPre(head.right);return res;}

在这里插入图片描述

public static Node reconByPreString(String preStr) {String[] values = preStr.split("!");Queue<String> queue = new LinkedList<String>();for (int i = 0; i != values.length; i++) {queue.offer(values[i]);}return reconPreOrder(queue);
}public static Node reconPreOrder(Queue<String> queue) {String value = queue.poll();if (value.equals("#")) {return null;}Node head = new Node(Integer.valueOf(value));head.left = reconPreOrder(queue);head.right = reconPreOrder(queue);return head;
}
方法二:通过层遍历实现序列化和反序列化。

先介绍层遍历下的序列化过程。首先假设序列化的结果字符串为str,初始时str=“空”。然后实现二叉树的按层遍历,具体方式是利用队列结构,这也是宽度遍历图的常见方式。例如,图3-8 所示的二叉树。
在这里插入图片描述
按层遍历图3-8 所示的二叉树,最后str="1!2!3!4!#!#!5!#!#!#!#! "。

层遍历序列化的全部过程请参看如下代码中的serialByLevel 方法。

public static String serialByLevel(Node head) {if (head == null) {return "#!";}String res = head.value + "!";Queue<Node> queue = new LinkedList<Node>();queue.offer(head);while (!queue.isEmpty()) {head = queue.poll();if (head.left != null) {res += head.left.value + "!";queue.offer(head.left);} else {res += "#!";}if (head.right != null) {res += head.right.value + "!";queue.offer(head.right);} else {res += "#!";}}return res;
}

先序遍历的反序列化其实就是重做先序遍历,遇到"#“就生成null 节点,结束生成后续子树的过程。与根据先序遍历的反序列化过程一样,根据层遍历的反序列化是重做层遍历,遇到”#"就生成null 节点,同时不把null 节点放到队列里即可。

层遍历反序列化的全部过程请参看如下代码中的 reconByLevelString 方法。

public static Node reconByLevelString(String levelStr) {String[] values = levelStr.split("!");int index = 0;Node head = generateNodeByString(values[index++]);Queue<Node> queue = new LinkedList<Node>();if (head != null) {queue.offer(head);}Node node = null;while (!queue.isEmpty()) {node = queue.poll();node.left = generateNodeByString(values[index++]);node.right = generateNodeByString(values[index++]);if (node.left != null) {queue.offer(node.left);}if (node.right != null) {queue.offer(node.right);}}return head;
}public static Node generateNodeByString(String val) {if (val.equals("#")) {return null;}return new Node(Integer.valueOf(val));
}

附:完整代码

package chapter_3_binarytreeproblem;import java.util.LinkedList;
import java.util.Queue;public class Problem_04_SerializeAndReconstructTree {public static class Node {public int value;public Node left;public Node right;public Node(int data) {this.value = data;}}public static String serialByPre(Node head) {if (head == null) {return "#!";}String res = head.value + "!";res += serialByPre(head.left);res += serialByPre(head.right);return res;}public static Node reconByPreString(String preStr) {String[] values = preStr.split("!");Queue<String> queue = new LinkedList<String>();for (int i = 0; i != values.length; i++) {queue.offer(values[i]);}return reconPreOrder(queue);}public static Node reconPreOrder(Queue<String> queue) {String value = queue.poll();if (value.equals("#")) {return null;}Node head = new Node(Integer.valueOf(value));head.left = reconPreOrder(queue);head.right = reconPreOrder(queue);return head;}public static String serialByLevel(Node head) {if (head == null) {return "#!";}String res = head.value + "!";Queue<Node> queue = new LinkedList<Node>();queue.offer(head);while (!queue.isEmpty()) {head = queue.poll();if (head.left != null) {res += head.left.value + "!";queue.offer(head.left);} else {res += "#!";}if (head.right != null) {res += head.right.value + "!";queue.offer(head.right);} else {res += "#!";}}return res;}public static Node reconByLevelString(String levelStr) {String[] values = levelStr.split("!");int index = 0;Node head = generateNodeByString(values[index++]);Queue<Node> queue = new LinkedList<Node>();if (head != null) {queue.offer(head);}Node node = null;while (!queue.isEmpty()) {node = queue.poll();node.left = generateNodeByString(values[index++]);node.right = generateNodeByString(values[index++]);if (node.left != null) {queue.offer(node.left);}if (node.right != null) {queue.offer(node.right);}}return head;}public static Node generateNodeByString(String val) {if (val.equals("#")) {return null;}return new Node(Integer.valueOf(val));}// for test -- print treepublic static void printTree(Node head) {System.out.println("Binary Tree:");printInOrder(head, 0, "H", 17);System.out.println();}public static void printInOrder(Node head, int height, String to, int len) {if (head == null) {return;}printInOrder(head.right, height + 1, "v", len);String val = to + head.value + to;int lenM = val.length();int lenL = (len - lenM) / 2;int lenR = len - lenM - lenL;val = getSpace(lenL) + val + getSpace(lenR);System.out.println(getSpace(height * len) + val);printInOrder(head.left, height + 1, "^", len);}public static String getSpace(int num) {String space = " ";StringBuffer buf = new StringBuffer("");for (int i = 0; i < num; i++) {buf.append(space);}return buf.toString();}public static void main(String[] args) {Node head = null;printTree(head);String pre = serialByPre(head);System.out.println("serialize tree by pre-order: " + pre);head = reconByPreString(pre);System.out.print("reconstruct tree by pre-order, ");printTree(head);String level = serialByLevel(head);System.out.println("serialize tree by level: " + level);head = reconByLevelString(level);System.out.print("reconstruct tree by level, ");printTree(head);System.out.println("====================================");head = new Node(1);printTree(head);pre = serialByPre(head);System.out.println("serialize tree by pre-order: " + pre);head = reconByPreString(pre);System.out.print("reconstruct tree by pre-order, ");printTree(head);level = serialByLevel(head);System.out.println("serialize tree by level: " + level);head = reconByLevelString(level);System.out.print("reconstruct tree by level, ");printTree(head);System.out.println("====================================");head = new Node(1);head.left = new Node(2);head.right = new Node(3);head.left.left = new Node(4);head.right.right = new Node(5);printTree(head);pre = serialByPre(head);System.out.println("serialize tree by pre-order: " + pre);head = reconByPreString(pre);System.out.print("reconstruct tree by pre-order, ");printTree(head);level = serialByLevel(head);System.out.println("serialize tree by level: " + level);head = reconByLevelString(level);System.out.print("reconstruct tree by level, ");printTree(head);System.out.println("====================================");head = new Node(100);head.left = new Node(21);head.left.left = new Node(37);head.right = new Node(-42);head.right.left = new Node(0);head.right.right = new Node(666);printTree(head);pre = serialByPre(head);System.out.println("serialize tree by pre-order: " + pre);head = reconByPreString(pre);System.out.print("reconstruct tree by pre-order, ");printTree(head);level = serialByLevel(head);System.out.println("serialize tree by level: " + level);head = reconByLevelString(level);System.out.print("reconstruct tree by level, ");printTree(head);System.out.println("====================================");}
}

这篇关于左神算法:二叉树的序列化和反序列化(Java版)的文章就介绍到这儿,希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助!



http://www.chinasem.cn/article/557010

相关文章

Spring boot整合dubbo+zookeeper的详细过程

《Springboot整合dubbo+zookeeper的详细过程》本文讲解SpringBoot整合Dubbo与Zookeeper实现API、Provider、Consumer模式,包含依赖配置、... 目录Spring boot整合dubbo+zookeeper1.创建父工程2.父工程引入依赖3.创建ap

SpringBoot结合Docker进行容器化处理指南

《SpringBoot结合Docker进行容器化处理指南》在当今快速发展的软件工程领域,SpringBoot和Docker已经成为现代Java开发者的必备工具,本文将深入讲解如何将一个SpringBo... 目录前言一、为什么选择 Spring Bootjavascript + docker1. 快速部署与

Spring Boot spring-boot-maven-plugin 参数配置详解(最新推荐)

《SpringBootspring-boot-maven-plugin参数配置详解(最新推荐)》文章介绍了SpringBootMaven插件的5个核心目标(repackage、run、start... 目录一 spring-boot-maven-plugin 插件的5个Goals二 应用场景1 重新打包应用

SpringBoot+EasyExcel实现自定义复杂样式导入导出

《SpringBoot+EasyExcel实现自定义复杂样式导入导出》这篇文章主要为大家详细介绍了SpringBoot如何结果EasyExcel实现自定义复杂样式导入导出功能,文中的示例代码讲解详细,... 目录安装处理自定义导出复杂场景1、列不固定,动态列2、动态下拉3、自定义锁定行/列,添加密码4、合并

Spring Boot集成Druid实现数据源管理与监控的详细步骤

《SpringBoot集成Druid实现数据源管理与监控的详细步骤》本文介绍如何在SpringBoot项目中集成Druid数据库连接池,包括环境搭建、Maven依赖配置、SpringBoot配置文件... 目录1. 引言1.1 环境准备1.2 Druid介绍2. 配置Druid连接池3. 查看Druid监控

Java中读取YAML文件配置信息常见问题及解决方法

《Java中读取YAML文件配置信息常见问题及解决方法》:本文主要介绍Java中读取YAML文件配置信息常见问题及解决方法,本文给大家介绍的非常详细,对大家的学习或工作具有一定的参考借鉴价值,需要... 目录1 使用Spring Boot的@ConfigurationProperties2. 使用@Valu

创建Java keystore文件的完整指南及详细步骤

《创建Javakeystore文件的完整指南及详细步骤》本文详解Java中keystore的创建与配置,涵盖私钥管理、自签名与CA证书生成、SSL/TLS应用,强调安全存储及验证机制,确保通信加密和... 目录1. 秘密键(私钥)的理解与管理私钥的定义与重要性私钥的管理策略私钥的生成与存储2. 证书的创建与

浅析Spring如何控制Bean的加载顺序

《浅析Spring如何控制Bean的加载顺序》在大多数情况下,我们不需要手动控制Bean的加载顺序,因为Spring的IoC容器足够智能,但在某些特殊场景下,这种隐式的依赖关系可能不存在,下面我们就来... 目录核心原则:依赖驱动加载手动控制 Bean 加载顺序的方法方法 1:使用@DependsOn(最直

SpringBoot中如何使用Assert进行断言校验

《SpringBoot中如何使用Assert进行断言校验》Java提供了内置的assert机制,而Spring框架也提供了更强大的Assert工具类来帮助开发者进行参数校验和状态检查,下... 目录前言一、Java 原生assert简介1.1 使用方式1.2 示例代码1.3 优缺点分析二、Spring Fr

java使用protobuf-maven-plugin的插件编译proto文件详解

《java使用protobuf-maven-plugin的插件编译proto文件详解》:本文主要介绍java使用protobuf-maven-plugin的插件编译proto文件,具有很好的参考价... 目录protobuf文件作为数据传输和存储的协议主要介绍在Java使用maven编译proto文件的插件