最佳买卖股票时机含冷冻期Python解法

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)。

来源:力扣(LeetCode)
链接:https://leetcode.cn/problems/best-time-to-buy-and-sell-stock-with-cooldown
 

例:

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]

解析:

我们可以将每天的状态分为四种,分别为0已购买状态(购买当天或购买后没有任何操作),1卖出股票,并且度过冷冻期后一直无操作状态,2卖出状态(只有一天,因为第二天就是冷冻期状态),3冷冻期状态。分别用0,1,2,3来表示。每一天都有可能对应着不同的状态,所以我们用横坐标代表天数,纵坐标代表状态创建dp数组。

成为状态0之前可能是状态0,状态1,状态3。因为状态2的第二天是冷冻期(状态3)所以只有三种情况。

成为状态1之前可能是状态1,状态3。

成为状态2之前只能是状态0。

成为状态3之前只能是状态2。

至于所有状态的初始值,除了买入状态0需要扣除买入资金,其余的收益均为0。

class Solution(object):
    def maxProfit(self, prices):
        """
        :type prices: List[int]
        :rtype: int
        """
        n = len(prices)
        if n == 0:  # 边界判断
            return 0

        dp = [[0] * 4 for _ in range(n)]  # 初始化dp数组
        dp[0][0] = -prices[0]  # 状态0初始化
        for i in range(1, n):  # 天数遍历
            dp[i][0] = max(dp[i - 1][0], max(dp[i - 1][3], dp[i - 1][1]) - prices[i])  # 成为状态0的算法思路
            dp[i][1] = max(dp[i - 1][1], dp[i - 1][3])  # 成为状态1
            dp[i][2] = dp[i - 1][0] + prices[i]  # 成为状态2
            dp[i][3] = dp[i - 1][2]  # 成为状态3
        return max(dp[n - 1][3], dp[n - 1][1], dp[n - 1][2])  # 状态0需要购入,所以无需考虑

### 关于买卖股票最佳时机算法实现 #### 贪心算法实现 贪心算法的核心思想是尽可能多地获取局部最优解,从而达到全局最优解的效果。对于股票交易问题而言,如果当前的价格高于前一天的价格,则可以在前一天买入并当天卖出以赚取差价。 以下是基于贪心算法Python 实现: ```python def maxProfit(prices): total_profit = 0 for i in range(1, len(prices)): daily_profit = prices[i] - prices[i - 1] if daily_profit > 0: total_profit += daily_profit return total_profit ``` 上述代码通过计算每天的潜在收益并将正值累加起来得出最终的最大利润[^2]。 --- #### 动态规划实现 动态规划适用于更复杂的场景,例如限制交易次数或者存在额外约束(如冷冻或手续费)。其核心在于定义状态变量以及推导状态转移方程。 ##### 基础版本 (无任何限制) 假设没有任何交易次数或其他限制条件,可以通过如下方式构建动态规划模型: ```python def maxProfit_dp(prices): n = len(prices) if n == 0: return 0 dp = [0] * n for i in range(1, n): dp[i] = max(dp[i - 1], dp[i - 1] + prices[i] - prices[i - 1]) return dp[-1] ``` 此方法的时间复杂度为 \(O(n)\),空间复杂度同样为 \(O(n)\)[^3]。 --- ##### 扩展版:支持最多 k 次交易 当限定最多可以完成 \(k\) 笔交易时,需要引入二维数组记录不同状态下所能取得的最大利润。 ```python def maxProfit_k_times(prices, k): n = len(prices) if n == 0 or k == 0: return 0 if k >= n // 2: return sum(max(prices[i + 1] - prices[i], 0) for i in range(n - 1)) dp = [[0] * n for _ in range(k + 1)] for t in range(1, k + 1): max_diff = -prices[0] for d in range(1, n): dp[t][d] = max(dp[t][d - 1], prices[d] + max_diff) max_diff = max(max_diff, dp[t - 1][d] - prices[d]) return dp[k][-1] ``` 在此扩展中,`dp[t][d]` 表示在前 `d` 天内至多完成 `t` 笔交易能够获得的最大利润[^4]。 --- #### 特殊情况下的动态规划 针对特定约束条件(如冷冻或手续费),需调整状态转移逻辑。 ##### 冷冻 在这种情况下,除了考虑是否持有股票外,还需跟踪上一阶段的状态变化。 ```python def maxProfit_with_cool_down(prices): if not prices: return 0 n = len(prices) hold, sold, rest = [0]*n, [0]*n, [0]*n hold[0] = -prices[0] sold[0] = 0 rest[0] = 0 for i in range(1, n): hold[i] = max(hold[i-1], rest[i-1]-prices[i]) sold[i] = hold[i-1]+prices[i] rest[i] = max(rest[i-1], sold[i-1]) return max(sold[-1], rest[-1]) ``` 此处分别用三个列表表示不同的状态转换关系,并确保满足冷却周的要求[^5]。 --- #### 结论 综上所述,无论是采用简单的贪心策略还是更为通用的动态规划框架,都可以有效解决各类买卖股票最佳时机问题。具体选择取决于实际应用场景中的附加规则与性能需求。
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