LeetCode 140：单词拆分 II

LeetCode 140：单词拆分 II

问题本质与核心挑战

给定字符串 s 和字典 wordDict，需找出 所有可能的拆分方式（每个单词在字典中，顺序任意）。核心挑战：

• 直接回溯会因重复计算导致 超时 （如 s 长度为20，组合数爆炸）；
• 需结合 记忆化搜索 缓存中间结果，同时通过 动态规划预处理 过滤不可拆分的情况，提升效率。

核心思路：记忆化搜索 + 可行性预处理

1. 可行性预处理（单词拆分 I 思路）

先用动态规划标记 哪些位置可拆分 （dpCheck[i] 表示 s 的前 i 个字符可拆分），避免对不可拆分的路径进行无效递归。

2. 记忆化搜索（递归 + 哈希表缓存）

定义 dfs(start)：返回从 start 位置开始的所有拆分结果。通过 哈希表 memo 缓存已计算的 start 结果，避免重复计算。

算法步骤详解（以示例 s = "catsanddog", wordDict = ["cat","cats","and","sand","dog"] 为例）

步骤 1：预处理字典与可行性检查

• 字典转集合 ：Set<String> wordSet 加速查询（O(1) 时间）。

• 可行性动态规划：

  • dpCheck[0] = true（空字符串可拆分）；
  • 对每个位置 i，遍历所有可能的 j < i，若 dpCheck[j] 为 true 且 s[j..i-1] 在字典中，则 dpCheck[i] = true。

  示例可行性计算：

  i（前i字符）	可拆分？（dpCheck[i]）	原因
  0	true	空字符串
  3	true	s[0..2] = "cat" 在字典中
  4	true	s[0..3] = "cats" 在字典中
  7	true	s[3..6] = "sand" 在字典中
  10	true	s[7..9] = "dog" 在字典中

步骤 2：记忆化搜索（递归 + 缓存）

定义递归函数 dfs(start)，逻辑如下：

1. 缓存命中 ：若 memo 中存在 start 的结果，直接返回。
2. 基准情况 ：若 start == s.length()，返回包含空字符串的列表（表示拆分到末尾）。
3. 遍历所有可能的结束位置 end ：
   • 取子串 s[start..end-1]，若在字典中：
     • 递归计算 dfs(end) 得到后续拆分结果；
     • 将当前单词与后续结果拼接（如后续结果为空，直接添加当前单词；否则用空格连接）。
4. 缓存结果 ：将 start 对应的拆分结果存入 memo，避免重复计算。

步骤 3：结果拼接与收集

递归过程中，通过 回溯拼接 生成所有可能的拆分序列。例如：

• start=0 时，子串 cat（end=3）和 cats（end=4）分别递归，最终拼接出 ["cat sand dog", "cats and dog"]。

完整代码（Java）

import java.util.*;

class Solution {
    public List<String> wordBreak(String s, List<String> wordDict) {
        Set<String> wordSet = new HashSet<>(wordDict);
        int n = s.length();
        
        // 步骤1：可行性预处理（单词拆分I的动态规划）
        boolean[] dpCheck = new boolean[n + 1];
        dpCheck[0] = true; // 空字符串可拆分
        for (int i = 1; i <= n; i++) {
            for (int j = 0; j < i; j++) {
                if (dpCheck[j] && wordSet.contains(s.substring(j, i))) {
                    dpCheck[i] = true;
                    break;
                }
            }
        }
        // 不可拆分，直接返回空
        if (!dpCheck[n]) {
            return new ArrayList<>();
        }
        
        // 步骤2：记忆化搜索（递归 + 哈希表缓存）
        Map<Integer, List<String>> memo = new HashMap<>();
        return dfs(0, s, wordSet, memo);
    }
    
    private List<String> dfs(int start, String s, Set<String> wordSet, Map<Integer, List<String>> memo) {
        // 缓存命中，直接返回
        if (memo.containsKey(start)) {
            return memo.get(start);
        }
        
        List<String> res = new ArrayList<>();
        // 基准情况：拆分到末尾
        if (start == s.length()) {
            res.add(""); // 空字符串，用于拼接最后一个单词
            return res;
        }
        
        // 遍历所有可能的结束位置
        for (int end = start + 1; end <= s.length(); end++) {
            String word = s.substring(start, end);
            if (wordSet.contains(word)) {
                // 递归获取后续拆分结果
                List<String> subList = dfs(end, s, wordSet, memo);
                // 拼接当前单词与后续结果
                for (String sub : subList) {
                    if (sub.isEmpty()) {
                        res.add(word); // 后续无单词，直接添加
                    } else {
                        res.add(word + " " + sub); // 拼接空格
                    }
                }
            }
        }
        
        // 缓存结果，避免重复计算
        memo.put(start, res);
        return res;
    }
}

关键逻辑解析

1. 可行性预处理：

   • 提前过滤不可拆分的情况，减少无效递归，时间复杂度 O(n²)。
   • 利用动态规划标记可拆分位置，为后续递归提供依据。

2. 记忆化搜索：

   • 通过 memo 缓存每个 start 的拆分结果，将时间复杂度从指数级降为 O(n² × k)（k 为平均结果数，实际可接受）。
   • 递归过程中，通过 子串判断 + 结果拼接，高效生成所有可能的拆分序列。

3. 结果拼接：

   • 空字符串作为基准，简化最后一个单词的拼接逻辑（无需额外判断是否为末尾）。

该方法结合 动态规划的可行性过滤 和 记忆化搜索的高效递归，完美解决了"全拆分序列收集"的问题，在时间和空间复杂度之间取得平衡，是处理此类组合问题的经典范式。