如何在Python中生成列表的所有排列

Question

如何在Python中生成列表的所有排列,与该列表中的元素类型无关？

例如:

permutations([])
[]

permutations([1])
[1]

permutations([1, 2])
[1, 2]
[2, 1]

permutations([1, 2, 3])
[1, 2, 3]
[1, 3, 2]
[2, 1, 3]
[2, 3, 1]
[3, 1, 2]
[3, 2, 1]

Answer 1

从Python 2.6开始(如果您使用的是Python 3),您可以使用标准库工具:itertools.permutations.

import itertools
list(itertools.permutations([1, 2, 3]))

如果您出于某种原因使用较旧的Python(<2.6)或者只是想知道它是如何工作的,这里有一个很好的方法,取自 http://code.activestate.com/recipes/252178/:

def all_perms(elements):
    if len(elements) <=1:
        yield elements
    else:
        for perm in all_perms(elements[1:]):
            for i in range(len(elements)):
                # nb elements[0:1] works in both string and list contexts
                yield perm[:i] + elements[0:1] + perm[i:]

文档中列出了几种替代方法itertools.permutations.这是一个:

def permutations(iterable, r=None):
    # permutations('ABCD', 2) --> AB AC AD BA BC BD CA CB CD DA DB DC
    # permutations(range(3)) --> 012 021 102 120 201 210
    pool = tuple(iterable)
    n = len(pool)
    r = n if r is None else r
    if r > n:
        return
    indices = range(n)
    cycles = range(n, n-r, -1)
    yield tuple(pool[i] for i in indices[:r])
    while n:
        for i in reversed(range(r)):
            cycles[i] -= 1
            if cycles[i] == 0:
                indices[i:] = indices[i+1:] + indices[i:i+1]
                cycles[i] = n - i
            else:
                j = cycles[i]
                indices[i], indices[-j] = indices[-j], indices[i]
                yield tuple(pool[i] for i in indices[:r])
                break
        else:
            return

另一个基于itertools.product:

def permutations(iterable, r=None):
    pool = tuple(iterable)
    n = len(pool)
    r = n if r is None else r
    for indices in product(range(n), repeat=r):
        if len(set(indices)) == r:
            yield tuple(pool[i] for i in indices)

Answer 2

在Python 2.6以后:

import itertools
itertools.permutations([1,2,3])

(作为生成器返回.用于list(permutations(l))作为列表返回.)

Answer 3

以下代码仅适用于Python 2.6及更高版本

一,进口itertools:

import itertools

排列(订单事宜):

print list(itertools.permutations([1,2,3,4], 2))
[(1, 2), (1, 3), (1, 4),
(2, 1), (2, 3), (2, 4),
(3, 1), (3, 2), (3, 4),
(4, 1), (4, 2), (4, 3)]

组合(顺序无关紧要):

print list(itertools.combinations('123', 2))
[('1', '2'), ('1', '3'), ('2', '3')]

笛卡尔积(有几个迭代):

print list(itertools.product([1,2,3], [4,5,6]))
[(1, 4), (1, 5), (1, 6),
(2, 4), (2, 5), (2, 6),
(3, 4), (3, 5), (3, 6)]

笛卡儿积(一个可迭代的本身):

print list(itertools.product([1,2], repeat=3))
[(1, 1, 1), (1, 1, 2), (1, 2, 1), (1, 2, 2),
(2, 1, 1), (2, 1, 2), (2, 2, 1), (2, 2, 2)]

Answer 4

def permutations(head, tail=''):
    if len(head) == 0: print tail
    else:
        for i in range(len(head)):
            permutations(head[0:i] + head[i+1:], tail+head[i])

称为:

permutations('abc')

Answer 5

#!/usr/bin/env python

def perm(a, k=0):
   if k == len(a):
      print a
   else:
      for i in xrange(k, len(a)):
         a[k], a[i] = a[i] ,a[k]
         perm(a, k+1)
         a[k], a[i] = a[i], a[k]

perm([1,2,3])

输出:

[1, 2, 3]
[1, 3, 2]
[2, 1, 3]
[2, 3, 1]
[3, 2, 1]
[3, 1, 2]

当我交换列表的内容时,需要一个可变序列类型作为输入.例如perm(list("ball")),perm("ball")因为你不能改变字符串,所以不会工作.

这个Python实现的灵感来自Horowitz,Sahni和Rajasekeran的计算机算法一书中提出的算法.

Answer 6

此解决方案实现了一个生成器,以避免在内存中保留所有排列:

def permutations (orig_list):
    if not isinstance(orig_list, list):
        orig_list = list(orig_list)

    yield orig_list

    if len(orig_list) == 1:
        return

    for n in sorted(orig_list):
        new_list = orig_list[:]
        pos = new_list.index(n)
        del(new_list[pos])
        new_list.insert(0, n)
        for resto in permutations(new_list[1:]):
            if new_list[:1] + resto <> orig_list:
                yield new_list[:1] + resto

Answer 7

以下代码是给定列表的就地排列,实现为生成器.由于它只返回对列表的引用,因此不应在生成器外修改列表.解决方案是非递归的,因此使用低内存.在输入列表中也可以使用多个元素副本.

def permute_in_place(a):
    a.sort()
    yield list(a)

    if len(a) <= 1:
        return

    first = 0
    last = len(a)
    while 1:
        i = last - 1

        while 1:
            i = i - 1
            if a[i] < a[i+1]:
                j = last - 1
                while not (a[i] < a[j]):
                    j = j - 1
                a[i], a[j] = a[j], a[i] # swap the values
                r = a[i+1:last]
                r.reverse()
                a[i+1:last] = r
                yield list(a)
                break
            if i == first:
                a.reverse()
                return

if __name__ == '__main__':
    for n in range(5):
        for a in permute_in_place(range(1, n+1)):
            print a
        print

    for a in permute_in_place([0, 0, 1, 1, 1]):
        print a
    print

Answer 8

在我看来,一个非常明显的方式可能是:

def permutList(l):
    if not l:
            return [[]]
    res = []
    for e in l:
            temp = l[:]
            temp.remove(e)
            res.extend([[e] + r for r in permutList(temp)])

    return res

Answer 9

在功能风格

def addperm(x,l):
    return [ l[0:i] + [x] + l[i:]  for i in range(len(l)+1) ]

def perm(l):
    if len(l) == 0:
        return [[]]
    return [x for y in perm(l[1:]) for x in addperm(l[0],y) ]

print perm([ i for i in range(3)])

结果:

[[0, 1, 2], [1, 0, 2], [1, 2, 0], [0, 2, 1], [2, 0, 1], [2, 1, 0]]

Answer 10

list2Perm = [1, 2.0, 'three']
listPerm = [[a, b, c]
            for a in list2Perm
            for b in list2Perm
            for c in list2Perm
            if ( a != b and b != c and a != c )
            ]
print listPerm

输出:

[
    [1, 2.0, 'three'], 
    [1, 'three', 2.0], 
    [2.0, 1, 'three'], 
    [2.0, 'three', 1], 
    ['three', 1, 2.0], 
    ['three', 2.0, 1]
]

Answer 11

常规实现（无产量 - 将在内存中执行所有操作）：

def getPermutations(array):
    if len(array) == 1:
        return [array]
    permutations = []
    for i in range(len(array)): 
        # get all perm's of subarray w/o current item
        perms = getPermutations(array[:i] + array[i+1:])  
        for p in perms:
            permutations.append([array[i], *p])
    return permutations

产量实施：

def getPermutations(array):
    if len(array) == 1:
        yield array
    else:
        for i in range(len(array)):
            perms = getPermutations(array[:i] + array[i+1:])
            for p in perms:
                yield [array[i], *p]

基本思想是遍历数组中第 1 个位置的所有元素，然后在第 2 个位置遍历所有其余元素，而没有为第一个选择的元素，依此类推。您可以使用recursion来做到这一点，其中停止条件正在获取一个包含 1 个元素的数组 - 在这种情况下，您将返回该数组。

Answer 12

我使用了基于阶乘数系统的算法- 对于长度为n的列表,您可以按项目组合每个排列项目,从每个阶段的左侧项目中进行选择.第一项有n个选择,第二个项有n-1,最后一个只有一个,所以你可以使用阶乘数系统中数字的数字作为索引.这样,数字0到n!-1对应于字典顺序中的所有可能的排列.

from math import factorial
def permutations(l):
    permutations=[]
    length=len(l)
    for x in xrange(factorial(length)):
        available=list(l)
        newPermutation=[]
        for radix in xrange(length, 0, -1):
            placeValue=factorial(radix-1)
            index=x/placeValue
            newPermutation.append(available.pop(index))
            x-=index*placeValue
        permutations.append(newPermutation)
    return permutations

permutations(range(3))

输出:

[[0, 1, 2], [0, 2, 1], [1, 0, 2], [1, 2, 0], [2, 0, 1], [2, 1, 0]]

这个方法是非递归的,但它在我的计算机上稍慢,xrange在n时引发错误!太大而无法转换为C长整数(对我来说n = 13).当我需要它时它已经足够了,但它不是一个很长的镜头的itertools.permutations.

Answer 13

人们确实可以迭代每个排列的第一个元素,如tzwenn的答案; 我更喜欢用这种方式编写这个解决方案:

def all_perms(elements):
    if len(elements) <= 1:
        yield elements  # Only permutation possible = no permutation
    else:
        # Iteration over the first element in the result permutation:
        for (index, first_elmt) in enumerate(elements):
            other_elmts = elements[:index]+elements[index+1:]
            for permutation in all_perms(other_elmts): 
                yield [first_elmt] + permutation

这个解决方案快了大约30%,显然是由于递归结束len(elements) <= 1而不是0.它还具有更高的内存效率,因为它使用生成器函数(通过yield),就像Riccardo Reyes的解决方案一样.

Answer 14

请注意,此算法具有n factorial时间复杂度,其中n是输入列表的长度

在运行中打印结果:

global result
result = [] 

def permutation(li):
if li == [] or li == None:
    return

if len(li) == 1:
    result.append(li[0])
    print result
    result.pop()
    return

for i in range(0,len(li)):
    result.append(li[i])
    permutation(li[:i] + li[i+1:])
    result.pop()    

例:

permutation([1,2,3])

输出:

[1, 2, 3]
[1, 3, 2]
[2, 1, 3]
[2, 3, 1]
[3, 1, 2]
[3, 2, 1]

Answer 15

对于性能，一个受Knuth启发的 numpy 解决方案，(p22)：

from numpy import empty, uint8
from math import factorial

def perms(n):
    f = 1
    p = empty((2*n-1, factorial(n)), uint8)
    for i in range(n):
        p[i, :f] = i
        p[i+1:2*i+1, :f] = p[:i, :f]  # constitution de blocs
        for j in range(i):
            p[:i+1, f*(j+1):f*(j+2)] = p[j+1:j+i+2, :f]  # copie de blocs
        f = f*(i+1)
    return p[:n, :]

复制大块内存可以节省时间 - 它比list(itertools.permutations(range(n))以下方法快 20 倍：

In [1]: %timeit -n10 list(permutations(range(10)))
10 loops, best of 3: 815 ms per loop

In [2]: %timeit -n100 perms(10) 
100 loops, best of 3: 40 ms per loop

Answer 16

这是受使用列表理解的Haskell实现的启发:

def permutation(list):
    if len(list) == 0:
        return [[]]
    else:
        return [[x] + ys for x in list for ys in permutation(delete(list, x))]

def delete(list, item):
    lc = list[:]
    lc.remove(item)
    return lc

Answer 17

免责声明：包作者的无形插头。:)

该猪手包是从大多数实现不同，它产生不实际包含的排列，而是描述的排列和各位置之间的映射关系的顺序，使其能够工作，排列非常大名单“，如图所示伪名单在这个演示中，它在一个“包含”字母表中所有字母排列的伪列表中执行非常即时的操作和查找，而不使用比典型网页更多的内存或处理。

无论如何，要生成排列列表，我们可以执行以下操作。

import trotter

my_permutations = trotter.Permutations(3, [1, 2, 3])

print(my_permutations)

for p in my_permutations:
    print(p)

输出：

包含 [1, 2, 3] 的 6 个 3 排列的伪列表。
[1, 2, 3]
[1, 3, 2]
[3, 1, 2]
[3, 2, 1]
[2, 3, 1]
[2, 1, 3]

Answer 18

如果您不想使用内置方法，例如：

import itertools
list(itertools.permutations([1, 2, 3]))

你可以自己实现排列函数

from collections.abc import Iterable


def permute(iterable: Iterable[str]) -> set[str]:
    perms = set()

    if len(iterable) == 1:
        return {*iterable}

    for index, char in enumerate(iterable):
        perms.update([char + perm for perm in permute(iterable[:index] + iterable[index + 1:])])

    return perms


if __name__ == '__main__':
    print(permute('abc'))
    # {'bca', 'abc', 'cab', 'acb', 'cba', 'bac'}
    print(permute(['1', '2', '3']))
    # {'123', '312', '132', '321', '213', '231'}