LeetCode——Best Time to Buy and Sell Stock III (股票买卖时机问题3)
Say you have an array for which the ith element is the price of a given stock on day i.
Design an algorithm to find the maximum profit. You may complete at most two transactions.
依旧还是那个熟悉的味道,如果II是I的另一个版本,那么III就是他们的一个升级版。
在这个版本中只能交易两次,也就是买卖各两次,其它条件依旧没有变(不熟悉的请参见I)
在此题中,最多只能买卖两次,而且两次交易不能有交叉,也就是说应该是这样儿的(直线为时间,弧线为交易),
或者
不会出现:
问题三是问交易两次的最大收益,从上面的图我们可以看出由于两次交易没有交叉,我们可以考虑把这个问题拆分为两个问题:
1.第一次交易的最大收益(在前)
2.第二次交易的最大收益(在后)
那么现在问题又来了,在哪个位置拆分呢?几经思考发现从哪儿拆分都不合适,无论从哪儿拆分都不敢保证这种拆分办法就能得出最大收益,既然哪个位置拆分都不能保证最大收益,那如果我们每个位置都拆分一次,然后比较各自的最大收益,这样是否可行呢?在股票买卖时机问题1中我们用时间复杂度O(n)解决了一次交易的最大收益问题,那么在这里,每一次拆分会产生两个组,每个组用问题1的解法解答,那每一次拆分找出最大收益的时间复杂度为O(n),那拆分n-1次的时间复杂度就是O(n^2)了。按这种方法可以解决了,但是在LeetCode上提交貌似会报超时,而且,问题I和II都是在时间复杂度O(1)内解决的,没道理问题III要O(n^2),我们再仔细的考虑一下……
在问题I中我们采用动态规划的思想,通过分阶段找最优策略,后一阶段的最优策略由前一阶段的最优策略转化而来,换个角度,我们可以认为我们从第一阶段起,我们找到了每个阶段的最优解,在这道题中,也就是我们找到了从第1天到第i天的最大收益(i=2,3,4,…,n),只是在问题I中我们并没有把这些各个阶段的最大收益值保存下来。
那么我们回到问题III,我们先用I的办法把数组遍历一遍,并且声明一个数组profit[n],profit[i]保存第一天到第i+1天的最大收益,i=0,1,2,…,n-1,到此时间复杂度为O(n)。
此时相当于我们知道拆分后(假设从数组下标k处拆分)的第一组的最大收益,那么第二组呢?profit[i]只是记录了从0到i的最大收益,我们如何知道从k到i的最大收益呢?
再次分析问题I的解法,问题I的重点代码如下(完整的请参考http://www.cnblogs.com/chrischennx/p/4014422.html):
for(int i=1; i<prices.length;i++){
min = prices[i]<min?prices[i]:min;
profit = prices[i]-min>profit?prices[i]-min:profit;
}
它是通过找到各个阶段的最小值,然后用当前值减去最小值和前一阶段的最大收益比较得到最大收益,那么在问题III拆分后的第二组中我们是否也可以考虑用类似的办法来处理呢,每次拆分再计算k到i的最大收益肯定是不行的,因为每次时间复杂度为O(n),拆了n-1次时间复杂度就成了O(n^2),又回到刚开始的了,这不是我们需要的。
在问题I中是按数组从前往后考虑的,那么在第二组中,由于每次拆分都有最后一个值a[n-1],那么索性我们第二组从最后开始考虑。问题I是考虑前边儿找一个低的价格买入,后面找个高价卖出,也就是先找买入的价格,再找卖出的价格;那么从后开始考虑可以理解为:后面找个高价卖出,前面找个低价买入,也就是先找卖出的价格,再找买入的价格。也就是这样:
for(int i=a.length-2;i>=0;i--){
max = a[i]<max?max:a[i];
profit2[i] = max-a[i]>profit2[i+1]?max-a[i]:profit2[i+1];
}
然后我们就可以通过profit[i]+profit2[i]的最大值得到两次交易的最大收益。
到此问题就可以解决了,但是此时的空间复杂度为O(2n),其实还有更省的:不求profit2数组。
我们如此这般:
int max = a[a.length-1];
int result = profit[a.length-1];
for(int i=a.length-2;i>=0;i--){
max = a[i]>max?a[i]:max;
result = profit[i]+max-a[i]>result?profit[i]+max-a[i]:result;
}
其中profit[i]是按问题I的方法把求出的0到i的最大收益。
result = profit[i]+max-a[i]>result?profit[i]+max-a[i]:result;
这里用result直接用来保存最大收益,乍一看,容易理解为profit[i]+(max-a[i])和result比较,但是max-a[i]并不一定是第二组的最大收益,比如:[5,6,1,4],当i=1的时候,a[i]=6,max=6,但是此时的profit[1]+(max-a[1]),也就是profit[1]+0,肯定没有i=2,a[i]=1,max=4的时候大,profit[2]+3,看似这么理解是对的,但是,其实是错的,因为profit[i]+max-a[i]并不是在和它自己比,而是和result比,若之前的比较中有比较大的,那么就保存到result中了,之后的值比result小,result的值就不变了,所以最终result还是最大值。
如:[5,6,1,4]这个例子,
用问题I的方法计算出profit=[0,1,1,3],
当i=2的时候result=4,
当i=1的时候result = 1+4-4>4?1+4-4:4 = 4。
完整代码如下(java):
public class Solution {
public int maxProfit(int[] a) {
if(a==null || a.length==0)return 0;
int profit[] = new int[a.length];
int min = a[0];
profit[0] = 0;
for(int i=1;i<a.length;i++){
min = a[i]<min?a[i]:min;
profit[i] = a[i]-min>profit[i-1]?a[i]-min:profit[i-1];
}
int max = a[a.length-1];
int result = profit[a.length-1];
for(int i=a.length-2;i>=0;i--){
max = a[i]>max?a[i]:max;
result = profit[i]+max-a[i]>result?profit[i]+max-a[i]:result;
}
return result;
}
}
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