二叉树的序列化和反序列化C#版本(前序序列,包括递归和非递归实现)

二叉树的序列化和反序列化

二叉树是有结点指针将多个结点关联起来的抽象数据结构,是存在于内存中的,不能进行持久化;如果要将一颗二叉树持久化保存在磁盘文件中,需要将其转换成序列并储存在文件中。
这里讨论如何将二叉树生成前序序列字符串,然后读取前序序列,反序列化并生还原二叉树。
所谓的序列化是指遍历一遍二叉树,产生一个字符串序列,但与一般的前序序列不同,这里要用字符‘#’来记录空的结点。
如:
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
前序序列为 AB#C##D#EF###

序列化

序列化和先序遍历类似,只不过多了一个步骤,在读到结点为空时要加用字符‘#’记录。

C#代码实现如下:

结点定义

首先是对二叉树结点的定义:

class BinaryTreeNode
    {
        public int flag;                       //这里的flag在后面非递归反序列化时会用上
        public char data;
        public BinaryTreeNode lchild;
        public BinaryTreeNode rchild;
        public BinaryTreeNode(char data)
        {
            this.data = data;
            this.flag = 1;
            lchild = rchild = null;
        }
     
### 二叉树序列化反序列化算法实现方法 二叉树序列化反序列化是将二叉树结构转换为字符串形式以便存储或传输,并能够从该字符串中重新构建原始二叉树的过程。以下是基于前序遍历、层序遍历的序列化反序列化实现方法。 #### 方法一:基于前序遍历的序列化反序列化 前序遍历的特点是先访问根节点,然后递归访问左子树右子树。通过这种方式可以方便地进行序列化反序列化。 ```python # 定义二叉树节点 class TreeNode: def __init__(self, val=0, left=None, right=None): self.val = val self.left = left self.right = right class Codec: def serialize(self, root): """Encodes a tree to a single string.""" if not root: return "None," return str(root.val) + "," + self.serialize(root.left) + self.serialize(root.right) def deserialize(self, data): """Decodes your encoded data to tree.""" def helper(data_list): if data_list[0] == "None": data_list.pop(0) return None root = TreeNode(int(data_list[0])) data_list.pop(0) root.left = helper(data_list) root.right = helper(data_list) return root data_list = data.split(",") return helper(data_list) ``` 上述代码实现了基于前序遍历的二叉树序列化反序列化[^2]。 #### 方法二:基于层序遍历的序列化反序列化 层序遍历是一种按层次从上到下、从左到右访问二叉树节点的方法。为了保证能够唯一还原二叉树,需要在序列化时保存空节点的信息。 ```python from collections import deque class Codec: def serialize(self, root): """Encodes a tree to a single string.""" if not root: return "" queue = deque([root]) result = [] while queue: node = queue.popleft() if node: result.append(str(node.val)) queue.append(node.left) queue.append(node.right) else: result.append("None") return ",".join(result) def deserialize(self, data): """Decodes your encoded data to tree.""" if not data: return None nodes = data.split(",") root = TreeNode(int(nodes[0])) queue = deque([root]) i = 1 while queue and i < len(nodes): node = queue.popleft() if nodes[i] != "None": left = TreeNode(int(nodes[i])) node.left = left queue.append(left) i += 1 if nodes[i] != "None": right = TreeNode(int(nodes[i])) node.right = right queue.append(right) i += 1 return root ``` 上述代码展示了基于层序遍历的二叉树序列化反序列化方法[^5]。 #### 注意事项 - 在序列化过程中,必须明确表示空节点(如使用`None`),否则无法唯一还原二叉树。 - 反序列化时,需要按照序列化的规则逐步重建二叉树结构。 ---
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