动态规划:17.简单多状态 dp 问题_买卖股票的最佳时机III_C++

news2024/10/21 3:48:18

 题目链接:

一、题目解析

题目:123. 买卖股票的最佳时机 III - 力扣(LeetCode)

解析:

拿示例1举例:    

    

我们可以如图所示买入卖出股票,以求得最大利润,并且交易次数不超过2次

拿示例3举例: 

不管我们怎么买,最终我们利润总会是负数,所以交易次数为0 

二、算法原理

1、状态表示

我们在状态表示的时候,一般都会创建一个数组dp,也就是我们所说的dp表,我们要做的就是把每一个状态的值填入这个表内,最终这个表内的某一个值可能就是我们要返回的值。 

  状态简单理解就是dp表内某一个值代表的含义。

如何确定状态表示

  • 题目要求

   简单的题目里一般会给出

  • 经验+题目要求

  越学越深入,动态规划也是熟能生巧,在题目中没有明显给出的时候,我们就要凭借自己做题的经验来确定,所以就需要我们大量的做题。

  • 分析问题的过程中,发现重复子问题

 分析问题的过程中把重复子问题抽象成我们的状态表示,这个更难理解,一切的基础都是我们先对动态规划算法熟练运用。我也不懂,我们慢慢来。

综上:我们通常会以一个位置为结尾或者开始求得我们想要的答案

那我们的这道题得状态表示是什么样的:

我们以一个位置为结尾来表示

状态暂时表示为:dp[i]:第i天结束之后所有的最大利润

2、状态转移方程

 确定状态表示之后我们就可以根据状态标识推出状态转移方程

  状态转移方程是什么?

不讲什么复杂的,简单来说状态转移方程就是    dp[i][j]等于什么 dp[i][j]=?

  这个就是状态转移方程,我们要做的,就是推出dp[i][j]等于什么

  我们根据状态表示再结合题目+经验去推理转移方程,这一步也是我们整个解题过程中最难的一步

  我们在这道题先简单了解下什么是状态转移方程,之后比较难的题目再细推

  状态转移方程推理:

 我们这个题依然是有两个状态:买入和卖出

我们令买入状态为f[i],卖出状态为g[i],我们可以借此来表示两者之间的关系

但是,题目中说到,我们最多只能交易两次

所以我们可以在买入和卖出两个状态上加上天数

所以,买入表示为f[i][j],卖出表示为g[i][j]

所以更为准确的状态表示为:

  • f[i][j]:第i天结束后,交易j次后的买入的最大利润
  • f[i][j]:第i天结束后,交易j次后的卖出的最大利润

我们画图来推理这两个状态之间的关系:

 这里需要注意的是,我们为什么在买入到卖出时,需要买入状态交易次数减一的那次状态,因为我们由买入到卖出,这就是一次交易过程

状态转移方程:

  • f[i][j]=max(f[i-1][j],g[i-1][j]-price[i])
  • g[i][j]=max(g[i-1][j],f[i-1][j-1]+price[i])

这里卖出状态有一点需要注意,虽然我们写出来其状态为g[i][j]=max(g[i-1][j],f[i-1][j-1]+price[i])

但是当交易次数为1的时候,我们需要给g[i-1][-1]的状态,但是这是不合法的,j必须大于等于1,所以我们可以对卖出状态分开来看。

g[i][j]=g[i-1][j];
if(j-1>=0)
{
g[i][j]max(g[i-1][j],f[i-1][j-1]+price[i]);
}

3、初始化

我们初始化的需要注意的有两个方面:

越界问题

当我们填第一天结束时的状态时,我们需要第0天的状态,但是没有第0天,那么填表时就会越界

我们就需要用初始化解决该问题

我们在第0天时,不可能完成一次或者两次交易,只能是0次,所以为了不让后面的值影响我们填表

我们需要对第0天的第一或者二次交易初始化为-∞

但是,我们在比较时,遇到-∞减去一个数,结果会溢出,因为-∞已经是最小的一个数了

所以我们在这里不能初始化为-∞,可以初始化为-0x3f3f3f3f

这个数能保证我不影响我们填表的同时,又不至于我们结果溢出      

下表映射问题

这里不需要注意什么

4、填表顺序

从做到右,从上到下,两个表同时填写

5、返回值

由于我们最后一天一定是卖出状态才会使利润到达最大,所以我们只需比较最后一天卖出状态的三个交易次数就可以了

三、编写代码

class Solution {
public:
    int maxProfit(vector<int>& prices) {
        const int INF=0x3f3f3f3f;
        int n=prices.size();
        vector<vector<int>> f(n,vector<int>(3,-INF));
        auto g=f;
        f[0][0]=-prices[0];
        g[0][0]=0;
        for(int i=1;i<n;i++)
        {
            for(int j=0;j<3;j++)
            {
                f[i][j]=max(f[i-1][j],g[i-1][j]-prices[i]);
                g[i][j]=g[i-1][j];
                if(j>=1)
                g[i][j]=max(g[i][j],f[i-1][j-1]+prices[i]);
            }
        }
        int ret=0;
        for(int i=0;i<3;i++)
        {
            ret=max(ret,g[n-1][i]);
        }
        return ret;
    }
};

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