昨天同事说动态规划很难,我说不会啊,理解了就很简单,我同事表示不屑,以为我在炫技。于是乎我问了一个工作六年的前同事,他居然也觉得高大上,并且表示接触过会动态规划的朋友,觉得很牛逼。
我了个天,表示震惊了,简直吓的我瑟瑟发抖发抖好么。既然如此,那我一定要让大家理解,让大家也牛逼牛逼。
以中国leetcode(力扣)的121道题《买卖股票的最佳时机》举例,题目如下:
给定一个数组,它的第 i 个元素是一支给定股票第 i 天的价格。
如果你最多只允许完成一笔交易(即买入和卖出一支股票),设计一个算法来计算你所能获取的最大利润。
注意你不能在买入股票前卖出股票。
示例 1:
输入: [7,1,5,3,6,4]
输出: 5
解释: 在第 2 天(股票价格 = 1)的时候买入,在第 5 天(股票价格 = 6)的时候卖出,最大利润 = 6-1 = 5 。
注意利润不能是 7-1 = 6, 因为卖出价格需要大于买入价格。
示例 2:
输入: [7,6,4,3,1]
输出: 0
解释: 在这种情况下, 没有交易完成, 所以最大利润为 0。
首先说明一点,在这道题动态规划并不算是高效的算法,这道题即使是暴力法也能比动态规划法要快一些,但本文是为了讲动态规划才讲这道题的,而非为了这道题讲动态规划的。纯粹是这道题讲动态规划更简单。
不了解动态规划的朋友可能不知道,动态规划几乎都是存在套路的,步骤如下:
- 将问题拆解成单一问题制表
- 根据表中结果进行求解
这是动态规划的重中之重,拆的好坏基本决定你动态规划写的好坏,动态规划更是一种思想。
这道题就很简单了,我们可以把这个问题,先拆成单一问题,即如果我在这天买入,在哪天卖出最高?
我们按题目中的示例 1举例,价格数组为[7,1,5,3,6,4]。
比如我在第一天买入,在哪天卖出最高呢?我们可以得到这样一张表(不能交易标记X):
买入时间 | 买入价格 | 单天价格 | 7 | 1 | 5 | 3 | 6 | 4 |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
-- | -- | 卖出时间 | 第一天 | 第二天 | 第三天 | 第四天 | 第五天 | 第六天 |
第一天 | 7 | 获利程度 | X | -6 | -2 | -4 | -1 | -3 |
填表原因如下:
- 即因为你是第一天买入的,所以第一天不能交易,所以填X
- 我们第一天买入的,买入价格为7,第二天值1,所以我们卖出则赚了-6.
- 我们第一天买入的,买入价格为7,第三天值5,所以我们卖出则赚了-2.
- 我们第一天买入的,买入价格为7,第四天值3,所以我们卖出则赚了-4.
- 我们第一天买入的,买入价格为7,第五天值6,所以我们卖出则赚了-1.
- 我们第一天买入的,买入价格为7,第六天值4,所以我们卖出则赚了-3.
有人说这个不是暴力解法么?额,这道题的动态规划的制表过程确实有点像。
那么根据以上规则,如果我们是第二天买入的话,这个表格是不是就是这样的。
买入时间 | 买入价格 | 单天价格 | 7 | 1 | 5 | 3 | 6 | 4 |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
-- | -- | 卖出时间 | 第一天 | 第二天 | 第三天 | 第四天 | 第五天 | 第六天 |
第二天 | 1 | 获利程度 | X | X | 4 | 2 | 5 | 3 |
那么我合并这两张表是不是就是这样的:
买入时间 | 买入价格 | 单天价格 | 7 | 1 | 5 | 3 | 6 | 4 |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
-- | -- | 卖出时间 | 第一天 | 第二天 | 第三天 | 第四天 | 第五天 | 第六天 |
第一天 | 7 | 获利程度 | X | -6 | -2 | -4 | -1 | -3 |
第二天 | 1 | 获利程度 | X | X | 4 | 2 | 5 | 3 |
那么我们把这张表弄完整,即把第三天到第五天的买入,那是不是就是这样的。
买入时间 | 买入价格 | 单天价格 | 7 | 1 | 5 | 3 | 6 | 4 |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
-- | -- | 卖出时间 | 第一天 | 第二天 | 第三天 | 第四天 | 第五天 | 第六天 |
第一天 | 7 | 获利程度 | X | -6 | -2 | -4 | -1 | -3 |
第二天 | 1 | 获利程度 | X | X | 4 | 2 | 5 | 3 |
第三天 | 5 | 获利程度 | X | X | X | -2 | 1 | -1 |
第四天 | 3 | 获利程度 | X | X | X | X | 3 | 1 |
第五天 | 6 | 获利程度 | X | X | X | X | X | -2 |
第六天 | 4 | 获利程度 | X | X | X | X | X | X |
因为第六天买了的话,已经是最后一天了,所以没办法卖了,所以全是X。
上一步,已经把如果是某天买的,每天的获利情况列了一遍,就是拆解成了单一问题。
那么看最大利润,很容易就能看出来了,就看那个数字最大就好了。
买入时间 | 买入价格 | 单天价格 | 7 | 1 | 5 | 3 | 6 | 4 |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
-- | -- | 卖出时间 | 第一天 | 第二天 | 第三天 | 第四天 | 第五天 | 第六天 |
第一天 | 7 | 获利程度 | X | -6 | -2 | -4 | -1 | -3 |
第二天 | 1 | 获利程度 | X | X | 4 | 2 | 5⃣️ | 3 |
第三天 | 5 | 获利程度 | X | X | X | -2 | 1 | -1 |
第四天 | 3 | 获利程度 | X | X | X | X | 3 | 1 |
第五天 | 6 | 获利程度 | X | X | X | X | X | -2 |
第六天 | 4 | 获利程度 | X | X | X | X | X | X |
没错emoji的5的就是,那么我们只要简单的遍历一下这个表是不是就能把结果取出来了?嗯,对的
但一般来说动态规划的题目不是这么简单的,通常在制表的时候会涉及一个叠加问题,在根据表计算结果一般也不是简单的遍历就能完成的,但理解动态规划思想应该是没什么问题了。
个人认为动态规划虽然性能不强,但是能把问题变得很直观,让人更简单的解决问题。同时算法的杂合度不高,很方便使用分布式为问题的每个单一问题进行求解。