LeetCode(188) Best Time to Buy and Sell Stock IV (Java)

题目如下:
Best Time to Buy and Sell Stock Total Accepted: 43912 Total Submissions: 135635 My Submissions Question Solution 
Say you have an array for which the ith element is the price of a given stock on day i.
If you were only permitted to complete at most one transaction (ie, buy one and sell one share of the stock), design an algorithm to find the maximum profit.


分析如下:

感觉是一道非常困难的题目,不会做,全面看网上的讨论。

题目的关键是要写出下面的动态转移方程:

local[i][j]=max(global[i-1][j-1]+max(diff,0),local[i-1][j]+diff),

global[i][j]=max(local[i][j],global[i-1][j]),

而这个方程的具体理解是这样的。

首先global比较简单,不过是不断地和已经计算出的local进行比较,把大的保存在global中。

然后看local,关键是要理解local的定义,local[i][j]表示,前i天进行了j次交易,并且第i天进行了第j次交易的最大利润,所以local[i][j]中必然有一次交易,也就是当近一次交易,发生在第i天。 local由两个部分的比较完成。

第一部分是,global[i-1][j-1]+max(diff,0), 表示的就是,前面把之前的j - 1次交易,放在之前的i - 1天,然后让第i天来进行第j次交易,那么加入此时diff(price[i] - price[i - 1])大于零,那么正好可以可借助这次交易的机会增长里利润(利润= diff),否则的话,如果diff小于零,那就在第i天当天进行一次买卖,凑一次交易的次数,但是产生利润为0.

第二部分是, local[i-1][j]+diff, 这里的 local[i-1][j]表示的是,前面j次交易在第i -1天就已经完成了,可是因为说了local[a][b]一定要表达在第a天完成了b次交易的最大利润,所以就需要强制使得交易在第i天发生,为了实现这一点,只需要在local[i - 1][j]的基础上,加上diff ( = price[i] - price[i - 1])就可以了。如果diff < 0 那也没有办法,因为必须满足local的定义。接下来算global的时候,总会保证取得一个更大的值。


关于正道题目的全文的分析,Code Ganker的还挺不错。 下面全文摘抄作者的分析:

"这道题是Best Time to Buy and Sell Stock的扩展,现在我们最多可以进行两次交易。我们仍然使用动态规划来完成,事实上可以解决非常通用的情况,也就是最多进行k次交易的情况。


这里我们先解释最多可以进行k次交易的算法,然后最多进行两次我们只需要把k取成2即可。我们还是使用“局部最优和全局最优解法”。我们维护两种量,一个是当前到达第i天可以最多进行j次交易,最好的利润是多少(global[i][j]),另一个是当前到达第i天,最多可进行j次交易,并且最后一次交易在当天卖出的最好的利润是多少(local[i][j])。下面我们来看递推式。

全局的比较简单,
global[i][j]=max(local[i][j],global[i-1][j]),
也就是去当前局部最好的,和过往全局最好的中大的那个(因为最后一次交易如果包含当前天一定在局部最好的里面,否则一定在过往全局最优的里面)。

对于局部变量的维护,递推式是
local[i][j]=max(global[i-1][j-1]+max(diff,0),local[i-1][j]+diff),
也就是看两个量,第一个是全局到i-1天进行j-1次交易,然后加上今天的交易,如果今天是赚钱的话(也就是前面只要j-1次交易,最后一次交易取当前天),第二个量则是取local第i-1天j次交易,然后加上今天的差值(这里因为local[i-1][j]比如包含第i-1天卖出的交易,所以现在变成第i天卖出,并不会增加交易次数,而且这里无论diff是不是大于0都一定要加上,因为否则就不满足local[i][j]必须在最后一天卖出的条件了)。

上面的算法中对于天数需要一次扫描,而每次要对交易次数进行递推式求解,所以时间复杂度是O(n*k),如果是最多进行两次交易,那么复杂度还是O(n)。空间上只需要维护当天数据皆可以,所以是O(k),当k=2,则是O(1)。"


我的代码:

/*
Input:	2, [6,1,3,2,4,7]
Output:	6
Expected:	7
*/
// 306ms
public class Solution {
    public int maxProfit(int k, int[] prices) {

        int n = prices.length; 
        // validate input 1
        if (k <= 0 || n == 0) return 0;
        
        // validate input 2 : if k is large enough, the question will be the same as question II.
        if (k >= n / 2) {
            int result = 0;
            for (int i = 1; i < n; ++i) {
                if (prices[i] - prices[i - 1] > 0) {
                    result += prices[i] - prices[i - 1];
                }
            }
            return result;
        }
        int[][] localProfit = new int[n][k + 1];
        int[][] globalProfit = new int[n][k + 1];

        //实际上没有必要进行初始化 k = 1时候的情况,下面的nested for loop已经能够处理这个初始化了。
        // int minPrice = prices[0];
        // for (int i = 1; i < n; ++i) {
        //     localProfit[i][1]= prices[i] - minPrice;
        //     globalProfit[i][1]= Math.max(localProfit[i][1], globalProfit[i - 1][1]);
        //     if (prices[i] < minPrice) {
        //         minPrice = prices[i];
        //     }
        // }
        
        for (int j = 1; j <= k; ++j) {
            for (int i = 1; i < n; ++i) {
                localProfit[i][j]= Math.max(
                    localProfit[i - 1][j] + prices[i] - prices[i -1], 
                    globalProfit[i - 1][j - 1] + Math.max(0, prices[i] - prices[i - 1]));
                globalProfit[i][j] = Math.max(localProfit[i][j], globalProfit[i - 1][j]);
            }
        }
        return globalProfit[n - 1][k];
    }
}


参考资料:

1 Code Ganker http://blog.csdn.net/linhuanmars/article/details/23236995

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