Leetcode #121. Best Time to Buy and Sell Stock

本文介绍了一种寻找最佳股票买卖时机的算法。通过分析价格波动,该算法可在一次交易中获得最大利润。

题目

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.

Example 1:
Input: [7, 1, 5, 3, 6, 4]
Output: 5

max. difference = 6-1 = 5 (not 7-1 = 6, as selling price needs to be larger than buying price)
Example 2:
Input: [7, 6, 4, 3, 1]
Output: 0

In this case, no transaction is done, i.e. max profit = 0.

题意

好吧,这道题我一开始也没看懂题意,在discuss版块看到一楼主的解释贴才明白的,重点就在stock,意思是股票。然后这道题就是说给你这段时间的股价,然后你选择一天买入一天卖出,要求收益最高。
大家应该一下子 就明白了,然后解法也是很直接的,只要注意到买的时间一定是要先于卖的时间。如果从数据上说就是极小值要先于极大值,那其实就是相当于求分成一段段的极小值统治的区间,每个区间的开始肯定就是这个区间的极小值,然后去看极小值和区间所在的极大值的数据大小差。可以体会一下,然后实现比说的简单多了,就是去持有一个极小值然后让它去减后续比它大的数,直到遇到另外一个更小的极小值,由这个极小值更替当前极小值进行后续更新。至于为什么不能直接找最大值和最小值直接相减,样例里面也给出了,就是这个顺序的问题。

class Solution(object):
    def maxProfit(self, prices):
        """
        :type prices: List[int]
        :rtype: int
        """
        minus = 0
        min_prices = 2147483647 
        for i in range(len(prices)):
            if prices[i] < min_prices:
                min_prices = prices[i]
            else:
                if minus < prices[i] - min_prices:
                    minus = prices[i] - min_prices
        return minus
<think>首先,用户的问题是:“我想寻找最大相差值的算法或解法 请问最大相差值 算法 解决方案”。用户正在询问关于“最大相差值”的算法或解决方案。根据上下文,用户提到了“最大相差值”,这可能指的是在数组或序列中找到最大差值,比如在股票价格中找到最大利润(买低卖高)的场景。 从系统指令中,我需要: - 使用$...$格式的行内数学表达式。 - 使用$$...$$格式的独立公式。 - LaTeX语法正确。 - 使用中文回答。 - 生成相关问题。 - 在回答中引用的段落末尾添加引用标识。 - 回答结构清晰,帮助用户逐步解决问题。 - 引用提供的参考内容,但用户说“上述引用仅供参考”,所以我应该基于用户的问题来回答。 提供的引用包括: - [^1]: 关于TSP问题的最邻近算法和2-Opt。 - [^2]: 关于聚类算法,如k-Means,涉及不相似度计算。 - [^3]: 关于滴滴算法大赛,涉及数据分析和拟合算法。 - [^4]: 关于分治法查找数组素的最大值和最小值等。 用户的问题是关于“最大相差值”的算法,这与引用[^4]中提到“用分治法查找数组素的最大值和最小值”相关。用户说“最大相差值”,可能指的是最大差值,即在一个序列中找到两个素,使得它们的差最大(最大值减最小值)。 所以,我应该专注于这个问题:给定一个数组,找到最大差值(max difference),其中差值定义为后一个素减前一个素(如在股票问题中),或者简单地说,最大值减最小值。 在算法中,常见的问题是: - 最大子数组和(Kadane&#39;s algorithm),但这里是差值。 - 更具体的是,股票买卖问题:给定股票价格序列,找到最大利润(即买低卖高,卖必须在买之后)。 用户说“最大相差值”,可能包括两种情况: 1. 简单最大差值:最大值减最小值,不考虑顺序(但通常要求买在卖之前)。 2. 在序列中,找到两个点i和j(i < j),使得arr[j] - arr[i] 最大。 在引用[^4]中,提到了“用分治法查找数组素的最大值和最小值”,这可以用于计算最大差值,但需要扩展到考虑顺序。 标准算法: - 对于简单最大差值(最大值减最小值),只需遍历数组找到min和max。 - 对于最大利润问题(买在卖之前),使用动态规划或分治法。 用户没有指定序列是否有序或条件,但基于上下文,我认为是后者。 现在,构建回答: 1. **结构清晰**:逐步解决问题。 2. **使用中文**。 3. **数学表达式**:使用$...$和$$...$$。 4. **生成相关问题**。 5. **添加引用标识**:引用相关部分。 可能的算法: - 简单方法:遍历数组,记录最小值和最大差值。 - 分治法:如引用[^4]提到的。 - 动态规划:更高效。 定义问题:给定一个数组arr,找到索引i和j(i < j),使得arr[j] - arr[i] 最大。 算法: 1. 暴力法:O(n^2)。 2. 优化方法:O(n)。 - 初始化min_element = arr[0], max_diff = 0。 - 遍历数组,对于每个素: - 如果arr[i] < min_element,更新min_element。 - 否则,计算diff = arr[i] - min_element,如果diff > max_diff,更新max_diff。 这类似于股票买卖问题。 在引用[^2]中,有关于不相似度的计算,但可能不直接相关。引用[^1]关于TSP,也不直接相关。引用[^3]关于拟合算法,可能不相关。所以,主要参考引用[^4]。 回答结构: - 解释问题。 - 提供算法。 - 用伪代码或代码示例。 - 添加数学表达式。 - 生成相关问题。 - 添加引用。 伪代码: ``` function maxDifference(arr): if len(arr) < 2: return 0 min_val = arr[0] max_diff = 0 for i from 1 to len(arr)-1: if arr[i] < min_val: min_val = arr[i] else: diff = arr[i] - min_val if diff > max_diff: max_diff = diff return max_diff ``` 在数学上,最大差值为$\max_{i<j} (arr[j] - arr[i])$。 使用LaTeX: - 行内:$arr[j] - arr[i]$ - 独立公式:$$\max_{i<j} (arr[j] - arr[i])$$ 现在,生成相关问题: 1. 这个算法的时间复杂度是多少? 2. 如何处理有负值的情况? 3. 分治法如何实现? 4. 在动态规划中如何扩展? 5. 实际应用场景,如股票分析。 添加引用:在提到分治法时,引用[^4]。 完整回答: - 介绍问题。 - 解释算法。 - 提供代码示例(用Python)。 - 讨论时间和空间复杂度。 - 生成相关问题。</think>### 最大相差值算法解决方案 您询问的“最大相差值”算法,通常指在给定序列(如数组)中,找到两个素 $arr[i]$ 和 $arr[j]$(其中 $i < j$),使得它们的差值 $arr[j] - arr[i]$ 最大。这个问题在多个领域有应用,例如股票价格分析(找到最佳买入点和卖出点以最大化利润)或数据分析中的极差计算。下面我将逐步解释算法原理、实现方法,并提供代码示例。算法基于遍历优化,时间复杂度为 $O(n)$,空间复杂度为 $O(1)$,非常高效。 #### 问题定义 给定一个数组 $arr$,包含 $n$ 个素($n \geq 2$),目标是找到: $$\max_{i<j} (arr[j] - arr[i])$$ 其中 $i$ 和 $j$ 是索引,$i < j$。如果所有差值非正(如序列递减),则最大差值为 0(表示无收益)。 #### 算法原理 核心思想是:**在遍历数组时,动态记录当前最小值,并计算当前素与最小值的差值,以更新最大差值**。这避免了暴力枚举($O(n^2)$ 时间复杂度),只需一次遍历: 1. 初始化 `min_val` 为数组一个素(作为潜在买入点)。 2. 初始化 `max_diff` 为 0(表示初始无收益)。 3. 从索引 1 开始遍历数组: - 如果当前素小于 `min_val`,更新 `min_val`(找到更低的买入点)。 - 否则,计算当前素与 `min_val` 的差值;如果大于 `max_diff`,则更新 `max_diff`。 4. 遍历结束后,`max_diff` 即为最大差值。 这种方法确保在 $O(n)$ 时间内完成,适用于大规模数据。数学上,它基于贪心策略:每一步都尝试优化最小值和最大差值[^4]。 #### 代码实现 以下是 Python 实现示例。代码简洁,易于理解: ```python def max_difference(arr): """ 计算数组中的最大相差值(最大差值) :param arr: 输入数组,例如 [7, 1, 5, 3, 6, 4] :return: 最大差值,例如 5(由买入价1和卖出价6得到) """ if len(arr) < 2: return 0 # 数组素不足,无法计算差值 min_val = arr[0] # 初始化最小值 max_diff = 0 # 初始化最大差值 for i in range(1, len(arr)): if arr[i] < min_val: min_val = arr[i] # 更新最小值 else: diff = arr[i] - min_val if diff > max_diff: max_diff = diff # 更新最大差值 return max_diff # 示例用法 arr = [7, 1, 5, 3, 6, 4] print(max_difference(arr)) # 输出: 5(解释:买入价1,卖出价6,差值5) ``` **代码说明**: - 输入 `arr` 可以是任意数值序列(包括负数)。 - 时间复杂度:$O(n)$,只遍历一次数组。 - 空间复杂度:$O(1)$,仅使用常数额外空间。 - 示例中,最大差值为 5(由索引 1 的值 1 和索引 4 的值 6 得出)。 #### 算法分析 - **正确性**:算法保证在遍历过程中,`min_val` 总是当前索引之前的最小值,因此每个差值计算都是有效的($i < j$)。 - **边界处理**: - 如果序列完全递减(如 $[5, 4, 3, 2]$),最大差值为 0。 - 处理负值:例如 $[3, -2, 10]$,最大差值为 $10 - (-2) = 12$。 - **为什么高效**:相比分治法(如引用[^4]中提到的查找最大值和最小值的方法),该算法更简单且无需递归开销。分治法虽可解决类似问题,但时间复杂度通常为 $O(n \log n)$,不如本方法高效[^4]。 #### 应用场景 - **金融分析**:在股票价格序列中,最大差值对应最大利润(LeetCode 问题 "Best Time to Buy and Sell Stock")。 - **数据科学**:计算数据集中的极差或异常值检测(如引用[^2]中提到的“簇间不相似度”计算,但本算法更专注于序列差值)。 - **优化问题**:作为子问题用于更复杂算法,如旅行商问题(TSP)的启发式方法(引用[^1]中的最邻近算法)。 如果您有特定数据或场景(如时间序列数据),可以提供更多细节,我可以进一步优化算法。
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