Python二叉树序列化详解（从零开始掌握二叉树的序列化与反序列化技巧）

常见的序列化方法

最常用的序列化方式有两种：

1. 层序遍历（BFS）序列化：按层次从上到下、从左到右遍历节点，空节点用 null 表示。
2. 前序遍历（DFS）序列化：先根、再左子树、最后右子树，同样用 null 表示空节点。

本文将以层序遍历为例进行讲解，这也是LeetCode官方采用的标准格式。

定义二叉树节点

首先，我们需要定义一个简单的二叉树节点类：

class TreeNode:    def __init__(self, val=0, left=None, right=None):        self.val = val        self.left = left        self.right = right

实现序列化（serialize）

我们将使用队列（collections.deque）来实现层序遍历：

from collections import dequedef serialize(root):    if not root:        return "[]"        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")        # 去掉末尾多余的 null    while result and result[-1] == "null":        result.pop()        return "[" + ",".join(result) + "]"

实现反序列化（deserialize）

反序列化就是根据字符串重建二叉树。我们依然使用队列来逐层构建：

def deserialize(data):    if data == "[]":        return None        # 去掉首尾的方括号，并分割    vals = data[1:-1].split(",")    root = TreeNode(int(vals[0]))    queue = deque([root])    i = 1        while queue and i < len(vals):        node = queue.popleft()                # 处理左子节点        if vals[i] != "null":            node.left = TreeNode(int(vals[i]))            queue.append(node.left)        i += 1                # 处理右子节点（注意边界检查）        if i < len(vals) and vals[i] != "null":            node.right = TreeNode(int(vals[i]))            queue.append(node.right)        i += 1        return root

完整示例测试

让我们用一个具体例子来测试：

# 构建如下二叉树：#       1#      / \#     2   3#        / \#       4   5root = TreeNode(1)root.left = TreeNode(2)root.right = TreeNode(3)root.right.left = TreeNode(4)root.right.right = TreeNode(5)# 序列化s = serialize(root)print(s)  # 输出: [1,2,3,null,null,4,5]# 反序列化new_root = deserialize(s)# 再次序列化验证print(serialize(new_root))  # 输出: [1,2,3,null,null,4,5]

为什么这个技巧很重要？

掌握Python二叉树序列化和反序列化，不仅能帮助你轻松应对像 LeetCode 297 这样的经典题目，还能让你在处理复杂数据结构时更加得心应手。这是每一个学习Python数据结构教程的开发者都应掌握的基础技能。

小结

本文详细讲解了如何用 Python 实现二叉树的序列化与反序列化，重点介绍了基于层序遍历的方法。通过清晰的代码示例和图解，即使是编程小白也能轻松理解。记住，多动手写代码、多调试，是掌握这类算法的关键！

如果你正在准备算法面试，建议将这段代码背下来，并尝试用前序遍历的方式也实现一遍，加深理解。