122. Best Time to Buy And Sell Stock II - Explanation

Problem Link

Description

You are given an integer array prices where prices[i] is the price of a given stock on the ith day.

On each day, you may decide to buy and/or sell the stock. However, you can buy it then immediately sell it on the same day. Also, you are allowed to perform any number of transactions but can hold at most one share of the stock at any time.

Find and return the maximum profit you can achieve.

Example 1:

Input: prices = [7,1,5,3,6,4]

Output: 7

Explanation: Buy on day 2 (price = 1) and sell on day 3 (price = 5), profit = 5-1 = 4. Then buy on day 4 (price = 3) and sell on day 5 (price = 6), profit = 6-3 = 3. Total profit is 4 + 3 = 7.

Example 2:

Input: prices = [1,2,3,4,5]

Output: 4

Explanation: Buy on day 1 (price = 1) and sell on day 5 (price = 5), profit = 5-1 = 4. Total profit is 4.

Constraints:

  • 1 <= prices.length <= 30,000
  • 0 <= prices[i] <= 10,000


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Prerequisites

Before attempting this problem, you should be comfortable with:

  • Recursion - Foundation for exploring all buy/sell decision combinations
  • Dynamic Programming (Memoization) - Optimizes recursion by caching computed states
  • Dynamic Programming (Tabulation) - Builds solutions iteratively from base cases
  • Greedy Algorithms - Key insight that capturing every upward price movement is optimal

1. Recursion

Intuition

At each day, we have a choice: if we are not holding stock, we can either buy or skip. If we are holding stock, we can either sell or skip. We want to maximize profit by exploring all possible combinations of buy and sell decisions. This naturally leads to a recursive approach where we try both options at each step and return the maximum profit.

Algorithm

  1. Define a recursive function rec(i, bought) where i is the current day and bought indicates if we are holding stock.
  2. Base case: if we have processed all days, return 0.
  3. At each day, we always have the option to skip (do nothing).
  4. If we are holding stock (bought = true), we can sell at the current price and add it to our profit.
  5. If we are not holding stock (bought = false), we can buy at the current price (subtract it from profit).
  6. Return the maximum of all possible choices.
Example - Dry Run
Input: prices = [7, 1, 5, 3, 6, 4]

Price Array:
ā”Œā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”¬ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”¬ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”¬ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”¬ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”¬ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”
│  7  │  1  │  5  │  3  │  6  │  4  │
ā””ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”“ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”“ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”“ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”“ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”“ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”˜
  [0]   [1]   [2]   [3]   [4]   [5]


Visualization:

              BUY           BUY
               ↓             ↓
    ā”Œā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”¬ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”¬ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”¬ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”¬ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”¬ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”
    │  7  │  1  │  5  │  3  │  6  │  4  │
    ā””ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”“ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”“ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”“ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”“ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”“ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”˜
       0     1     2     3     4     5      ← day
                   ↑           ↑
                 SELL        SELL


    Transaction Flow:

    Day 1: BUY at $1   ───────────────────╮
                                         │  Profit: $5 - $1 = $4
    Day 2: SELL at $5  ←─────────────────╯


    Day 3: BUY at $3   ───────────────────╮
                                         │  Profit: $6 - $3 = $3
    Day 4: SELL at $6  ←─────────────────╯


    ā”Œā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”
    │                                        │
    │   Total Profit:  $4 + $3  =  $7        │
    │                                        │
    ā””ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”˜


The recursion explores all possible buy/sell decisions:

rec(0, False) - At day 0, not holding stock
ā”œā”€ā”€ Skip day 0: rec(1, False)
│   ā”œā”€ā”€ Buy at day 1 (price=1): -1 + rec(2, True)
│   │   ā”œā”€ā”€ Sell at day 2 (price=5): 5 + rec(3, False) → profit = 4
│   │   │   ā”œā”€ā”€ Buy at day 3: -3 + rec(4, True)
│   │   │   │   └── Sell at day 4: 6 + rec(5, False) → profit = 3
│   │   │   │       └── Total path: 4 + 3 = 7 āœ“ (Optimal)
│   │   │   └── Skip, buy at day 4, etc...
│   │   └── Skip day 2, sell at day 3, etc...
│   └── Skip day 1: rec(2, False)...
└── Buy at day 0 (price=7): -7 + rec(1, True)
    └── Sell at day 1 (price=1): 1 + rec(2, False) → profit = -6 (bad choice)


Optimal Path Found - Step by Step:

ā”Œā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”
│  Step 1: Day 1 - BUY                                                       │
│                                                                            │
│      Action: Buy at price 1                                                │
│      Balance: -1                                                           │
│      Status: Holding stock                                                 │
ā””ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”˜

ā”Œā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”
│  Step 2: Day 2 - SELL                                                      │
│                                                                            │
│      Action: Sell at price 5                                               │
│      Balance: -1 + 5 = 4                                                   │
│      Status: Not holding stock                                             │
ā””ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”˜

ā”Œā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”
│  Step 3: Day 3 - BUY                                                       │
│                                                                            │
│      Action: Buy at price 3                                                │
│      Balance: 4 - 3 = 1                                                    │
│      Status: Holding stock                                                 │
ā””ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”˜

ā”Œā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”
│  Step 4: Day 4 - SELL                                                      │
│                                                                            │
│      Action: Sell at price 6                                               │
│      Balance: 1 + 6 = 7                                                    │
│      Status: Not holding stock                                             │
ā””ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”˜


Summary:
ā”Œā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”¬ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”¬ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”¬ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”
│   Day    │   Price    │   Action   │     Balance     │
ā”œā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”¼ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”¼ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”¼ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”¤
│    1     │     1      │    BUY     │       -1        │
│    2     │     5      │   SELL     │        4        │
│    3     │     3      │    BUY     │        1        │
│    4     │     6      │   SELL     │        7        │
ā””ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”“ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”“ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”“ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”˜

Final Answer: 7

class Solution:
    def maxProfit(self, prices: List[int]) -> int:
        def rec(i, bought):
            if i == len(prices):
                return 0
            res = rec(i + 1, bought)
            if bought:
                res = max(res, prices[i] + rec(i + 1, False))
            else:
                res = max(res, -prices[i] + rec(i + 1, True))
            return res
        return rec(0, False)

Time & Space Complexity

  • Time complexity: O(2n)O(2 ^ n)
  • Space complexity: O(n)O(n)

2. Dynamic Programming (Top-Down)

Intuition

The recursive solution recalculates the same states multiple times. For example, the state (day 3, not holding) might be reached through different paths. By storing computed results in a memoization table, we avoid redundant work. Each unique state (day, holding_status) is computed only once.

Algorithm

  1. Create a memoization table (dictionary or 2D array) to store results for each state.
  2. Define a recursive function rec(i, bought) that first checks if the result is already cached.
  3. If cached, return the stored result immediately.
  4. Otherwise, compute the result by considering skip, buy, or sell options.
  5. Store the result in the cache before returning.
  6. Start the recursion from day 0 with no stock held.
Example - Dry Run
Input: prices = [7, 1, 5, 3, 6, 4]

Price Array:
ā”Œā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”¬ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”¬ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”¬ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”¬ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”¬ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”
│  7  │  1  │  5  │  3  │  6  │  4  │
ā””ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”“ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”“ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”“ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”“ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”“ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”˜
  [0]   [1]   [2]   [3]   [4]   [5]


Visualization:

              BUY           BUY
               ↓             ↓
    ā”Œā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”¬ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”¬ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”¬ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”¬ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”¬ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”
    │  7  │  1  │  5  │  3  │  6  │  4  │
    ā””ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”“ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”“ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”“ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”“ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”“ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”˜
       0     1     2     3     4     5      ← day
                   ↑           ↑
                 SELL        SELL


    Transaction Flow:

    Day 1: BUY at $1   ───────────────────╮
                                         │  Profit: $5 - $1 = $4
    Day 2: SELL at $5  ←─────────────────╯


    Day 3: BUY at $3   ───────────────────╮
                                         │  Profit: $6 - $3 = $3
    Day 4: SELL at $6  ←─────────────────╯


    ā”Œā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”
    │                                        │
    │   Total Profit:  $4 + $3  =  $7        │
    │                                        │
    ā””ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”˜


Memoization avoids recomputing the same states.
dp[i][bought] stores max profit from day i with bought status.

Call Tree with Memoization:

rec(0, 0) → not cached
ā”œā”€ā”€ rec(1, 0) → not cached
│   ā”œā”€ā”€ rec(2, 0) → not cached
│   │   ā”œā”€ā”€ rec(3, 0) → not cached
│   │   │   ā”œā”€ā”€ rec(4, 0) → not cached
│   │   │   │   └── rec(5, 0) = 0, rec(5, 1) = 0
│   │   │   │   dp[4][0] = max(0, -6+0) = 0
│   │   │   │   dp[4][1] = max(0, 6+0) = 6
│   │   │   └── dp[3][0] = max(dp[4][0], -3+dp[4][1]) = max(0, 3) = 3
│   │   │       dp[3][1] = max(dp[4][1], 3+dp[4][0]) = max(6, 3) = 6
│   │   └── dp[2][0] = max(dp[3][0], -5+dp[3][1]) = max(3, 1) = 3
│   │       dp[2][1] = max(dp[3][1], 5+dp[3][0]) = max(6, 8) = 8
│   └── dp[1][0] = max(dp[2][0], -1+dp[2][1]) = max(3, 7) = 7
│       dp[1][1] = max(dp[2][1], 1+dp[2][0]) = max(8, 4) = 8
└── dp[0][0] = max(dp[1][0], -7+dp[1][1]) = max(7, 1) = 7


DP State Computation - Step by Step:

ā”Œā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”
│  Base Case: Day 5 (beyond array)                                           │
│                                                                            │
│      dp[5][0] = 0  (can buy, but no days left)                             │
│      dp[5][1] = 0  (can sell, but no days left)                            │
ā””ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”˜

ā”Œā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”
│  Day 4: price = 6                                                          │
│                                                                            │
│      dp[4][0] = max(dp[5][0], -6 + dp[5][1])                               │
│               = max(0, -6 + 0) = 0                                         │
│                                                                            │
│      dp[4][1] = max(dp[5][1], 6 + dp[5][0])                                │
│               = max(0, 6 + 0) = 6                                          │
ā””ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”˜

ā”Œā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”
│  Day 3: price = 3                                                          │
│                                                                            │
│      dp[3][0] = max(dp[4][0], -3 + dp[4][1])                               │
│               = max(0, -3 + 6) = 3                                         │
│                                                                            │
│      dp[3][1] = max(dp[4][1], 3 + dp[4][0])                                │
│               = max(6, 3 + 0) = 6                                          │
ā””ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”˜

ā”Œā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”
│  Day 2: price = 5                                                          │
│                                                                            │
│      dp[2][0] = max(dp[3][0], -5 + dp[3][1])                               │
│               = max(3, -5 + 6) = 3                                         │
│                                                                            │
│      dp[2][1] = max(dp[3][1], 5 + dp[3][0])                                │
│               = max(6, 5 + 3) = 8                                          │
ā””ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”˜

ā”Œā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”
│  Day 1: price = 1                                                          │
│                                                                            │
│      dp[1][0] = max(dp[2][0], -1 + dp[2][1])                               │
│               = max(3, -1 + 8) = 7                                         │
│                                                                            │
│      dp[1][1] = max(dp[2][1], 1 + dp[2][0])                                │
│               = max(8, 1 + 3) = 8                                          │
ā””ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”˜

ā”Œā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”
│  Day 0: price = 7                                                          │
│                                                                            │
│      dp[0][0] = max(dp[1][0], -7 + dp[1][1])                               │
│               = max(7, -7 + 8) = 7                                         │
│                                                                            │
│      dp[0][1] = max(dp[1][1], 7 + dp[1][0])                                │
│               = max(8, 7 + 7) = 14                                         │
ā””ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”˜


Final DP Table:

ā”Œā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”¬ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”¬ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”
│   Day   │  bought=0 (can buy)     │  bought=1 (can sell)    │
ā”œā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”¼ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”¼ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”¤
│    0    │           7             │           14            │
│    1    │           7             │            8            │
│    2    │           3             │            8            │
│    3    │           3             │            6            │
│    4    │           0             │            6            │
│    5    │           0             │            0            │
ā””ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”“ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”“ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”˜

Final Answer: dp[0][0] = 7

class Solution:
    def maxProfit(self, prices: List[int]) -> int:
        dp = {}

        def rec(i, bought):
            if i == len(prices):
                return 0
            if (i, bought) in dp:
                return dp[(i, bought)]
            res = rec(i + 1, bought)
            if bought:
                res = max(res, prices[i] + rec(i + 1, False))
            else:
                res = max(res, -prices[i] + rec(i + 1, True))
            dp[(i, bought)] = res
            return res

        return rec(0, False)

Time & Space Complexity

  • Time complexity: O(n)O(n)
  • Space complexity: O(n)O(n)

3. Dynamic Programming (Bottom-Up)

Intuition

Instead of solving recursively from day 0 forward, we can build the solution iteratively from the last day backward. At each day, we compute the maximum profit for both states (holding and not holding stock) using the already-computed values for the next day. This eliminates recursion overhead.

Algorithm

  1. Create a 2D dp array where dp[i][0] is the max profit from day i when we can buy, and dp[i][1] is the max profit when we can sell.
  2. Initialize the base case: dp[n][0] = dp[n][1] = 0 (no profit after the last day).
  3. Iterate from the last day to the first day.
  4. For each day, compute dp[i][0] as the max of skipping or buying (subtract price, transition to sell state).
  5. Compute dp[i][1] as the max of skipping or selling (add price, transition to buy state).
  6. Return dp[0][0] as we start without holding any stock.
Example - Dry Run
Input: prices = [7, 1, 5, 3, 6, 4]

Price Array:
ā”Œā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”¬ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”¬ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”¬ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”¬ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”¬ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”
│  7  │  1  │  5  │  3  │  6  │  4  │
ā””ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”“ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”“ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”“ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”“ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”“ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”˜
  [0]   [1]   [2]   [3]   [4]   [5]


Visualization:

              BUY           BUY
               ↓             ↓
    ā”Œā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”¬ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”¬ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”¬ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”¬ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”¬ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”
    │  7  │  1  │  5  │  3  │  6  │  4  │
    ā””ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”“ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”“ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”“ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”“ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”“ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”˜
       0     1     2     3     4     5      ← day
                   ↑           ↑
                 SELL        SELL


    Transaction Flow:

    Day 1: BUY at $1   ───────────────────╮
                                         │  Profit: $5 - $1 = $4
    Day 2: SELL at $5  ←─────────────────╯


    Day 3: BUY at $3   ───────────────────╮
                                         │  Profit: $6 - $3 = $3
    Day 4: SELL at $6  ←─────────────────╯


    ā”Œā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”
    │                                        │
    │   Total Profit:  $4 + $3  =  $7        │
    │                                        │
    ā””ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”˜


Building DP table from right to left:
  - dp[i][0] = max profit from day i when we CAN buy
  - dp[i][1] = max profit from day i when we CAN sell (holding stock)


Step-by-Step DP Table Construction:

ā”Œā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”
│  Base Case: i = 6 (beyond array)                                           │
│                                                                            │
│      dp[6][0] = 0  (base case)                                             │
│      dp[6][1] = 0  (base case)                                             │
ā””ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”˜

ā”Œā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”
│  i = 5 (price = 4):                                                        │
│                                                                            │
│      dp[5][0] = max(dp[6][0], -4 + dp[6][1])                               │
│               = max(0, -4 + 0) = 0  (skip buying)                          │
│                                                                            │
│      dp[5][1] = max(dp[6][1], 4 + dp[6][0])                                │
│               = max(0, 4 + 0) = 4   (sell at price 4)                      │
ā””ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”˜

ā”Œā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”
│  i = 4 (price = 6):                                                        │
│                                                                            │
│      dp[4][0] = max(dp[5][0], -6 + dp[5][1])                               │
│               = max(0, -6 + 4) = 0  (skip buying)                          │
│                                                                            │
│      dp[4][1] = max(dp[5][1], 6 + dp[5][0])                                │
│               = max(4, 6 + 0) = 6   (sell at price 6)                      │
ā””ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”˜

ā”Œā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”
│  i = 3 (price = 3):                                                        │
│                                                                            │
│      dp[3][0] = max(dp[4][0], -3 + dp[4][1])                               │
│               = max(0, -3 + 6) = 3  (buy at price 3)                       │
│                                                                            │
│      dp[3][1] = max(dp[4][1], 3 + dp[4][0])                                │
│               = max(6, 3 + 0) = 6   (keep holding)                         │
ā””ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”˜

ā”Œā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”
│  i = 2 (price = 5):                                                        │
│                                                                            │
│      dp[2][0] = max(dp[3][0], -5 + dp[3][1])                               │
│               = max(3, -5 + 6) = 3  (skip buying)                          │
│                                                                            │
│      dp[2][1] = max(dp[3][1], 5 + dp[3][0])                                │
│               = max(6, 5 + 3) = 8   (sell at price 5)                      │
ā””ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”˜

ā”Œā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”
│  i = 1 (price = 1):                                                        │
│                                                                            │
│      dp[1][0] = max(dp[2][0], -1 + dp[2][1])                               │
│               = max(3, -1 + 8) = 7  (buy at price 1)                       │
│                                                                            │
│      dp[1][1] = max(dp[2][1], 1 + dp[2][0])                                │
│               = max(8, 1 + 3) = 8   (keep holding)                         │
ā””ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”˜

ā”Œā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”
│  i = 0 (price = 7):                                                        │
│                                                                            │
│      dp[0][0] = max(dp[1][0], -7 + dp[1][1])                               │
│               = max(7, -7 + 8) = 7  (skip buying)                          │
│                                                                            │
│      dp[0][1] = max(dp[1][1], 7 + dp[1][0])                                │
│               = max(8, 7 + 7) = 14  (would sell, but unused)               │
ā””ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”˜


Final DP Table:

ā”Œā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”¬ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”
│   Day   │    0      1      2      3      4      5      6                    │
ā”œā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”¼ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”¤
│ dp[i][0]│    7      7      3      3      0      0      0                    │
│ (buy)   │                                                                   │
ā”œā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”¼ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”¤
│ dp[i][1]│   14      8      8      6      6      4      0                    │
│ (sell)  │                                                                   │
ā””ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”“ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”˜

Final Answer: dp[0][0] = 7

class Solution:
    def maxProfit(self, prices: List[int]) -> int:
        n = len(prices)
        dp = [[0] * 2 for _ in range(n + 1)]

        for i in range(n - 1, -1, -1):
            dp[i][0] = max(dp[i + 1][0], -prices[i] + dp[i + 1][1])
            dp[i][1] = max(dp[i + 1][1], prices[i] + dp[i + 1][0])

        return dp[0][0]

Time & Space Complexity

  • Time complexity: O(n)O(n)
  • Space complexity: O(n)O(n)

4. Dynamic Programming (Space Optimized)

Intuition

Looking at the bottom-up solution, we notice that to compute the values for day i, we only need the values from day i+1. We do not need the entire dp array. This means we can reduce space from O(n) to O(1) by using just four variables to track the current and next day's states.

Algorithm

  1. Initialize four variables: nextBuy, nextSell (for day i+1), and curBuy, curSell (for day i).
  2. Start with all variables set to 0.
  3. Iterate from the last day to the first day.
  4. Compute curBuy as the max of skipping (nextBuy) or buying (-price + nextSell).
  5. Compute curSell as the max of skipping (nextSell) or selling (price + nextBuy).
  6. Update next variables with current values for the next iteration.
  7. Return curBuy as the final answer.
Example - Dry Run
Input: prices = [7, 1, 5, 3, 6, 4]

Price Array:
ā”Œā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”¬ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”¬ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”¬ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”¬ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”¬ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”
│  7  │  1  │  5  │  3  │  6  │  4  │
ā””ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”“ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”“ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”“ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”“ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”“ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”˜
  [0]   [1]   [2]   [3]   [4]   [5]


Visualization:

              BUY           BUY
               ↓             ↓
    ā”Œā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”¬ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”¬ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”¬ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”¬ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”¬ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”
    │  7  │  1  │  5  │  3  │  6  │  4  │
    ā””ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”“ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”“ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”“ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”“ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”“ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”˜
       0     1     2     3     4     5      ← day
                   ↑           ↑
                 SELL        SELL


    Transaction Flow:

    Day 1: BUY at $1   ───────────────────╮
                                         │  Profit: $5 - $1 = $4
    Day 2: SELL at $5  ←─────────────────╯


    Day 3: BUY at $3   ───────────────────╮
                                         │  Profit: $6 - $3 = $3
    Day 4: SELL at $6  ←─────────────────╯


    ā”Œā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”
    │                                        │
    │   Total Profit:  $4 + $3  =  $7        │
    │                                        │
    ā””ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”˜


Using only 4 variables instead of full DP array:
  - nextBuy / curBuy:   max profit when we can buy
  - nextSell / curSell: max profit when we can sell


Initial State:

ā”Œā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”
│  nextBuy  = 0                                                              │
│  nextSell = 0                                                              │
ā””ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”˜


Processing from right to left:

ā”Œā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”
│  i = 5 (price = 4):                                                        │
│                                                                            │
│      curBuy  = max(nextBuy, -price + nextSell)                             │
│             = max(0, -4 + 0) = 0                                           │
│                                                                            │
│      curSell = max(nextSell, price + nextBuy)                              │
│             = max(0, 4 + 0) = 4                                            │
│                                                                            │
│      Update: nextBuy <- 0, nextSell <- 4                                   │
ā””ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”˜

ā”Œā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”
│  i = 4 (price = 6):                                                        │
│                                                                            │
│      curBuy  = max(0, -6 + 4) = 0                                          │
│      curSell = max(4, 6 + 0) = 6                                           │
│                                                                            │
│      Update: nextBuy <- 0, nextSell <- 6                                   │
ā””ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”˜

ā”Œā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”
│  i = 3 (price = 3):                                                        │
│                                                                            │
│      curBuy  = max(0, -3 + 6) = 3   <-- Buy here for profit!               │
│      curSell = max(6, 3 + 0) = 6                                           │
│                                                                            │
│      Update: nextBuy <- 3, nextSell <- 6                                   │
ā””ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”˜

ā”Œā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”
│  i = 2 (price = 5):                                                        │
│                                                                            │
│      curBuy  = max(3, -5 + 6) = 3                                          │
│      curSell = max(6, 5 + 3) = 8   <-- Sell here!                          │
│                                                                            │
│      Update: nextBuy <- 3, nextSell <- 8                                   │
ā””ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”˜

ā”Œā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”
│  i = 1 (price = 1):                                                        │
│                                                                            │
│      curBuy  = max(3, -1 + 8) = 7  <-- Best: buy at 1!                     │
│      curSell = max(8, 1 + 3) = 8                                           │
│                                                                            │
│      Update: nextBuy <- 7, nextSell <- 8                                   │
ā””ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”˜

ā”Œā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”
│  i = 0 (price = 7):                                                        │
│                                                                            │
│      curBuy  = max(7, -7 + 8) = 7                                          │
│      curSell = max(8, 7 + 7) = 14                                          │
│                                                                            │
│      Final: curBuy = 7                                                     │
ā””ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”˜


Variable Trace Table:

ā”Œā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”¬ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”¬ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”¬ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”¬ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”¬ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”
│    i     │  price  │  curBuy  │  curSell  │  nextBuy  │  nextSell  │
ā”œā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”¼ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”¼ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”¼ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”¼ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”¼ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”¤
│   init   │    -    │    0     │     0     │     0     │      0     │
│    5     │    4    │    0     │     4     │     0     │      4     │
│    4     │    6    │    0     │     6     │     0     │      6     │
│    3     │    3    │    3     │     6     │     3     │      6     │
│    2     │    5    │    3     │     8     │     3     │      8     │
│    1     │    1    │    7     │     8     │     7     │      8     │
│    0     │    7    │    7     │    14     │     7     │      8     │
ā””ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”“ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”“ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”“ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”“ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”“ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”˜

Final Answer: curBuy = 7

class Solution:
    def maxProfit(self, prices: List[int]) -> int:
        n = len(prices)
        next_buy = next_sell = 0
        cur_buy = cur_sell = 0

        for i in range(n - 1, -1, -1):
            cur_buy = max(next_buy, -prices[i] + next_sell)
            cur_sell = max(next_sell, prices[i] + next_buy)
            next_buy = cur_buy
            next_sell = cur_sell

        return cur_buy

Time & Space Complexity

  • Time complexity: O(n)O(n)
  • Space complexity: O(1)O(1)

5. Greedy

Intuition

The key insight is that we can capture every upward price movement. If the price goes up from day i to day i+1, we can always "buy" on day i and "sell" on day i+1 to capture that profit. We do not need to track actual transactions because consecutive gains are equivalent to holding through multiple days. For example, buying at 1, holding through 3, 5, and selling at 6 gives the same profit as buying at 1, selling at 3, buying at 3, selling at 5, buying at 5, and selling at 6.

Algorithm

  1. Initialize a profit variable to 0.
  2. Iterate through the prices from day 1 to the last day.
  3. If today's price is higher than yesterday's price, add the difference to profit.
  4. Return the total profit.
Example - Dry Run
Input: prices = [7, 1, 5, 3, 6, 4]

Price Array:
ā”Œā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”¬ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”¬ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”¬ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”¬ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”¬ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”
│  7  │  1  │  5  │  3  │  6  │  4  │
ā””ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”“ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”“ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”“ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”“ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”“ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”˜
  [0]   [1]   [2]   [3]   [4]   [5]


Visualization:

              BUY           BUY
               ↓             ↓
    ā”Œā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”¬ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”¬ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”¬ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”¬ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”¬ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”
    │  7  │  1  │  5  │  3  │  6  │  4  │
    ā””ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”“ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”“ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”“ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”“ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”“ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”˜
       0     1     2     3     4     5      ← day
                   ↑           ↑
                 SELL        SELL


    Transaction Flow:

    Day 1: BUY at $1   ───────────────────╮
                                         │  Profit: $5 - $1 = $4
    Day 2: SELL at $5  ←─────────────────╯


    Day 3: BUY at $3   ───────────────────╮
                                         │  Profit: $6 - $3 = $3
    Day 4: SELL at $6  ←─────────────────╯


    ā”Œā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”
    │                                        │
    │   Total Profit:  $4 + $3  =  $7        │
    │                                        │
    ā””ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”˜


Greedy Insight:

ā”Œā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”
│                                                                            │
│   Capture EVERY upward movement!                                           │
│                                                                            │
│   If tomorrow's price > today's price, that's profit we can take.          │
│                                                                            │
│   We don't need to track actual buy/sell - just sum all positive gains.    │
│                                                                            │
ā””ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”˜


Greedy Approach - Step by Step:

ā”Œā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”
│  Step 1: Compare day 0 -> day 1                                            │
│                                                                            │
│      prices[0] = 7,  prices[1] = 1                                         │
│      Change: 1 - 7 = -6 (negative, price dropped)                          │
│                                                                            │
│      Action: Skip (no profit)                                              │
│      Total Profit: 0                                                       │
ā””ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”˜

ā”Œā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”
│  Step 2: Compare day 1 -> day 2                                            │
│                                                                            │
│      prices[1] = 1,  prices[2] = 5                                         │
│      Change: 5 - 1 = +4 (positive! price increased)                        │
│                                                                            │
│      Action: Take profit! (Buy at 1, Sell at 5)                            │
│      Total Profit: 0 + 4 = 4                                               │
ā””ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”˜

ā”Œā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”
│  Step 3: Compare day 2 -> day 3                                            │
│                                                                            │
│      prices[2] = 5,  prices[3] = 3                                         │
│      Change: 3 - 5 = -2 (negative, price dropped)                          │
│                                                                            │
│      Action: Skip (no profit)                                              │
│      Total Profit: 4                                                       │
ā””ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”˜

ā”Œā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”
│  Step 4: Compare day 3 -> day 4                                            │
│                                                                            │
│      prices[3] = 3,  prices[4] = 6                                         │
│      Change: 6 - 3 = +3 (positive! price increased)                        │
│                                                                            │
│      Action: Take profit! (Buy at 3, Sell at 6)                            │
│      Total Profit: 4 + 3 = 7                                               │
ā””ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”˜

ā”Œā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”
│  Step 5: Compare day 4 -> day 5                                            │
│                                                                            │
│      prices[4] = 6,  prices[5] = 4                                         │
│      Change: 4 - 6 = -2 (negative, price dropped)                          │
│                                                                            │
│      Action: Skip (no profit)                                              │
│      Total Profit: 7                                                       │
ā””ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”˜


Summary Table:

ā”Œā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”¬ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”¬ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”¬ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”¬ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”
│  Day  │  Price  │  Change  │    Action     │  Total Profit   │
ā”œā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”¼ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”¼ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”¼ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”¼ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”¤
│   0   │    7    │    -     │    Start      │        0        │
│   1   │    1    │   -6     │    Skip       │        0        │
│   2   │    5    │   +4     │  Capture +4   │        4        │
│   3   │    3    │   -2     │    Skip       │        4        │
│   4   │    6    │   +3     │  Capture +3   │        7        │
│   5   │    4    │   -2     │    Skip       │        7        │
ā””ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”“ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”“ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”“ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”“ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”˜


Transactions Made:

ā”Œā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”
│                                                                            │
│  Transaction 1:                                                            │
│      Buy  @ $1 (day 1)                                                     │
│      Sell @ $5 (day 2)                                                     │
│      Profit: +$4                                                           │
│                                                                            │
ā”œā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”¤
│                                                                            │
│  Transaction 2:                                                            │
│      Buy  @ $3 (day 3)                                                     │
│      Sell @ $6 (day 4)                                                     │
│      Profit: +$3                                                           │
│                                                                            │
ā”œā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”¤
│                                                                            │
│  Total Profit: $4 + $3 = $7                                                │
│                                                                            │
ā””ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”€ā”˜

Final Answer: 7

class Solution:
    def maxProfit(self, prices: List[int]) -> int:
        profit = 0

        for i in range(1, len(prices)):
            if prices[i] > prices[i - 1]:
                profit += (prices[i] - prices[i - 1])

        return profit

Time & Space Complexity

  • Time complexity: O(n)O(n)
  • Space complexity: O(1)O(1)

Common Pitfalls

Confusing with Best Time to Buy and Sell Stock I

This problem allows unlimited transactions, while Stock I only allows one. Using the Stock I approach (tracking min price and max difference) will undercount the total profit.

Missing Consecutive Gains

The greedy approach works because consecutive daily gains are equivalent to one larger transaction. Buying at 1, selling at 5 equals buying at 1, selling at 3, buying at 3, selling at 5. Missing this insight leads to overcomplicating the solution.

Adding Negative Profits

When using the greedy approach, only add the difference when prices[i] > prices[i-1]. Adding negative differences (price drops) reduces your profit incorrectly.

# Wrong: adds negative changes too
profit += prices[i] - prices[i - 1]
# Correct: only add positive gains
if prices[i] > prices[i - 1]:
    profit += prices[i] - prices[i - 1]

Off-by-One in Loop

When comparing consecutive days, start the loop at index 1 (not 0) to safely access prices[i-1]. Starting at 0 causes an index out of bounds error.