【Leetcode每日笔记】123.买卖股票的最佳时机III(Python)

题目

给定一个数组,它的第 i 个元素是一支给定的股票在第 i 天的价格。

设计一个算法来计算你所能获取的最大利润。你最多可以完成 两笔 交易。

注意: 你不能同时参与多笔交易(你必须在再次购买前出售掉之前的股票)。

示例 1:

输入: [3,3,5,0,0,3,1,4] 输出: 6 解释: 在第 4 天(股票价格 = 0)的时候买入,在第 6 天(股票价格 =
3)的时候卖出,这笔交易所能获得利润 = 3-0 = 3 。
随后,在第 7 天(股票价格 = 1)的时候买入,在第 8 天 (股票价格 = 4)的时候卖出,这笔交易所能获得利润 = 4-1 = 3 。

示例 2:

输入: [1,2,3,4,5] 输出: 4 解释: 在第 1 天(股票价格 = 1)的时候买入,在第 5 天 (股票价格 =
5)的时候卖出, 这笔交易所能获得利润 = 5-1 = 4 。
注意你不能在第 1 天和第 2 天接连购买股票,之后再将它们卖出。
因为这样属于同时参与了多笔交易,你必须在再次购买前出售掉之前的股票。

示例 3:

输入: [7,6,4,3,1] 输出: 0 解释: 在这个情况下, 没有交易完成, 所以最大利润为 0。

解题思路

动态规划

状态定义

通过题目可以发现,涉及到的变量有天数、交易次数、买入卖出状态,所以可以定义一个三维数组dp[i][j][k],表示第i天交易j次时的累计最大利润,k表示此次操作是买入还是卖出。如dp[1][1][0]表示第一天交易了1次时卖出后的累计最大利润,所以第i天共有五种状态分别为dp[i][0][0]、dp[i][0][1]、dp[i][1][0]、dp[i][1][1]、dp[i][2][0]。dp[i][0][0]:对应于初始状态,第i天0次交易卖出,既然都没交易,那何来卖出呢,所以只能是0。dp[i][0][1]和dp[i][1][0] 这两个是一对,对应到上图中就是第一次买入、第一次卖出。dp[i][1][1]和dp[i][2][0] 这两个也是一对,对应到上图中就是第二次买入、第二次卖出。
接着思考,发现每一天都只有五个状态,那么可以接着对状态定义进行简化,直接用下面的方式表示

  • dp[i][0] 初始化状态

  • dp[i][1] 第一次买入

  • dp[i][2] 第一次卖出

  • dp[i][3] 第二次买入

  • dp[i][4] 第二次卖出
    结合下面的状态转移方程,可以发现,第i天的利润只与第i-1天有关,,也就是说,求出第i天的利润,第i-1天及以前的利润就不需要了,那么就可以用一维数组进行滚动更新,只需要第i-1天和第i天的数据,即前一天和当前的利润。

  • dp0:初始化状态

  • dp1:第一次买入

  • dp2:第一次卖出

  • dp3:第二次买入

  • dp4:第二次卖出

状态转移方程

三维数组的状态转移方程:

第一次买入:从初始状态转换而来,或者第一次买入后保持不动 dp[i][0][1] =
max(dp[i-1][0][1],dp[i-1][0][0]-prices[i])

第一次卖出:从第一次买入转换而来,或者第一次卖出后保持不动 dp[i][1][0] =
max(dp[i-1][1][0],dp[i-1][0][1]+prices[i])
第二次买入:从第一次卖出转换而来,或者第二次买入后保持不动 dp[i][1][1] =
max(dp[i-1][1][1],dp[i-1][1][0]-prices[i])

第二次卖出:从第二次买入转换而来,或者第二次卖出后保持不动 dp[i][2][0] =
max(dp[i-1][2][0],dp[i-1][1][1]+prices[i])

二维数组的状态转移方程:

第一次买入:从初始状态转换而来,或者第一次买入后保持不动 dp[i][1] =
max(dp[i-1][1],dp[i-1][0]-prices[i])
第一次卖出:从第一次买入转换而来,或者第一次卖出后保持不动 dp[i][2] = max(dp[i-1][2],dp[i-1][1]+prices[i])

第二次买入:从第一次卖出转换而来,或者第二次买入后保持不动 dp[i][3] =
max(dp[i-1][3],dp[i-1][2]-prices[i])

第二次卖出:从第二次买入转换而来,或者第二次卖出后保持不动 dp[i][4] =
max(dp[i-1][4],dp[i-1][3]+prices[i])

一维数组的状态转移方程:

第一次买入:从初始状态转换而来,或者第一次买入后保持不动 dp1 = max(dp1,dp0-prices[i])
第一次卖出:从第一次买入转换而来,或者第一次卖出后保持不动 dp2 = max(dp2,dp1+prices[i])

第二次买入:从第一次卖出转换而来,或者第二次买入后保持不动 dp3= max(dp3,dp2-prices[i])

第二次卖出:从第二次买入转换而来,或者第二次卖出后保持不动 dp4 = max(dp4,dp3+prices[i])

代码

class Solution:
    def maxProfit(self, prices: List[int]) -> int:
        if not prices:
            return 0
        dp0 = 0
        dp1 = -prices[0]
        dp2 = 0
        dp3 = -prices[0]
        dp4 = 0
        for i in range(1,len(prices)):
            dp1 = max(dp1,dp0-prices[i])
            dp2 = max(dp2,dp1+prices[i])
            dp3 = max(dp3,dp2-prices[i])
            dp4 = max(dp4,dp3+prices[i])
        return max(dp0,dp1,dp2,dp3,dp4)

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