我来给你讲解 LeetCode 第 297 题「二叉树的序列化与反序列化」。

题目描述

设计一个算法，将二叉树序列化为一个字符串，并且可以将字符串反序列化为原始的二叉树结构。不限制你的序列化/反序列化算法执行逻辑，只需要保证二叉树可以序列化为字符串，并且字符串可以反序列化为原始的树结构。

解题思路

第一步：理解问题本质

序列化就是将二叉树结构转换为字符串表示，反序列化就是将字符串还原为二叉树。关键是要选择一种遍历方式，既能完整保存树的结构信息，又能方便地重建。

第二步：选择遍历方式

常用的二叉树遍历方式有：

• 前序遍历：根 → 左 → 右
• 中序遍历：左 → 根 → 右
• 后序遍历：左 → 右 → 根
• 层序遍历：按层次遍历

前序遍历是最直观的选择，因为序列化时第一个元素就是根节点，便于反序列化时重建。

第三步：处理空节点

为了能够准确重建树的结构，我们需要标记空节点。通常用特殊字符如：

• "null" 或 "#" 表示空节点
• 用分隔符如 "," 分隔各个节点值

第四步：序列化过程（前序遍历）

1. 从根节点开始递归遍历
2. 如果当前节点为空，在字符串中添加 "null"
3. 如果当前节点不为空，添加节点值
4. 继续递归处理左子树和右子树

示例：

    1
   / \
  2   3
     / \
    4   5

序列化结果："1,2,null,null,3,4,null,null,5,null,null"

第五步：反序列化过程

1. 将序列化字符串按分隔符拆分成节点值列表
2. 从列表开头开始处理（前序遍历顺序）
3. 如果遇到 "null"，返回空节点
4. 否则用当前值创建节点，递归构建左子树和右子树

第六步：代码实现细节

序列化步骤：

def serialize(root):
    def preorder(node):
        if not node:
            result.append("null")
            return
        result.append(str(node.val))
        preorder(node.left)
        preorder(node.right)
    
    result = []
    preorder(root)
    return ",".join(result)

反序列化步骤：

def deserialize(data):
    def build():
        if not values:
            return None
        val = values.pop(0)
        if val == "null":
            return None
        node = TreeNode(int(val))
        node.left = build()
        node.right = build()
        return node
    
    values = data.split(",")
    return build()

第七步：复杂度分析

• 时间复杂度：O(n)，每个节点访问一次
• 空间复杂度：O(n)，递归栈空间和存储序列化字符串的空间

第八步：其他实现方式

除了前序遍历，还可以使用：

• 层序遍历：更适合人类阅读，但实现稍复杂
• JSON格式：直接利用语言特性，但可能不符合题目要求

第九步：关键要点总结

1. 必须标记空节点：否则无法确定树的确切结构
2. 前序遍历最直观：根节点在开头，便于重建
3. 分隔符很重要：确保能正确解析各个值
4. 递归思想：序列化和反序列化都适合用递归实现

这种方法可以处理任意形状的二叉树，包括退化成链表的特殊情况。