检查列表中所有元素是否相同

Question

我需要一个函数，这个函数接收一个 list（列表），如果列表中的所有元素都相等，就返回 True，否则返回 False。

我觉得最好的方法是遍历这个列表，比较相邻的元素，然后把所有得到的布尔值用 AND 连接起来。但我不太确定用Python的方式怎么做最合适。

Answer 1

[编辑：这个回答是针对目前投票最高的 itertools.groupby 答案的，那个答案也很好。]

在不重写程序的情况下，最有效率且最易读的方法如下：

all(x==myList[0] for x in myList)

（是的，这个方法即使在空列表的情况下也能工作！这是因为在这种情况下，Python 采用了懒惰求值的方式。）

这个方法会在最早的时刻就失败，所以它在理论上是最优的（预期时间大约是 O(#uniques)，而不是 O(N)，但最坏情况下的时间仍然是 O(N)）。这假设你之前没有见过这些数据……

（如果你在意性能，但又不是特别在意，你可以先做一些常规的优化，比如把 myList[0] 这个常量提到循环外面，并为边界情况添加一些复杂的逻辑，虽然这可能是 Python 编译器最终会学会做的事情，所以除非绝对必要，不然不建议这样做，因为这样会降低可读性，收益却很小。）

如果你对性能稍微在意一点，这个方法比上面的快一倍，但稍微复杂一些：

def allEqual(iterable):
    iterator = iter(iterable)
    
    try:
        firstItem = next(iterator)
    except StopIteration:
        return True
        
    for x in iterator:
        if x!=firstItem:
            return False
    return True

如果你对性能要求更高（但又不想重写程序），可以使用目前投票最高的 itertools.groupby 答案，这个方法比 allEqual 快一倍，因为它可能是经过优化的 C 代码。（根据文档，它应该（和这个答案类似）没有任何内存开销，因为懒惰生成器从未被评估为列表……这可能让人担心，但伪代码显示分组的“列表”实际上是懒惰生成器。）

如果你对性能要求更高，请继续阅读……

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关于性能的附注，因为其他答案出于某种未知原因在讨论这个：

……如果你之前见过这些数据，并且可能使用某种集合数据结构，并且你真的很在意性能，你可以通过在你的结构中增加一个 Counter 来免费获得 .isAllEqual()，这个 Counter 会在每次插入/删除等操作时更新，只需检查它是否是 {something:someCount} 的形式，即 len(counter.keys())==1；或者你可以在一个单独的变量中保持一个 Counter。这证明比其他任何方法都要好，最多只差一个常数因子。 也许你还可以使用 Python 的 FFI 和 ctypes，结合你选择的方法，或许还可以用一些启发式的方法（比如如果是一个有 getitem 的序列，先检查第一个元素、最后一个元素，然后再按顺序检查元素）。

当然，可读性也是很重要的。

Answer 2

一种比使用set()更快的方法，适用于序列（而不是可迭代对象），就是简单地统计第一个元素的数量。这假设列表不是空的（不过这很容易检查，你可以自己决定如果列表是空的该怎么处理）。

x.count(x[0]) == len(x)

一些简单的基准测试：

>>> timeit.timeit('len(set(s1))<=1', 's1=[1]*5000', number=10000)
1.4383411407470703
>>> timeit.timeit('len(set(s1))<=1', 's1=[1]*4999+[2]', number=10000)
1.4765670299530029
>>> timeit.timeit('s1.count(s1[0])==len(s1)', 's1=[1]*5000', number=10000)
0.26274609565734863
>>> timeit.timeit('s1.count(s1[0])==len(s1)', 's1=[1]*4999+[2]', number=10000)
0.25654196739196777

Answer 3

使用 itertools.groupby（可以参考 这个 itertools 的食谱）：

from itertools import groupby

def all_equal(iterable):
    g = groupby(iterable)
    return next(g, True) and not next(g, False)

或者不使用 groupby：

def all_equal(iterator):
    iterator = iter(iterator)
    try:
        first = next(iterator)
    except StopIteration:
        return True
    return all(first == x for x in iterator)

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你可以考虑一些其他的简单方法：

1. 把输入转换成一个集合，然后检查这个集合里只有一个或零个（如果输入是空的）元素

   def all_equal2(iterator):
       return len(set(iterator)) <= 1
   

2. 把输入列表的第一个元素去掉后进行比较

   def all_equal3(lst):
       return lst[:-1] == lst[1:]
   

3. 计算第一个元素在列表中出现了多少次

   def all_equal_ivo(lst):
       return not lst or lst.count(lst[0]) == len(lst)
   

4. 和一个重复了第一个元素的列表进行比较

   def all_equal_6502(lst):
       return not lst or [lst[0]]*len(lst) == lst
   

不过这些方法也有一些缺点，具体来说：

1. all_equal 和 all_equal2 可以使用任何迭代器，但其他方法必须输入一个序列，通常是像列表或元组这样的具体容器。
2. all_equal 和 all_equal3 一旦发现不同就会停止（这叫做“短路”），而其他方法需要遍历整个列表，即使你只看前两个元素就能判断答案是 False。
3. 在 all_equal2 中，内容必须是 可哈希的。比如说，列表里面再放列表会引发 TypeError。
4. all_equal2（在最坏的情况下）和 all_equal_6502 会创建列表的副本，这意味着你需要使用双倍的内存。

在 Python 3.9 中，使用 perfplot，我们得到了这些时间（运行时间越低越好）：