题目链接 | 解题思路
本题多了冷却期的条件,将原本的两个状态变得更复杂了。变化在于,如果考虑第 i
天的状态是“持有股票”,那么不能简单地推导为“第 i-1
天持有股票”和“第 i-1
天未持有股票,第 i
天买入股票”,因为可能第 i
天是冷却期。所以,需要特殊讨论针对冷却期的递推公式。
可以看到和之前的一个最大的区别在于,本题需要详细地分类讨论“不持有股票的状态”。每一天的情况可能是“持有股票”,“未持有股票 + 不在冷却期”,“未持有股票 + 在冷却期”,“未持有股票 + 刚卖出股票”。分类讨论的情况更多了,需要更清晰的递推公式。另外,本题还单独列出了“今天刚卖出股票”这个具体的动作状态,是因为“刚卖出股票” -> “冷却期”这个递推是确定的。
dp[i][0]
:第 i
天结束时持有股票dp[i][1]
:第 i
天结束时不持有股票 + 不在冷却期内dp[i][2]
:第 i
天结束时不持有股票 + 当天卖出股票dp[i][3]
:第 i
天结束时不持有股票 + 当天为冷却期dp[i][0] = max(dp[i-1][0], dp[i-1][1] - prices[i], dp[i-1][3] - prices[i])
,如果第 i
天持有股票,那么
i-1
天就持有股票,dp[i][0] = dp[i-1][0]
i-1
天不持有股票,那又分为两种情况
i-1
天是冷却期,第 i
天可以正常交易,dp[i][0] = dp[i-1][3]
i-1
天不在冷却期内,第 i
天可以正常交易,dp[i][0] = dp[i-1][1]
dp[i][1] = max(dp[i-1][1], dp[i-1][3])
,如果第 i
天不是冷却期,那么
i-1
天就不在冷却期,dp[i][1] = dp[i-1][1]
i-1
天就是冷却期,dp[i][1] = dp[i-1][3]
dp[i][2] = dp[i-1][0] + prices[i]
,如果第 i
天要卖出股票,那么第 i-1
天必然是持有股票的dp[i][3] = dp[i-1][2]
,如果第 i
天是冷却期,那么第 i-1
天必然是卖出股票的dp[0][0] = -prices[0]
:显然,第一天结束时持有股票,那只能是第一天购买了股票dp[0][1] = 0
:显然,第一天结束时没有持有股票,只能是第一天没有任何操作dp[0][2] = 0
:符合定义的话,只能是第一天就买入再卖出股票,收益为 0dp[0][3] = 0
:根据定义,这个状态是非法的,因为很明显不可能在第一天就进入冷却期(没有办法在前一天卖出股票)。然而定义上非法的初始化,也要为了后续的递推服务,所以可以根据递推公式来得到初始化的值:
dp[1][1] = max(dp[0][1], dp[0][3])
会用到 dp[0][3]
。从含义上,第二天如果不持有股票并且不在冷却期,那么第一天就肯定没有买入股票,dp[1][1]
应该是 0(dp[0][1]
)。那么为了得到正确的 dp[1][1]
,我们应该初始化 dp[0][3] = 0
。1 | 2 | 3 | 0 | 2 | |
---|---|---|---|---|---|
0 | -1 | -1 | -1 | 1 | 1 |
1 | 0 | 0 | 0 | 1 | 2 |
2 | 0 | 1 | 2 | -1 | 3 |
3 | 0 | 0 | 1 | 2 | -1 |
class Solution:
def maxProfit(self, prices: List[int]) -> int:
if len(prices) == 1:
return 0
dp = [[0] * 4 for _ in range(len(prices))]
dp[0][0] = -prices[0]
for i in range(1, len(prices)):
dp[i][0] = max(dp[i-1][0], dp[i-1][1] - prices[i], dp[i-1][3] - prices[i])
dp[i][1] = max(dp[i-1][1], dp[i-1][3])
dp[i][2] = dp[i-1][0] + prices[i]
dp[i][3] = dp[i-1][2]
return max(dp[-1][1], dp[-1][2], dp[-1][3])
和之前一样,也可以优化成 O ( 1 ) O(1) O(1) 的空间复杂度。
本题和122. 买卖股票的最佳时机II的区别只在于多了一个冷却期。如上的状态分析是解决题目的标准流程。但是延续之前题目的做法,同样也能解决这道题。注意到,不持有股票的状态不会受到任何影响,只有想要买入股票的时候需要考虑冷却期的存在。
关键在于:“如果第 i
天持有股票,那么当前的收益究竟怎么进行推导”
i - 1
天就持有股票,那么就直接复制前一天的状态,dp[i][1] = dp[i-1][1]
i - 1
天未持有股票,那么分两种情况:
i - 1
天是冷却期,那么就是在第 i - 2
天卖出了股票,dp[i][1] = dp[i-2][0] - prices[i]
i - 1
天不是冷却期,那么应该得到 dp[i][1] = dp[i-1][0] - prices[i]
如果根据以上的状态分析,无法得到一个 closed-form 的递推公式,因为我们不知道第 i-1
天是否是冷却期,也就不知道何时该使用 dp[i][1] = max(dp[i-1][1], dp[i-1][0] - prices[i])
,何时该使用 dp[i][1] = max(dp[i-1][1], dp[i-2][0] - prices[i])
。
但是,如果第 i-1
天不是冷却期且不持有股票,那么第 i-1
天只有两种情况:
i - 2
天或之前是冷却期无论是哪种情况,我们都能得到 dp[i-1][0] = dp[i-2][0]
。所以虽然第 i-1
天的状态是否是冷却期不得而知,但是第 i
天持有股票的递推公式可以确定是 dp[i][1] = max(dp[i-1][1], dp[i-2][0] - prices[i])
。
这样,我们只需要最小限度地修改122. 买卖股票的最佳时机II的代码,就能解题。
class Solution:
def maxProfit(self, prices: List[int]) -> int:
if len(prices) == 1:
return 0
# dp[i][0] represents the max profit on day i without the stock
# dp[i][1] represents the max profit on day i with the stock
dp = [[0, 0] for _ in range(len(prices))]
dp[0] = [0, -prices[0]]
dp[1] = [max(0, prices[1] - prices[0]), max(-prices[0], -prices[1])]
for i in range(2, len(prices)):
dp[i][0] = max(dp[i-1][0], dp[i-1][1] + prices[i])
dp[i][1] = max(dp[i-1][1], dp[i-2][0] - prices[i])
return dp[-1][0]
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本题的 dp 解法和122. 买卖股票的最佳时机II唯一的区别是多了一个手续费,所以从“持有股票”到“未持有股票”的利润递推需要多减去手续费,其他全部保持不变。
class Solution:
def maxProfit(self, prices: List[int], fee: int) -> int:
# dp[i][0] represents the max profit on day i without the stock
# dp[i][1] represents the max profit on day i with the stock
dp = [[0, 0] for _ in range(len(prices))]
dp[0] = [0, -prices[0]]
for i in range(1, len(prices)):
dp[i][0] = max(dp[i-1][0], dp[i-1][1] + prices[i] - fee)
dp[i][1] = max(dp[i-1][1], dp[i-1][0] - prices[i])
return dp[-1][0]
贪心解法
本题也可以用贪心算法来解决,也算是照应了122. 买卖股票的最佳时机II。但是本题的贪心解法不像之前一样简单,在计算的时候对所需要的区间要求更高,情况也更复杂。
如果简单计算所有增区间,那么就会遇到有的区间利润不足以抵手续费的情况,同时多次买卖也会导致更多的手续费,从而使利润降低。所以我们想找到的区间,应该是:
如下,在第一次发现当前的交易能够制造利润时(prices[i] > min_price + fee
),我们会选择直接进行当前交易,并且扣除一次手续费,随后减少 min_price
。之后会有两种情况:假设 fee = 2
,
prices = [1, 4, 0, 5]
:
profit = 1, min_price = 2
min_price = 0
,将会开始新的交易,同时结束了上一次的交易(记录区间)prices = [1, 5, 8]
:
profit = 2, min_price = 3
min_price
在这次计算前发生了变化,相当于抵消了该次交易的手续费所以模拟的卖出实际上是在第一次发现真正的盈利后,就记录一次交易的手续费,并且改变当前的 min_price
,从而免除当前区间的后续交易(如果存在)的手续费。着实非常巧妙!
class Solution:
def maxProfit(self, prices: List[int], fee: int) -> int:
min_price = prices[0]
profit = 0
for i in range(1, len(prices)):
if prices[i] < min_price:
min_price = prices[i]
if prices[i] <= prices[i] <= min_price + fee:
continue
if prices[i] > min_price + fee:
profit += (prices[i] - min_price) - fee
min_price = prices[i] - fee
return profit
股票问题总结
股票问题是第一次在 dp 中需要记录状态的题型。之前的 dp 题,无论是打家劫舍还是背包问题,都是考验对子问题最优解的利用,即正确的递推公式+遍历顺序。股票问题则需要对子问题进行分类讨论,记录各个状态下的子问题最优解,这一点是非常新颖的。同时,不知道是不是巧合,大部分股票问题都可以用贪心来解决,虽然实现贪心的难度不小。
最标准的股票问题应该是122. 买卖股票的最佳时机II,需要真正地记录并利用状态。
随后,复杂的限制交易次数的股票问题188.买卖股票的最佳时机IV把 dp 变得更复杂了,相比于之前的标准题,有了类似爬楼梯式的进阶。
而堪称神题的是309.最佳买卖股票时机含冷冻期。标准解法中,活用了状态分类的思想,将原本的“未持有股票”进一步细分,来适应新条件下的递推公式。而机智的分析算法中,通过分析最小限度地修改了之前的代码,解决了问题。两种解法都非常重要,代表了股票问题的精华。