Java_多态动态规划_买卖股票的最佳时机Ⅲ

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题目描述:

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: prices = [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: prices = [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: prices = [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。

示例 4:

输入: prices = [1] 输出: 0

提示:

  • 1 <= prices.length <= 105
  • 0 <= prices[i] <= 105

题目解析

本题加上了最多可完成两笔的条件;如果不加上此条件的话,我们可以分为两个状态:持股、未持股

  1. 持股状态又可以分为:
    (1)昨天就持有,今天依然不卖,所以还是持有;
    (2)昨天不持有,今天买入。
  2. 不持有股票:不持有股票也分为两种情况
    (1)昨天就不持有,今天依然不买入;
    (2)昨天持有,今天卖掉;
    那我们在此状态下再加上题目中给的最多可完成两笔的条件,最多两笔又可以分为: 0 笔、1 笔、2 笔 所以我们创建二维数组:
    t[i][j]: 第 i 天交易 j 笔,持股状态下的最大利润;
    f[i][j]: 第 i 天交易 j 笔,为持股状态下的最大利润。

下面来推动态转移方程

  1. t[i][j]:
    (1)昨天持有,今天不卖,依然持有,所以今天的最大利润等于昨天持股时的第 j 笔交易的利润;即 t[i][j] = t[i - 1][j]
    (2)昨天未持有,今天买入,所以是 i - 1 天交易 j 笔的未持有状态,再减去今天的买入股票投入的成本,t[i][j] = f[i - 1][j] - prices[i]
    取最大利润,即 t[i][j] = Math.max(t[i - 1][j],f[i - 1][j] - prices[i]).
  2. f[i][j]:
    (1)昨天未持有,今天依然保持观望状态,不进行任何操作,所以 f[i][j] = f[i - 1][j]
    (2)昨天持有,今天卖出,卖出的时候就触发了增加交易笔数的操作,应该是第 i - 1 天的第 j - 1 笔持股状态下的最大利润再加上今天的股票钱,即 f[i][j] = t[i - 1][j - 1] + prices[i]
    取最大利润,即 f[i][j] = Math.max(f[i - 1][j],t[i - 1][j - 1] + prices[i]) 动态转移方程写完就来考虑初始化的问题
  3. t[0][0]:
    t[0][0] 是第一天交易 0 笔,并且持股,所以要买入股票,即 t[0][0] = -prices[0];
  4. f[0][0]:
    f[0][0] 是第一天交易 0 笔,且未持股,所以不需要操作。即 f[0][0] = 0.
    但是这还没完,我们此题是有交易限制的,最多交易两笔,那么在同一天买卖股票是不可能成为最大利润的,所以再第 1 天的时候,不会进行股票卖出情况,即 t[0][1]t[0][2]f[0][1]f[0][2] 需要初始化为不能被选中的情况,那么我们就给定一个很小的值,这样在 f[i][j] = Math.max(f[i - 1][j],t[i - 1][j - 1] + prices[i]) 进行取最大值的时候 t[i - 1][j - 1] + prices[i] 就会处于无法选中的状态。这个值要给多少呢?直接 Math.min 吗?不可以!因为我们的表达式中有 f[i - 1][j] - prices[i] 这一项,如果给的太小再减去一个 prices[i]就可能会出现越界的情况,所以我们将 MIN_VAL 设定为 Math.min 的一半即可。

那我们在进行填表的时候,边界情况怎么处理呢,因为我们的表达式中有一个 j - 1,第 0 笔交易的时候,0 - 1 就会出现负订单的情况,这是不符合实际的。j = 0 的时候我们不需要进行 f[i][j] = Math.max(f[i - 1][j],t[i - 1][j - 1] + prices[i]) 判断,因为还未出现任何交易不可能出现任何收益,所以 f[i][j] = f[i - 1][j] 即可。当 j - 1 >= 0 的时候,我们再进行 f[i][j] = Math.max(f[i - 1][j],t[i - 1][j - 1] + prices[i]) 取最大值判断。

代码

class Solution {
    public int maxProfit(int[] prices) {
		//设定一个初始化较小的值
        int MIN_VAL = Integer.MIN_VALUE / 2;
        int len = prices.length;
        int[][] t = new int[len][3];
        int[][] f = new int[len][3];
        //初始化表
        for (int i = 0; i < 3; i++) t[0][i] = f[0][i] = MIN_VAL;
        t[0][0] = -prices[0];
        f[0][0] = 0;
        //开始填表
        for (int i = 1; i < len; i++) {
            for (int j = 0; j < 3; j++) {
                t[i][j] = Math.max(t[i - 1][j], f[i - 1][j] - prices[i]);
                f[i][j] = f[i - 1][j];
                if (j - 1 >= 0) f[i][j] = Math.max(f[i - 1][j], t[i - 1][j - 1] + prices[i]);
            }
        }
        //返回结果
        int ret = 0;
        for (int i = 0; i < 3; i++) ret = Math.max(f[len - 1][i], ret);
        return ret;
    }
}