如何生成列表的所有排列？

Question

如何生成列表的所有排列？ 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

递归之美：

>>> 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']

Answer 2

另一种方法（没有库）

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

输入可以是字符串或列表

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

Answer 3

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)

Answer 4

这是初始排序后生成排列的渐近最优方式 O(n*n!)。

有n个！ 最多排列，hasNextPermutation(..) 的运行时间复杂度为 O(n)

分 3 步，

1. 找到最大的 j，使得 a[j] 可以增加
2. 将 a[j] 增加最小可行量
3. 找到字典上最少的方法扩展新的 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}")

Answer 5

无论如何，我们可以使用 sympy 库，也支持多集排列

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]]

答案深受 获取 numpy 数组的所有排列

Answer 6

另一个解决方案：

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])

Answer 7

为了节省大家可能的搜索和实验时间，这里是 Python 中的非递归排列解决方案，它也适用于 Numba（从 v. 0.41 开始）：

@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]]

为了给大家留下关于性能的印象：

%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

因此，仅当您必须调用时才使用此版本它来自 njitted 函数，否则更喜欢 itertools 实现。

Answer 8

我看到这些递归函数内部发生了很多迭代，而不是完全纯粹递归......

所以对于那些甚至无法遵守单个循环的人来说，这里有一个粗鲁的、完全不必要的完全递归解决方案

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])

Answer 9

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:]))

Answer 10

生成

我正在使用 python3.4 的所有可能的排列：

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

测试用例：

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

Answer 11

这是一种在列表上运行的算法，无需创建新的中间列表，类似于 https://stackoverflow.com/a/108651 中 Ber 的解决方案/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

您可以在这里亲自尝试代码：http://repl.it/J9v

Answer 12

该算法是最有效的一种，它避免了递归调用中的数组传递和操作，适用于 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()

用法：

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)

Answer 13

如果你不想使用内置方法，例如：

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

你可以自己实现 permute 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'}

Answer 14

免责声明：软件包作者无耻的插件。 :)

trotter 包与大多数实现不同，因为它生成的伪列表实际上并不包含排列，而是描述排列与排序中相应位置之间的映射，从而可以处理非常大的排列“列表”，如 这个演示，它在“包含”字母表中字母的所有排列的伪列表中执行非常即时的操作和查找，而不使用比典型网络更多的内存或处理页。

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：

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]

Answer 15

为了性能，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)) 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

这是受到使用列表理解的 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

人们确实可以迭代每个排列的第一个元素，就像 tzwenn 的答案一样。 然而，以这种方式编写此解决方案的效率更高：

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

此解决方案的速度大约快 30%，这显然要归功于以 len(elements) <= 1 结束的递归，而不是 0< /代码>。
它的内存效率也更高，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 18

请注意，该算法的时间复杂度为 n 阶乘，其中 n 是输入列表的长度

打印运行结果：

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()    

示例：

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 19

功能性风格

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 20

常规实现（无yield - 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

yield 实现：

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一个位置的所有元素，然后在第二个位置遍历所有其余元素，而无需选择第一个元素，等等。您可以使用递归来执行此操作，其中停止条件是获取包含 1 个元素的数组 - 在这种情况下您将返回该数组。

Answer 21

该解决方案实现了一个生成器，以避免将所有排列保存在内存中：

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 22

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])

称为：

permutations('abc')

Answer 23

#!/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")) 可以工作，而 perm("ball") 则不行，因为您无法更改字符串。

此 Python 实现的灵感来自于 Horowitz、Sahni 和 Rajasekeran 所著的《Computer Algorithms》一书中提出的算法。

Answer 24

对于 Python 2.6 及以上：

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

这将作为生成器返回。 使用 list(permutations(xs)) 以列表形式返回。

Answer 25

首先，导入 itertools：

import itertools

排列（顺序很重要）：

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（具有多个可迭代对象）：

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)]

笛卡尔积（具有一个可迭代对象及其自身）：

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 26

使用 itertools.permutations 标准库：

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

---

改编自此处演示了itertools.permutations 可能会被实现：

def permutations(elements):
    if len(elements) <= 1:
        yield elements
        return
    for perm in permutations(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:]

itertools.permutations 的文档中列出了几种替代方法。 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 27

我使用了基于阶乘数字系统的算法 - 对于长度为 n 的列表，您可以组合每个排列逐项进行，从每个阶段留下的项目中进行选择。 第一项有 n 个选择，第二项有 n-1 个选择，最后一项只有一个选择，因此可以使用阶乘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]]

此方法是非递归的，但在我的计算机上稍微慢一些，并且当 n! 时 xrange 会引发错误 太大而无法转换为 C 长整数（对我来说 n=13）。 当我需要它时它就足够了，但它远不是 itertools.permutations 。

Answer 28

在我看来，一个非常明显的方式也可能是：

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 29

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 30

以下代码是给定列表的就地排列，作为生成器实现。 由于它只返回对列表的引用，因此不应在生成器之外修改列表。
该解决方案是非递归的，因此使用的内存较少。 也可以很好地处理输入列表中元素的多个副本。

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