Как сгенерировать все перестановки списка?

Как вы генерируете все перестановки списка в Python, независимо от типа элементов в этом списке?

Например:

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]

Начиная с Python 2.6 (и если вы на Python 3) у вас есть стандартная библиотека инструмент для этого: itertools.permutations.

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

Если по какой-то причине вы используете старый Python (<2.6) или вам просто интересно узнать, как он работает, вот один хороший подход, взятый из 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:]

Несколько альтернативных подходов перечислены в документации itertools.permutations. Вот один из них:

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

И еще один, основанный на 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)

И в Python 2.6 и далее:

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

(возвращается как генератор. Используйте, list(permutations(l))чтобы вернуться как список.)

Следующий код с Python 2.6 и выше ТОЛЬКО

Во-первых, импорт itertools:

import itertools

Перестановка (порядок имеет значение):

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)]

Комбинация (порядок не имеет значения):

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

Декартово произведение (с несколькими итерациями):

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)]

Декартово произведение (с одной итерацией и само собой):

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)]

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])

называется как:

permutations('abc')

#!/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])

Вывод:

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

Поскольку я меняю содержимое списка, в качестве входных данных требуется изменяемый тип последовательности. Например, perm(list("ball"))будет работать и perm("ball")не будет, потому что вы не можете изменить строку.

Эта реализация Python основана на алгоритме, представленном в книге « Компьютерные алгоритмы» Горовица, Сахни и Раджасекерана .

Это решение реализует генератор, чтобы избежать хранения всех перестановок в памяти:

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

В функциональном стиле

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)])

Результат:

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

Следующий код представляет собой перестановку на месте данного списка, реализованную в виде генератора. Поскольку он возвращает только ссылки на список, список не должен изменяться вне генератора. Решение нерекурсивное, поэтому использует мало памяти. Хорошо работают также с несколькими копиями элементов в списке ввода.

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

Совершенно очевидным способом на мой взгляд может быть также:

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

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

Вывод:

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

Я использовал алгоритм, основанный на системе факторных чисел. Для списка длины n вы можете собрать каждый элемент перестановки по элементам, выбирая из элементов, оставленных на каждом этапе. У вас есть n вариантов для первого элемента, n-1 для второго и только один для последнего, так что вы можете использовать цифры числа в системе факторных чисел в качестве индексов. Таким образом, числа от 0 до n! -1 соответствуют всем возможным перестановкам в лексикографическом порядке.

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))

вывод:

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

Этот метод не рекурсивный, но он немного медленнее на моем компьютере, и xrange вызывает ошибку, когда n! слишком велик, чтобы его можно было преобразовать в длинное целое число C (для меня n = 13). Этого было достаточно, когда мне это было нужно, но это далеко не itertools.permutations длинным выстрелом.

Обратите внимание, что этот алгоритм имеет n factorialвременную сложность, где nдлина списка ввода

Распечатать результаты на бегу:

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()    

Пример:

permutation([1,2,3])

Вывод:

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

Можно действительно перебрать первый элемент каждой перестановки, как в ответе Цвенна. Однако более эффективно написать это решение следующим образом:

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

Это решение примерно на 30% быстрее, по-видимому, благодаря рекурсии, заканчивающейся len(elements) <= 1вместо 0. Это также намного более эффективно использует память, поскольку использует функцию генератора (сквозную yield), как в решении Риккардо Рейеса.

Это вдохновлено реализацией Haskell, использующей понимание списка:

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

Обычная реализация (без выхода - все сделает в памяти):

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

Выход реализации:

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]

Основная идея состоит в том, чтобы пройти все элементы в массиве для 1-й позиции, а затем во 2-й позиции пройти через все остальные элементы без выбранного элемента для 1-й и т. Д. Это можно сделать с помощью рекурсии , где критерием остановки является получение массива из 1 элемента - в этом случае вы возвращаете этот массив.

Для производительности, решение Numpy, вдохновленное Кнутом , (стр. 22):

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, :]

Копирование больших блоков памяти экономит время - это в 20 раз быстрее, чем list(itertools.permutations(range(n)):

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

from __future__ import print_function

def perm(n):
    p = []
    for i in range(0,n+1):
        p.append(i)
    while True:
        for i in range(1,n+1):
            print(p[i], end=' ')
        print("")
        i = n - 1
        found = 0
        while (not found and i>0):
            if p[i]<p[i+1]:
                found = 1
            else:
                i = i - 1
        k = n
        while p[i]>p[k]:
            k = k - 1
        aux = p[i]
        p[i] = p[k]
        p[k] = aux
        for j in range(1,(n-i)/2+1):
            aux = p[i+j]
            p[i+j] = p[n-j+1]
            p[n-j+1] = aux
        if not found:
            break

perm(5)

Вот алгоритм, который работает со списком без создания новых промежуточных списков, аналогично решению Бер на https://stackoverflow.com/a/108651/184528 .

def permute(xs, low=0):
    if low + 1 >= len(xs):
        yield xs
    else:
        for p in permute(xs, low + 1):
            yield p        
        for i in range(low + 1, len(xs)):        
            xs[low], xs[i] = xs[i], xs[low]
            for p in permute(xs, low + 1):
                yield p        
            xs[low], xs[i] = xs[i], xs[low]

for p in permute([1, 2, 3, 4]):
    print p

Вы можете попробовать код для себя здесь: http://repl.it/J9v

Красота рекурсии:

>>> import copy
>>> def perm(prefix,rest):
...      for e in rest:
...              new_rest=copy.copy(rest)
...              new_prefix=copy.copy(prefix)
...              new_prefix.append(e)
...              new_rest.remove(e)
...              if len(new_rest) == 0:
...                      print new_prefix + new_rest
...                      continue
...              perm(new_prefix,new_rest)
... 
>>> perm([],['a','b','c','d'])
['a', 'b', 'c', 'd']
['a', 'b', 'd', 'c']
['a', 'c', 'b', 'd']
['a', 'c', 'd', 'b']
['a', 'd', 'b', 'c']
['a', 'd', 'c', 'b']
['b', 'a', 'c', 'd']
['b', 'a', 'd', 'c']
['b', 'c', 'a', 'd']
['b', 'c', 'd', 'a']
['b', 'd', 'a', 'c']
['b', 'd', 'c', 'a']
['c', 'a', 'b', 'd']
['c', 'a', 'd', 'b']
['c', 'b', 'a', 'd']
['c', 'b', 'd', 'a']
['c', 'd', 'a', 'b']
['c', 'd', 'b', 'a']
['d', 'a', 'b', 'c']
['d', 'a', 'c', 'b']
['d', 'b', 'a', 'c']
['d', 'b', 'c', 'a']
['d', 'c', 'a', 'b']
['d', 'c', 'b', 'a']

Этот алгоритм является наиболее эффективным, он избегает передачи массивов и манипуляций при рекурсивных вызовах, работает в Python 2, 3:

def permute(items):
    length = len(items)
    def inner(ix=[]):
        do_yield = len(ix) == length - 1
        for i in range(0, length):
            if i in ix: #avoid duplicates
                continue
            if do_yield:
                yield tuple([items[y] for y in ix + [i]])
            else:
                for p in inner(ix + [i]):
                    yield p
    return inner()

Применение:

for p in permute((1,2,3)):
    print(p)

(1, 2, 3)
(1, 3, 2)
(2, 1, 3)
(2, 3, 1)
(3, 1, 2)
(3, 2, 1)

def pzip(c, seq):
    result = []
    for item in seq:
        for i in range(len(item)+1):
            result.append(item[i:]+c+item[:i])
    return result


def perm(line):
    seq = [c for c in line]
    if len(seq) <=1 :
        return seq
    else:
        return pzip(seq[0], perm(seq[1:]))

ДРУГОЙ ПОДХОД (без библиотек)

def permutation(input):
    if len(input) == 1:
        return input if isinstance(input, list) else [input]

    result = []
    for i in range(len(input)):
        first = input[i]
        rest = input[:i] + input[i + 1:]
        rest_permutation = permutation(rest)
        for p in rest_permutation:
            result.append(first + p)
    return result

Ввод может быть строкой или списком

print(permutation('abcd'))
print(permutation(['a', 'b', 'c', 'd']))

Отказ от ответственности: бесформенный плагин от автора пакета. :)

Пакет trotter отличается от большинства реализаций тем, что он генерирует псевдо-списки, которые на самом деле не содержат перестановок, а скорее описывают сопоставления между перестановками и соответствующими позициями в упорядочении, что позволяет работать с очень большими «списками» перестановок, как показано в этой демонстрации, которая выполняет довольно мгновенные операции и поиск в псевдосписке, «содержащем» все перестановки букв в алфавите, без использования большего количества памяти или обработки, чем обычная веб-страница.

В любом случае, чтобы сформировать список перестановок, мы можем сделать следующее.

import trotter

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

print(my_permutations)

for p in my_permutations:
    print(p)

Вывод:

Псевдо-список, содержащий 6 3-перестановок из [1, 2, 3].
[1, 2, 3]
[1, 3, 2]
[3, 1, 2]
[3, 2, 1]
[2, 3, 1]
[2, 1, 3]

Генерация всех возможных перестановок

Я использую python3.4:

def calcperm(arr, size):
    result = set([()])
    for dummy_idx in range(size):
        temp = set()
        for dummy_lst in result:
            for dummy_outcome in arr:
                if dummy_outcome not in dummy_lst:
                    new_seq = list(dummy_lst)
                    new_seq.append(dummy_outcome)
                    temp.add(tuple(new_seq))
        result = temp
    return result

Тестовые случаи:

lst = [1, 2, 3, 4]
#lst = ["yellow", "magenta", "white", "blue"]
seq = 2
final = calcperm(lst, seq)
print(len(final))
print(final)

Чтобы сэкономить много часов на поиске и экспериментировании, вот решение для нерекурсивных перестановок в Python, которое также работает с Numba (начиная с версии 0.41):

@numba.njit()
def permutations(A, k):
    r = [[i for i in range(0)]]
    for i in range(k):
        r = [[a] + b for a in A for b in r if (a in b)==False]
    return r
permutations([1,2,3],3)
[[1, 2, 3], [1, 3, 2], [2, 1, 3], [2, 3, 1], [3, 1, 2], [3, 2, 1]]

Чтобы произвести впечатление о производительности:

%timeit permutations(np.arange(5),5)

243 µs ± 11.1 µs per loop (mean ± std. dev. of 7 runs, 1 loop each)
time: 406 ms

%timeit list(itertools.permutations(np.arange(5),5))
15.9 µs ± 8.61 ns per loop (mean ± std. dev. of 7 runs, 100000 loops each)
time: 12.9 s

Так что используйте эту версию, только если вам нужно вызывать ее из функции njoted, в противном случае предпочтите реализацию itertools.

Я вижу много итераций внутри этих рекурсивных функций, не совсем чистых рекурсия ...

так что для тех из вас, кто не может соблюдать даже один цикл, вот грубое, совершенно ненужное полностью рекурсивное решение

def all_insert(x, e, i=0):
    return [x[0:i]+[e]+x[i:]] + all_insert(x,e,i+1) if i<len(x)+1 else []

def for_each(X, e):
    return all_insert(X[0], e) + for_each(X[1:],e) if X else []

def permute(x):
    return [x] if len(x) < 2 else for_each( permute(x[1:]) , x[0])


perms = permute([1,2,3])

Другое решение:

def permutation(flag, k =1 ):
    N = len(flag)
    for i in xrange(0, N):
        if flag[i] != 0:
            continue
        flag[i] = k 
        if k == N:
            print flag
        permutation(flag, k+1)
        flag[i] = 0

permutation([0, 0, 0])

Мое решение Python:

def permutes(input,offset):
    if( len(input) == offset ):
        return [''.join(input)]

    result=[]        
    for i in range( offset, len(input) ):
         input[offset], input[i] = input[i], input[offset]
         result = result + permutes(input,offset+1)
         input[offset], input[i] = input[i], input[offset]
    return result

# input is a "string"
# return value is a list of strings
def permutations(input):
    return permutes( list(input), 0 )

# Main Program
print( permutations("wxyz") )

def permutation(word, first_char=None):
    if word == None or len(word) == 0: return []
    if len(word) == 1: return [word]

    result = []
    first_char = word[0]
    for sub_word in permutation(word[1:], first_char):
        result += insert(first_char, sub_word)
    return sorted(result)

def insert(ch, sub_word):
    arr = [ch + sub_word]
    for i in range(len(sub_word)):
        arr.append(sub_word[i:] + ch + sub_word[:i])
    return arr


assert permutation(None) == []
assert permutation('') == []
assert permutation('1')  == ['1']
assert permutation('12') == ['12', '21']

print permutation('abc')

Вывод: ['abc', 'acb', 'bac', 'bca', 'cab', 'cba']

С помощью Counter

from collections import Counter

def permutations(nums):
    ans = [[]]
    cache = Counter(nums)

    for idx, x in enumerate(nums):
        result = []
        for items in ans:
            cache1 = Counter(items)
            for id, n in enumerate(nums):
                if cache[n] != cache1[n] and items + [n] not in result:
                    result.append(items + [n])

        ans = result
    return ans
permutations([1, 2, 2])
> [[1, 2, 2], [2, 1, 2], [2, 2, 1]]