309. 买卖股票的最佳时机含冷冻期

给定一个整数数组prices,其中第  prices[i] 表示第 i 天的股票价格 。​

设计一个算法计算出最大利润。在满足以下约束条件下,你可以尽可能地完成更多的交易(多次买卖一支股票):

  • 卖出股票后,你无法在第二天买入股票 (即冷冻期为 1 天)。

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 = [1,2,3,0,2]
输出: 3 
解释: 对应的交易状态为: [买入, 卖出, 冷冻期, 买入, 卖出]

示例 2:

输入: prices = [1]
输出: 0

思路:这道题和前四道股票的题目又不一样了,新增了一个冷冻期的概念,但那四道题一路刷下来,对股票类型的题目还是稍微有点感觉的吧,核心思想肯定不会变,要不就是递推公式会变,要不就是设立的状态数变。

在前四道题目中,我们设立状态基本是两个:第i天持有股票和不持有股票。但这道题多了个冷冻期,那我们就多设一个冷冻期状态呗,一共三个状态,那够不够呢,我们来看题目对冷冻期的定义,是指前一天卖出股票,第二天进入冷冻期,那我们设立的状态哪个是表示前一天卖出股票呢,是不持有股票吗?我们在分析不持有股票状态的时候说的很清楚:它包含两种情况,前一天就不持有股票或今天把股票卖出,我们想要的是这第二种情况,所以我们得把这种情况摘出来,多加一种状态,共四种状态。

分析了这么多,理一下这道题的四个状态吧。

dp[i][0]:表示持有股票,dp[i][1]表示不持有股票,dp[i][2]表示今天卖出股票,dp[i][3]表示冷冻期状态。

然后分析每个状态的递推公式

首先dp[i][0],表示持有股票,分为几种情况呢,第一、前一天就持有股票了dp[i][0] = dp[i-1][0],第二、前一天没持有股票,今天买股票,dp[i][0] = dp[i-1][1]-prices[i],还有第三!前一天是冷冻期,今天买股票,dp[i][0] = dp[i-1][3]-prices[i]。

然后dp[i][1],表示不持有股票,分为几种情况呢,第一、前一天就不持有股票,dp[i][1] = dp[i-1][1],第二、前一天是冷冻期,也是不持有股票,dp[i][1] = dp[i-1][3]。

然后dp[i][2],表示今天卖出股票,这是从原来不持有股票那个状态移出来的,就一种情况,dp[i][2] = dp[i-1][0] + prices[i],前一天得持有股票,然后才能卖。

最后dp[i][3],表示冷冻期,只有前一天是状态2,也就是卖出股票,才会进入这个状态3,因此dp[i][3] = dp[i-1][2]。

好,分析了大半天,终于把最复杂的递推公式部分理清了,然后就是初始化,i依赖i-1的状态,因此需要初始化dp[0][0]~dp[0][3]的值。

dp[0][0]毫无疑问等于-prices[0],dp[0][1]表示今天不持有股票,要么不买要么是冷冻期,不过不管哪种情况都应该初始化为0,dp[0][2] 表示今天卖出股票,那得先买才能卖,也就是当天买入当天卖出,收益为0,故dp[0][2]初始化为0,dp[0][3],前一天是状态2,今天才能到状态3,因此dp[0][3]也初始化为0。

最后返回的结果是取状态1、2、3的最大值,状态0是买股票,是减去股票的价格,肯定不会是最大值,别的几种状态都可能达到最大值。

指路前四道股票题目的题解:

121.买卖股票的最佳时机:121. 买卖股票的最佳时机-优快云博客

122.买卖股票的最佳时机Ⅱ:122. 买卖股票的最佳时机 II-优快云博客

123.买卖股票的最佳时机Ⅲ:123. 买卖股票的最佳时机 III-优快云博客

188.买卖股票的最佳时机Ⅳ:188. 买卖股票的最佳时机 IV-优快云博客

代码(Python):

class Solution(object):
    def maxProfit(self, prices):
        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[len(prices)-1][1],dp[len(prices)-1][2],dp[len(prices)-1][3])
<think>好的,我需要帮助用户理解冷冻股票买卖最佳时机动态规划算法,并给出Python实现。首先,我得回顾一下用户提供的引用资料,特别是引用[5]中的代码和思路。用户的问题是关于动态规划解决这个问题的具体步骤和代码实现。 首先,这个问题的主要约束是卖出股票后有一天冷冻,不能立即买入。动态规划通常适用于这类问题,因为它可以分解问题到每天的状态,并记录每个状态下的最大收益。根据引用[5],状态被分为四种:保持买入状态、保持卖出状态、当天卖出、冷冻。我需要理清每个状态之间的转移关系。 保持买入状态(状态0):可能是前一天已经是买入状态,或者当天买入。而当天买入又可能来自前一天的冷冻或保持卖出状态。这里需要注意,买入时必须是前一天没有卖出操作,即不在冷冻。 保持卖出状态(状态1):可能是前一天已经是卖出状态,或者前一天是冷冻。这表示当天没有进行任何操作,处于可买入但未买入的状态。 当天卖出(状态2):这只能在当天卖出,所以前一天的必须处于买入状态,卖出后进入冷冻冷冻(状态3):只能在前一天卖出后进入,所以当天的状态由前一天的卖出状态转移而来。 接下来,初始化部分,第一天只能买入或者不操作,所以状态0的初始值为-prices[0],其他状态因为没有卖出,收益为0。 然后,遍历每一天的价格,根据状态转移方程更新每个状态的最大收益。最后,取最后一天所有状态的最大值,因为最终可能处于卖出或冷冻状态。 需要检查代码中的转移方程是否正确,比如状态0的转移是否考虑了所有可能的前驱状态。例如,在状态0的更新中,是否允许从冷冻(状态3)或保持卖出(状态1)后买入?是的,因为冷冻之后的下一天可以买入,而保持卖出状态时也可以随时买入,只要没有卖出操作在前一天。 用户可能需要更详细的解释,比如每个状态的定义和转移逻辑,以及为什么这样设计状态。此外,代码中的初始化是否正确,循环中的处理是否覆盖了所有情况。 最后,需要确保给出的Python代码正确无误,并且与引用[5]中的代码一致,同时解释清楚每一步的作用。可能还需要讨论时间复杂度和空间复杂度,以及优化方法,比如状态压缩,减少空间使用。</think>### 买卖股票最佳时机冷冻动态规划解析 #### 问题核心 在股票交易中,卖出后需等待一天冷冻才能再次买入,需通过动态规划合理规划买卖操作以实现最大收益。 --- ### 一、动态规划状态定义 定义四个状态描述每日可能的交易状态: 1. **状态0**:保持买入状态(当日持有股票) 2. **状态1**:保持卖出状态(当日未持有股票,且未处于冷冻) 3. **状态2**:当日卖出股票 4. **状态3**:处于冷冻(仅持续一天) --- ### 二、状态转移方程 1. **状态0**:$dp[i][0] = \max(dp[i-1][0], \max(dp[i-1][1] - p, dp[i-1][3] - p))$ - 延续前一天的买入状态,或从非冷冻(状态1/3)买入 2. **状态1**:$dp[i][1] = \max(dp[i-1][1], dp[i-1][3])$ - 延续前一天的卖出状态,或前一天是冷冻 3. **状态2**:$dp[i][2] = dp[i-1][0] + p$ - 必须在前一天持有股票时卖出 4. **状态3**:$dp[i][3] = dp[i-1][2]$ - 仅在前一天卖出后进入冷冻 --- ### 三、Python代码实现 ```python def maxProfit(prices): n = len(prices) if n == 0: return 0 dp = [[0] * 4 for _ in range(n)] dp[0][0] = -prices[0] # 初始买入状态 for i in range(1, n): # 状态0: 保持买入或当天买入(需从前一天的卖出/冷冻转移) dp[i][0] = max(dp[i-1][0], max(dp[i-1][1] - prices[i], dp[i-1][3] - prices[i])) # 状态1: 保持卖出或从冷冻转移 dp[i][1] = max(dp[i-1][1], dp[i-1][3]) # 状态2: 当天卖出(必须前一天持有) dp[i][2] = dp[i-1][0] + prices[i] # 状态3: 冷冻(前一天卖出) dp[i][3] = dp[i-1][2] return max(dp[-1]) # 最终取所有状态的最大值 ``` --- ### 四、算法分析 1. **时间复杂度**:$O(n)$,遍历一次价格数组 2. **空间复杂度**:$O(n)$,可优化为$O(1)$(用变量代替二维数组)[^5] 3. **关键点**:明确状态转移关系,冷冻仅影响买入操作的时机[^1][^2] ---
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