算法题解记录-131分割回文串

131. 分割回文串 - 题解

题目概述

给定一个字符串 s,要求将 s 分割成若干子串,使得每个子串都是 回文串。返回所有可能的分割方案。

示例:

复制代码
输入:s = "aab"
输出:[["a","a","b"], ["aa","b"]]

解题思路

核心思想:回溯算法

这道题的本质是:找到所有可能的切割方式,使得切割出的每一段都是回文串。

我们可以将其理解为一棵 决策树:

  • 树的每一层代表一次切割。
  • 每个节点表示当前已切割出的子串列表。
  • 从当前剩余字符串的起始位置开始,尝试所有可能的切割点(即子串结束位置)。
  • 只有当前切割出的子串是回文串时,才继续向下递归。

算法步骤

  1. 初始化:

    • 一个结果列表 output,用于存放所有合法的分割方案。
    • 一个当前路径列表 current,用于存放当前正在尝试的分割方案。
  2. 递归函数 backtrack:

    • 参数 :
      • s:原始字符串
      • start:当前切割的起始位置
      • current:当前已分割出的子串列表
      • output:结果列表
    • 终止条件 :如果 start == s.length(),说明已经处理完整个字符串,将 current 的副本加入 output。
    • 递归过程 :
      • 从 start 开始,尝试所有可能的结束位置 end(end ∈ [start+1, s.length()])。
      • 取出子串 sub = s.substring(start, end)。
      • 如果 sub 是回文串:
        • 将其加入 current。
        • 递归处理剩余部分 backtrack(s, end, current, output)。
        • 回溯:从 current 中移除 sub。
  3. 判断回文串:

    • 使用双指针法判断子串是否为回文。

代码实现(Java)

java 复制代码
class Solution {
    public List<List<String>> partition(String s) {
        List<List<String>> output = new ArrayList<>();
        List<String> current = new ArrayList<>();
        backtrack(s, 0, current, output);
        return output;
    }
    
    private void backtrack(String s, int start, List<String> current, List<List<String>> output) {
        if (start == s.length()) {
            output.add(new ArrayList<>(current));
            return;
        }
        
        for (int end = start + 1; end <= s.length(); end++) {
            String substring = s.substring(start, end);
            if (isPalindrome(substring)) {
                current.add(substring);
                backtrack(s, end, current, output);
                current.remove(current.size() - 1);
            }
        }
    }
    
    private boolean isPalindrome(String str) {
        int left = 0, right = str.length() - 1;
        while (left < right) {
            if (str.charAt(left) != str.charAt(right)) {
                return false;
            }
            left++;
            right--;
        }
        return true;
    }
}

回溯树示例(以 "aab" 为例)

复制代码
开始:start = 0, current = []
├─ 切割 "a"(回文)
│  ├─ start = 1, 切割 "a"(回文)
│  │  └─ start = 2, 切割 "b"(回文)→ 收集结果 ["a","a","b"]
│  └─ start = 1, 切割 "ab"(不是回文)→ 剪枝
├─ 切割 "aa"(回文)
│  └─ start = 2, 切割 "b"(回文)→ 收集结果 ["aa","b"]
└─ 切割 "aab"(不是回文)→ 剪枝

复杂度分析

  • 时间复杂度:O(N × 2^N),最坏情况下字符串的所有子串都是回文,需要遍历所有分割方案。
  • 空间复杂度 :O(N),递归调用栈的深度最多为 N,current 列表的大小也为 O(N)。

关键点总结

  1. 回溯框架:每一步尝试一个切割点,递归处理剩余部分,回溯时撤销选择。
  2. 剪枝优化:只有当前子串是回文时才继续递归,避免无效搜索。
  3. 结果收集 :在递归到底(即 start == s.length())时,将当前路径加入结果集。
  4. 回文判断:使用双指针法判断子串是否为回文,避免重复计算。

总结

本题是典型的 回溯 + 剪枝 问题,通过构建决策树来枚举所有可能的分割方式,并通过回文判断提前剪枝,有效减少了搜索空间。掌握这种"尝试-回溯"的思维模式,对解决类似组合、分割、排列问题非常有帮助。

提示:可以进一步优化,使用动态规划预处理回文判断表,将回文判断的时间复杂度降为 O(1),从而提升整体效率。

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