二叉树的序列化与反序列化-蒲公英云

二叉树的序列化与反序列化

为了方便自己测试二叉树相关的代码，需要根据层序遍历快速反序列化一颗用于测试的二叉树，这样可以很方便的写测试用例。

因此简单梳理一下基于层序遍历的二叉树的序列化问题。

LintCode地址：https://www.lintcode.com/problem/serialize-and-deserialize-binary-tree/description

举例说明：
在这里插入图片描述

序列化过程

与层次遍历相同的是：元素出现的次序与层序遍历相同；与层序遍历不同的是：增加的#，只要是非最后一层的节点，如果孩子为空，就需要用#表示。

在序列化的过程中，用ArrayList结构来存储层次遍历的TreeNode，将每层的节点存储到ArrayList当中，用StringBuilder来拼接序列化的结果。

ArrayList控制了层序遍历的方向: 在ArrayList上的指针不断后移，如果指向的节点不为空，将指向节点的左孩子和右孩子放入到ArrayList当中。而StringBuilder在遍历过程中不断添加节点值或者#构造结果。注意因为是序列化，当该节点的孩子节点为空，需要在String结果中添加#体现。

反序列化过程

字符串处理获取到字符串数组，根据字符串数组构建二叉树。我们可以观测一个非常使用的规律：对于不为#的节点，所有节点的左右孩子节点都依次排在list当中。
在这里插入图片描述
所以，我们可以设定父节点指针index，设定当前节点指针。当前节点指针构造节点之后，作为左节点或者有节点挂载在index指向的父节点上。当index的左、右孩子都处理之后则index后移，那么可以设置一个isLeftChild的标识位，如果当前是isLeftChild则当前节点是父节点的左孩子，反之则为右孩子。每次对右孩子处理完之后index指针就需要后移。

换句话说，要注意控制父节点指针index的移动时机，还需要确定当前节点是父节点的左孩子还是右孩子。

import org.junit.Test;
import java.util.ArrayList;
/**
 * @author wanglong
 * @brief
 * @date 2019-09-10 08:56
 */
 // Definition of TreeNode:
public class SerializeAndDeserializeBinaryTree {
    class TreeNode {
        public int val;
        public TreeNode left, right;
        public TreeNode(int val) {
            this.val = val;
            this.left = this.right = null;
        }
    }
    /**
     * This method will be invoked first, you should design your own algorithm
     * to serialize a binary tree which denote by a root node to a string which
     * can be easily deserialized by your own "deserialize" method later.
     */
    public String serialize(TreeNode root) {
        // write your code here
        if(root == null)
            return new String("{}");
        ArrayList<TreeNode> list = new ArrayList<>();
        list.add(root);
        for(int i = 0; i < list.size(); i ++){
            TreeNode curNode = list.get(i);
            if(curNode != null){
                list.add(curNode.left);
                list.add(curNode.right);
            }
        }
        while(list.get(list.size() - 1) == null)
            list.remove(list.size() - 1);
        StringBuilder sb = new StringBuilder("{");
        sb.append(list.get(0).val);
        for(int i = 1; i < list.size(); i ++){
            if(list.get(i) != null){
                sb.append(",");
                sb.append(list.get(i).val);
            }else{
                sb.append(",#");
            }
        }
        sb.append("}");
        return sb.toString();
    }
    /**
     * This method will be invoked second, the argument data is what exactly
     * you serialized at method "serialize", that means the data is not given by
     * system, it's given by your own serialize method. So the format of data is
     * designed by yourself, and deserialize it here as you serialize it in
     * "serialize" method.
     */
    public TreeNode deserialize(String data) {
        // write your code here
        if(data ==null || data.equals("{}") || data.length() == 0)
            return null;
        data = data.substring(1, data.length() - 1);
        String[] strs = data.split(",");
        ArrayList<TreeNode> nodeList = new ArrayList<>();
        TreeNode root = new TreeNode(Integer.parseInt(strs[0]));
        nodeList.add(root);
        boolean isLeftChild = true;
        int index = 0;
        for(int i = 1; i < strs.length; i ++){
            if(!strs[i].equals("#")){
                TreeNode curNode = new TreeNode(Integer.parseInt(strs[i]));
                if(isLeftChild)
                    nodeList.get(index).left = curNode;
                else
                    nodeList.get(index).right = curNode;
                nodeList.add(curNode);
            }
            if(!isLeftChild) //index计数后移（#和非空节点都需要进行）
                index ++;
            isLeftChild = !isLeftChild; //左右子节点替换（#和非空节点都需要进行）
        }
        return root;
    }
    @Test
    public void test(){
        //test case
        System.out.println(deserialize(new String("{3,9,20,#,#,15,7}")));
    }
}