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生成指定长度的0-1二进制对称数组:基于x构造2x维全组合矩阵

2026-01-16 13:27:42 0浏览 收藏

各位小伙伴们,大家好呀!看看今天我又给各位带来了什么文章?本文标题《生成指定长度的0-1二进制对称数组:基于x构造2x维全组合矩阵》,很明显是关于文章的文章哈哈哈,其中内容主要会涉及到等等,如果能帮到你,觉得很不错的话,欢迎各位多多点评和分享!

生成指定长度的0-1二进制对称数组:基于x构造2x维全组合矩阵

本文介绍如何使用NumPy与itertools高效生成长度为2x的二进制数组,每行前x位与后x位互为按位取反,从而获得所有唯一排列组合。

要生成满足条件的 2x 维二进制数组(即每行含 2x 个元素,且后 x 位是前 x 位的逐位逻辑非),核心思想是:先枚举所有长度为 x 的0-1序列,再将每个序列与其按位取反拼接成一行

这恰好对应 x 位二进制数的全部 2^x 种可能——例如 x=2 时有 00, 01, 10, 11;对每个序列 a,构造 [a, 1-a] 即得长度为 4 的完整行。

✅ 推荐实现(简洁、可读、高效):

import numpy as np
from itertools import product

def binary_symmetric_matrix(x):
    # 生成所有长度为 x 的 0-1 元组
    base_rows = list(product([0, 1], repeat=x))
    # 转为 NumPy 数组 (2^x, x)
    a = np.array(base_rows, dtype=int)
    # 拼接:前x列为 a,后x列为 1-a(逐元素取反)
    return np.column_stack([a, 1 - a])

# 示例:x = 2
print(binary_symmetric_matrix(2))
# 输出:
# [[0 0 1 1]
#  [0 1 1 0]
#  [1 0 0 1]
#  [1 1 0 0]]

# 示例:x = 3
print(binary_symmetric_matrix(3))
# 输出 8 行 × 6 列数组,每行形如 [a0,a1,a2,1-a0,1-a1,1-a2]

⚠️ 注意事项:

  • 原问题示例输出中 x=2 的结果为 [[1 0 1 0], [1 0 0 1], ...],其形式实为「前x位任意,后x位为前x位的 镜像重排」,但结合 x=3 示例可确认:实际规律是「后x位 = 前x位按位取反」(如 [1,0] → [1,0,0,1]),而非位置翻转或其它映射。上述实现严格满足该数学定义。
  • itertools.product([0,1], repeat=x) 时间复杂度为 O(2ˣ),适用于 x ≤ 20 左右;若 x 极大(如 > 24),需考虑内存限制,建议改用生成器或分块处理。
  • 若需结果按特定顺序(如字典序、格雷码)排列,可在 base_rows 生成后调用 sorted() 或自定义排序逻辑。

? 总结:该方法以清晰的组合逻辑替代暴力枚举,借助 product + np.column_stack 实现零循环向量化构建,兼顾可读性与性能,是处理此类对称二进制结构的标准实践。

文中关于的知识介绍,希望对你的学习有所帮助!若是受益匪浅,那就动动鼠标收藏这篇《生成指定长度的0-1二进制对称数组:基于x构造2x维全组合矩阵》文章吧,也可关注golang学习网公众号了解相关技术文章。

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