如何使用 Java 8 流制作笛卡尔产品？

java cartesian-product java-8 java-stream

2022-08-31 22:32:11

我有以下集合类型：

Map<String, Collection<String>> map;

我想从集合中每个键的单个值创建每个值的唯一组合。map.size()

例如，假设地图如下所示：

A, {a1, a2, a3, ..., an}
B, {b1, b2, b3, ..., bn}
C, {c1, c2, c3, ..., cn}

我想得到的结果将是一个结果，看起来类似于（排序并不重要，它只需要一个由所有可能的组合组成的“完整”结果）：List<Set<String>>

{a1, b1, c1},
{a1, b1, c2},
{a1, b1, c3},
{a1, b2, c1},
{a1, b2, c2},
{a1, b2, c3},
...
{a2, b1, c1},
{a2, b1, c2},
...
{a3, b1, c1},
{a3, b1, c2},
...
{an, bn, cn}

这基本上是一个计数问题，但我想看看使用Java 8流是否可以找到解决方案。

答案 1

您可以使用递归链解决此问题。flatMap

首先，由于我们需要通过映射值来回移动，因此最好将它们复制到（这不是深度副本，在您的情况下，它只有3个元素，因此额外的内存使用率很低）。ArrayListArrayList

其次，为了维护以前访问过的元素的前缀，让我们创建一个帮助器不可变类：Prefix

private static class Prefix<T> {
    final T value;
    final Prefix<T> parent;

    Prefix(Prefix<T> parent, T value) {
        this.parent = parent;
        this.value = value;
    }

    // put the whole prefix into given collection
    <C extends Collection<T>> C addTo(C collection) {
        if (parent != null)
            parent.addTo(collection);
        collection.add(value);
        return collection;
    }
}

这是一个非常简单的不可变链表，可以这样使用：

List<String> list = new Prefix<>(new Prefix<>(new Prefix<>(null, "a"), "b"), "c")
                          .addTo(new ArrayList<>()); // [a, b, c];

接下来，让我们创建链接 flatMaps 的内部方法：

private static <T, C extends Collection<T>> Stream<C> comb(
        List<? extends Collection<T>> values, int offset, Prefix<T> prefix,
        Supplier<C> supplier) {
    if (offset == values.size() - 1)
        return values.get(offset).stream()
                     .map(e -> new Prefix<>(prefix, e).addTo(supplier.get()));
    return values.get(offset).stream()
            .flatMap(e -> comb(values, offset + 1, new Prefix<>(prefix, e), supplier));
}

看起来像递归，但它更复杂：它不直接调用自己，而是传递了调用外部方法的lambda。参数：

值：原始值（在您的情况下）。Listnew ArrayList<>(map.values)
偏移量：此列表中的当前偏移量
前缀：长度偏移量的当前前缀（或 if ）。它包含集合中当前选定的元素，直到。nulloffset == 0list.get(0)list.get(1)list.get(offset-1)
supplier：创建结果集合的工厂方法。

当我们到达值列表（）的末尾时，我们使用供应商将最后一个集合的元素从值映射到最终组合。否则，我们对每个中间元素使用what来放大前缀，并为下一个偏移量再次调用该方法。offset == values.size() - 1flatMapcomb

最后，下面是使用此功能的公共方法：

public static <T, C extends Collection<T>> Stream<C> ofCombinations(
        Collection<? extends Collection<T>> values, Supplier<C> supplier) {
    if (values.isEmpty())
        return Stream.empty();
    return comb(new ArrayList<>(values), 0, null, supplier);
}

用法示例：

Map<String, Collection<String>> map = new LinkedHashMap<>(); // to preserve the order
map.put("A", Arrays.asList("a1", "a2", "a3", "a4"));
map.put("B", Arrays.asList("b1", "b2", "b3"));
map.put("C", Arrays.asList("c1", "c2"));

ofCombinations(map.values(), LinkedHashSet::new).forEach(System.out::println);

我们再次收集单个组合以保持顺序。您可以使用任何其他集合（例如）。LinkedHashSetArrayList::new

答案 2

Java 8 中的笛卡尔积与 forEach：

List<String> listA = Arrays.asList("0", "1");
List<String> listB = Arrays.asList("a", "b");

List<String> cartesianProduct = new ArrayList<>();
listA.forEach(a -> listB.forEach(b -> cartesianProduct.add(a + b)));

System.out.println(cartesianProduct);
// Output: [0a, 0b, 1a, 1b]