Python 快速随机配对置换

我需要为整数（索引）的有序数组生成一个随机配对排列。例如，对于

N=10

，输入数组如下所示：

[0 1 2 3 4 5 6 7 8 9]

有效的随机配对排列为：

[7 8 6 5 9 3 2 0 1 4]

请注意，索引是随机配对的，即：如果元素

0

（输入数组）与

7

（排列数组中的

0

th位置）配对，则元素

7

（输入数组）与

0

（排列数组中的

7

th位置）配对，以此类推。 输入数组中的任何元素都不能与其自身配对，即这不是有效的排列：

[7 1 6 5 9 3 2 0 8 4]

因为元素

1

和

8

处于其“索引”位置。这与SO中已多次涉及的主题有关：

我不确定如何（如果）使用上面列出的任何答案对我有利。 下面的代码满足我的需要，但对于较大的

N

值，它会变得非常慢。我需要对

N~1500

执行数千次此操作，这意味着此方法没有用处

我肯定有更聪明的方法来做这件事

N = 10
idxs = np.arange(N)

# Generate a shuffled array
input_idxs = idxs.copy()
np.random.shuffle(input_idxs)

# Empty array to store the final randomly paired indexes
shuffled_idxs = np.zeros(N, dtype=int)

used_idxs = []
for i in idxs:
    if i not in used_idxs:
        for j in input_idxs:
            if j not in used_idxs:
                if j != i:
                    shuffled_idxs[i] = j
                    shuffled_idxs[j] = i
                    used_idxs.append(i)
                    used_idxs.append(j)
                    break

---

互换配对意味着N始终是偶数。如果是这种情况，那么您可以抽取一半索引的样本，并将它们与剩余索引的无序列表配对：

import random
def randomPairs(N):
    result = [None] * N
    A  = random.sample(range(N),N//2)
    B  = random.sample(list(set(range(N))-set(A)),N//2)
    for a,b in zip(A,B):
        result[a] = b
        result[b] = a
    return result

for _ in range(10):
    print(randomPairs(6))

[4, 3, 5, 1, 0, 2]
[5, 4, 3, 2, 1, 0]
[5, 3, 4, 1, 2, 0]
[2, 3, 0, 1, 5, 4]
[3, 2, 1, 0, 5, 4]
[2, 3, 0, 1, 5, 4]
[4, 2, 1, 5, 0, 3]
[3, 4, 5, 0, 1, 2]
[2, 3, 0, 1, 5, 4]
[1, 0, 3, 2, 5, 4]

性能

# 1000 shuffles of 1500 elements in pairs
def test1():
    for _ in range(1000):
        randomPairs(1500)
        
from timeit import timeit
count = 1

t = timeit(test1,number=count)
print(t) # 1.12 seconds

[编辑]一个稍微快一点的解决方案是洗牌所有索引，并在洗牌列表中每隔一个位置与下一个位置配对：

import random
def randomPairs(N):
    result = [None] * N
    A  = random.sample(range(N),N)
    for a,b in zip(A[::2],A[1::2]):
        result[a] = b
        result[b] = a
    return result

---

为了确保我理解正确：您的目标是随机交换列表中的元素，要求每个数字只交换一次，对吗？我想您可以这样想。主要的一点是，随机交换必须成对进行。