Как сгенерировать все перестановки списка?

Для этого в стандартной библиотеке есть функция: itertools.permutations.

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

Если по какой-то причине вы хотите реализовать это самостоятельно или вам просто интересно узнать, как это 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 новее:

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

(возвращается как генератор. Используйте list(permutations(l)) для возврата в виде списка.)

Следующий код ТОЛЬКО для Python 2.6 и выше

Сначала импортируйте 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 одним итератором и самим 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[: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])

Выход:

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

Поскольку я меняю местами содержимое списка, в качестве входных данных требуется изменяемый тип последовательности. Например. perm(list("ball")) будет работать, а perm("ball") - нет, 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 заданного списка на месте, реализованную как генератор. Поскольку он возвращает только ссылки на список, список не следует изменять вне генератора. Решение нерекурсивное, поэтому использует мало памяти. Также хорошо работать 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

На мой взгляд, вполне очевидный способ:

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

Выход:

[
    [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 факториальной системе счисления. Для списка длины n вы можете собрать каждую перестановку элемент за элементом, выбирая из элементов, оставшихся на каждом этапе. У вас есть n вариантов для первого элемента, n-1 для второго и только один для последнего, поэтому вы можете использовать цифры числа в факториальной системе счисления 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))

выход:

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

Этот метод нерекурсивен, но на моем компьютере он немного медленнее, и xrange выдает ошибку, когда n! слишком велик для преобразования в длинное целое число C (для меня n = 13). Этого было достаточно, когда мне это было нужно, но это далеко не itertools.permutations.

Штатная реализация (без выхода - все сделаю 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

Реализация доходности:

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 перебрать все элементы в массиве для 1-й позиции, а затем во 2-й позиции перебрать все остальные элементы без выбранного элемента для 1-й и т. Д. Вы можете сделать это с помощью рекурсии , где критерием остановки является массив из 1 элемента - и в этом случае вы возвращаете этот массив.

Обратите внимание, что этот алгоритм имеет n factorial временную сложность, где n - длина входного списка.

Распечатайте результаты на ходу:

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])

Выход:

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

Действительно, можно перебирать 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 на len(elements) <= 1 вместо 0. Он также намного более эффективен с точки зрения памяти, поскольку использует функцию генератора (через yield), как в решении Риккардо Рейеса.

Это вдохновлено реализацией Haskell, использующей понимание списков:

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

Что касается производительности, это решение для numpy, вдохновленное Knuth, ( 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, :]

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

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

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

В любом случае, чтобы сгенерировать 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)

Выход:

A pseudo-list containing 6 3-permutations of [1, 2, 3].
[1, 2, 3]
[1, 3, 2]
[3, 1, 2]
[3, 2, 1]
[2, 3, 1]
[2, 1, 3]

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']))

Вот алгоритм, который работает со списком без создания новых промежуточных списков, подобных 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 этот код 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()

Использование:

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)

Сгенерируйте все возможные перестановки

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 примеры:

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

Чтобы сэкономить вам часы поиска и экспериментов, 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 составить 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

Поэтому используйте эту версию только в том случае, если вам нужно вызвать ее из функции njitted, в противном случае предпочтите реализацию itertools.

Я вижу, что внутри этих рекурсивных функций происходит много итераций, а не совсем чистая рекурсия ...

поэтому 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])

В любом случае мы могли бы использовать библиотеку sympy, а также поддержку перестановок мультимножества

import sympy
from sympy.utilities.iterables import multiset_permutations
t = [1,2,3]
p = list(multiset_permutations(t))
print(p)

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

Ответ очень вдохновлен Получить все перестановки массива numpy

Это асимптотически оптимальный способ O (n * n!) Генерации перестановок после начальной сортировки.

Нет! перестановок не более, а hasNextPermutation (..) выполняется за O (n) временную сложность

За 3 шага

1. Найдите наибольшее j такое, что a [j] можно увеличить
2. Увеличьте a [j] на минимально возможную величину
3. Найдите лексикографически наименьший способ расширить новый a [0..j]

'''
Lexicographic permutation generation

consider example array state of [1,5,6,4,3,2] for sorted [1,2,3,4,5,6]
after 56432(treat as number) ->nothing larger than 6432(using 6,4,3,2) beginning with 5
so 6 is next larger and 2345(least using numbers other than 6)
so [1, 6,2,3,4,5]
'''
def hasNextPermutation(array, len):
    ' Base Condition '
    if(len ==1):
        return False
    '''
    Set j = last-2 and find first j such that a[j] < a[j+1]
    If no such j(j==-1) then we have visited all permutations
    after this step a[j+1]>=..>=a[len-1] and a[j]<a[j+1]

    a[j]=5 or j=1, 6>5>4>3>2
    '''
    j = len -2
    while (j >= 0 and array[j] >= array[j + 1]):
        j= j-1
    if(j==-1):
        return False
    # print(f"After step 2 for j {j}  {array}")
    '''
    decrease l (from n-1 to j) repeatedly until a[j]<a[l]
    Then swap a[j], a[l]
    a[l] is the smallest element > a[j] that can follow a[l]...a[j-1] in permutation
    before swap we have a[j+1]>=..>=a[l-1]>=a[l]>a[j]>=a[l+1]>=..>=a[len-1]
    after swap -> a[j+1]>=..>=a[l-1]>=a[j]>a[l]>=a[l+1]>=..>=a[len-1]

    a[l]=6 or l=2, j=1 just before swap [1, 5, 6, 4, 3, 2] 
    after swap [1, 6, 5, 4, 3, 2] a[l]=5, a[j]=6
    '''
    l = len -1
    while(array[j] >= array[l]):
        l = l-1
    # print(f"After step 3 for l={l}, j={j} before swap {array}")
    array[j], array[l] = array[l], array[j]
    # print(f"After step 3 for l={l} j={j} after swap {array}")
    '''
    Reverse a[j+1...len-1](both inclusive)

    after reversing [1, 6, 2, 3, 4, 5]
    '''
    array[j+1:len] = reversed(array[j+1:len])
    # print(f"After step 4 reversing {array}")
    return True

array = [1,2,4,4,5]
array.sort()
len = len(array)
count =1
print(array)
'''
The algorithm visits every permutation in lexicographic order
generating one by one
'''
while(hasNextPermutation(array, len)):
    print(array)
    count = count +1
# The number of permutations will be n! if no duplicates are present, else less than that
# [1,4,3,3,2] -> 5!/2!=60
print(f"Number of permutations: {count}")

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']

Использование 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]]

def permuteArray (arr):

    arraySize = len(arr)

    permutedList = []

    if arraySize == 1:
        return [arr]

    i = 0

    for item in arr:

        for elem in permuteArray(arr[:i] + arr[i + 1:]):
            permutedList.append([item] + elem)

        i = i + 1    

    return permutedList

Я намеревался не исчерпать все возможности новой линейки, чтобы сделать ее в какой-то мере уникальной.

на случай, если кому-то понравится этот уродливый однострочник (хотя работает только для строк):

def p(a):
    return a if len(a) == 1 else [[a[i], *j] for i in range(len(a)) for j in p(a[:i] + a[i + 1:])]

для Python мы можем использовать itertools и импортировать как перестановки, так и комбинации, чтобы решить вашу проблему

from itertools import product, permutations
A = ([1,2,3])
print (list(permutations(sorted(A),2)))