数据结构与算法之买卖股票的最好时机&&动态规划

简介: 数据结构与算法之买卖股票的最好时机&&动态规划

一.题目


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二.思路一(动态规划思想)


动规五部曲分析如下:

  1. 确定dp数组(dp table)以及下标的含义


dp[i][0] 表示第i天持有股票所得最多现金 。持有股票之后哪还有现金呢?其实一开始现金是0,那么加入第i天买入股票现金就是 -prices[i], 这是一个负数。dp[i][1] 表示第i天不持有股票所得最多现金。


注意这里说的是“持有”,“持有”不代表就是当天“买入”!也有可能是昨天就买入了,今天保持持有的状态。


2.确定递推公式


如果第i天持有股票即dp[i][0], 那么可以由两个状态推出来


第i-1天就持有股票,那么就保持现状,所得现金就是昨天持有股票的所得现金 即:dp[i - 1][0]

第i天买入股票,所得现金就是买入今天的股票后所得现金即:-prices[i]


那么dp[i][0]应该选所得现金最大的,所以dp[i][0] = max(dp[i - 1][0], -prices[i]);

如果第i天不持有股票即dp[i][1], 也可以由两个状态推出来


  • 第i-1天就不持有股票,那么就保持现状,所得现金就是昨天不持有股票的所得现金 即:dp[i - 1][1]
  • 第i天卖出股票,所得现金就是按照今天股票价格卖出后所得现金即:prices[i] + dp[i - 1][0]

同样dp[i][1]取最大的,dp[i][1] = max(dp[i - 1][1], prices[i] + dp[i - 1][0]);

这样递推公式我们就分析完了


3.dp数组如何初始化


由递推公式 dp[i][0] = max(dp[i - 1][0], -prices[i]); 和 dp[i][1] = max(dp[i - 1][1], prices[i] + dp[i - 1][0]);可以看出其基础都是要从dp[0][0]和dp[0][1]推导出来。那么dp[0][0]表示第0天持有股票,此时的持有股票就一定是买入股票了,因为不可能有前一天推出来,所以dp[0][0] -= prices[0];


dp[0][1]表示第0天不持有股票,不持有股票那么现金就是0,所以dp[0][1] = 0;


4.确定遍历顺序

从递推公式可以看出dp[i]都是由dp[i - 1]推导出来的,那么一定是从前向后遍历。

5.举例推导dp数组

以示例1,输入:[7,1,5,3,6,4]为例,dp数组状态如下


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dp[5][1]就是最终结果。为什么不是dp[5][0]呢?

因为本题中不持有股票状态所得金钱一定比持有股票状态得到的多!

以上分析完毕,C++代码如下:

// 版本一
class Solution {
public:
    int maxProfit(vector<int>& prices) {
        int len = prices.size();
        if (len == 0) return 0;
        vector<vector<int>> dp(len, vector<int>(2));
        dp[0][0] -= prices[0];
        dp[0][1] = 0;
        for (int i = 1; i < len; i++) {
            dp[i][0] = max(dp[i - 1][0], -prices[i]);
            dp[i][1] = max(dp[i - 1][1], prices[i] + dp[i - 1][0]);
        }
        return dp[len - 1][1];
    }
};


思路二(暴力穷举法)

该方法超时,但是还是有必要发一下,要是有的题目对时间没有限制呢?


class Solution {
public:
    int maxProfit(vector<int>& prices) {
        int result = 0;
        for (int i = 0; i < prices.size(); i++) {
            for (int j = i + 1; j < prices.size(); j++){
                result = max(result, prices[j] - prices[i]);
            }
        }
        return result;
    }
};


  • 时间复杂度:O(n^2)
  • 空间复杂度:O(1)

思路三(贪心算法)


这是个好方法

因为股票就买卖一次,那么贪心的想法很自然就是取最左最小值,取最右最大值,那么得到的差值就是最大利润。

C++代码如下:


class Solution {
public:
    int maxProfit(vector<int>& prices) {
        int low = INT_MAX;
        int result = 0;
        for (int i = 0; i < prices.size(); i++) {
            low = min(low, prices[i]);  // 取最左最小价格
            result = max(result, prices[i] - low); // 直接取最大区间利润
        }
        return result;
    }
};
  • 时间复杂度:O(n)
  • 空间复杂度:O(1)
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