创建给定变量集的所有可能排列

Question

我遇到了与反向翻译有关的问题。
问题本身可以表述为：给定 20 个唯一字母（对应 20 个氨基酸）的字符集，每个字母由 3 个字符组成的代码生成[A、T、G、C 中的任意 3 个]。生成编码给定氨基酸序列/字符串的所有可能的核苷酸序列。
20 种氨基酸有 64 种可能的核苷酸 [ATGC] 组合。 例如：赖氨酸，用字母K表示，由两个三联体（=密码子）AAA和GAA编码。

正向翻译很好，因为我可以将三联体映射到氨基酸密码，但问题在于反向翻译，其中三联体的各种组合是可能的，因为大多数氨基酸可以由多个密码子编码。

这是我的程序的基本框架：

 //Map all Amino Acids with their corresponding codons.
std::map<std::string, string, std::less<std::string> >  somevar;
somevar["K"]="AAA|GAA";......so on.

//Take input in string of Amino Acid single letter codes.
//Split each Amino acid into corresponding codons using stringstream
while(std::getline(ss, token, '|')){}

//Store the values in vector.

第一个问题：由于我不知道输入字符串的大小，我需要动态向量数组或向量向量。 （简单地说，如果发生类似 KK 的情况，将有两个数组类型变量存储 KK 的所有三元组。）有没有办法消除这种冗余（直接查看某个表）？

//Pass the arrays to a function which will return all possible permutations.

第二个问题：在解决了第一个问题后，我想用给定的氨基酸串创建所有可能的核苷酸序列组合。（即，从每个新创建的数组（集合）派生的所有可能组合）。
KK 会导致：AAAGAA,AAAAAA,GAAAAA,GAAGAA。

唯一的限制是复杂度应该是〜O（n ^ 2），我想知道我是否可以递归地做到这一点，或者C ++中是否有一些内置函数/库可以帮助我生成所有给定（变量）数据集的可能排列。

编辑：另一个例子 假设随机字母 A 有 3 个密码子，字母 Y 有 5 个密码子，那么组合的总数将为 3*5。

如果 M=AAT,ATA 且 N=GTT,AGT,TGT，则结果将为 1)AATGTT,2)ATAGTT,3)ATAGT,4)AATTGT,5)ATAAGT,6)ATATGT

Answer 1

以下可能会有所帮助：

std::vector<std::string> translate(const std::vector<std::string>& v,
                                const std::map<std::string, std::vector<std::string>>& mapping)
{
    if (v.empty()) {
        return {};
    }
    std::vector<std::string> res = {""};

    for (const auto& s : v) {
        std::vector<std::string> tmp;

        for (const auto& seq : mapping.at(s)) {
            for (const auto& old: res) {
                tmp.push_back(old + seq);
            }
        }
        res = std::move(tmp);
    }
    return res;
}

与：

• v要翻译的序列
• mapping"K"和{"AAA", "GAA"}之间的映射

Live example

Answer 2

您真的想要获得所有排列（所有可能的密码子排序），还是所有可能的字母到密码子的翻译（更像是谐音替换）？

如果是后者，对于您的问题 2，如果所有字母都有 2 个可能的密码子（远大于 O(n^2)），则输出字符串的数量将为 O(2^n)。

您仍然可以使用递归函数相对简单地实现它（或者不使用，就像 @Jarod42 所做的那样）。

对于您的问题 1，我认为您的过程的输入实际上是一种存储输出的紧凑方式... 对于一个输入字符串，您的返回类型可以是 std::vector<std::string>，所以您可以为所有输出字符串选择 std::vector<std::vector<std::string> >？