Pythonでのシフト作成における入れ替え

Question

前提・実現したいこと

現在、シフト作成のプログラムを作成しています。
【手順】
・日にち、時間帯ごとにシフト希望をリスト化
・それを能力値順にソート
・ソートされたリストから必要人数分取る。（その際取られなかった人のリストを作っておく）
・各シフトに社員が最低１人いない場合、その日にち、時間帯で入れなかった社員をランダムで選んで、入っている人のランダムで入れ替える
・３連勤している人がいた場合、３連勤の真ん中の日にちをその日にち、時間帯で入れなかった人のランダムと入れ替える

このような手順なのですが、最後の２つが途中まででつまずいています。

該当のソースコード

#従業員=["能力値","シフト希望時間","役職","休む度合い","対応度合い","名前"]
#役職=["社員","アルバイト"]
#役職=[0,1]
#シフト希望時間=[11:00-17:00,17:00-22:00,11:00-22:00,"希望無し"]
#シフト希望時間=[0,1,2,9]

#aは社員
a=[5,[2,9,2,2,2],0,1,3,"a"]
#bは社員
b=[3,[2,2,2,9,2],0,1,3,"b"]
#cは主婦
c=[3,[0,0,0,0,9],1,2,1,"c"]
#dはフリーター
d=[4,[2,2,2,9,1],1,2,2,"d"]
#eは大学生（夕方）
e=[1,[1,1,9,1,1],1,1,3,"e"]
#fは大学生（朝）
f=[2,[9,2,9,2,0],1,1,2,"f"]

member=[a,b,c,d,e,f]

shift = []
gozen = []
gogo = []

for i in range(len(member[1][1])):
    for j in member:
        if j[1][i] == 0:
            gozen.append(j)
        elif j[1][i] == 1:
            gogo.append(j)
        elif j[1][i] == 2:
            gozen.append(j)
            gogo.append(j)
    shift.append([gozen, gogo])
    gozen = []
    gogo = []

print(shift[0][0]) #1日目の午前の希望
print(shift[0][1]) #1日目の午後の希望　
print(shift[1][0]) #2日目の午前の希望
print(shift[1][1]) #2日目の午後の希望
print(shift[2][0]) #3日目の午前の希望
print(shift[2][1]) #3日目の午後の希望
print(shift[3][0]) #4日目の午前の希望
print(shift[3][1]) #4日目の午後の希望
print(shift[4][0]) #5日目の午前の希望
print(shift[4][1]) #5日目の午後の希望
print(".............................................")


#必要人数
#1日目=[午前の必要人数,午後の必要人数]
d1=[3,3]
d2=[2,3]
d3=[3,2]
d4=[2,2]
d5=[2,3]

date=[d1,d2,d3,d4,d5]


for day in range(len(shift)):             #昇順のソート（能力値の低い順）               
    for am_pm in range(len(shift[day])):
        shift[day][am_pm].sort()
        print (shift[day][am_pm])        
                 
print(".............................................")


p=[]
q=[]
r=[]
for day in range(len(shift)):                                     #必要人数分取って入れなかった人を別のリストに入れる
    for am_pm in range(len(shift[day])):
        for i in range(len(shift[day][am_pm])-date[day][am_pm]):
             p.append(shift[day][am_pm][i])
             shift[day][am_pm].remove(shift[day][am_pm][i])     
        print (shift[day][am_pm])
        q.extend([p])
        p=[]
    r.extend([q])
    q=[]
print (r)
print(".............................................")


x=[]　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　#3連勤チェックは時間帯に関係なく日ごとなので、日ごとの午前、午後を一つにまとめる作業
y=[]
for day in range(len(shift)):                                     
    for am_pm in range(len(shift[day])):
        for i in range(len(shift[day][am_pm])):
            x.append(shift[day][am_pm][i][5])    
    y.extend([x])
    x = []

for i in range(len(y)):
    y[i] = list(set(y[i]))

print(y)
print(".............................................")


for i in range(3):　　　　　　　　　　　　　　　#3連勤している人の入れ替えのプログラム。途中の入れ替えからが困っています。
    for j in range(len(y[i])):
        if y[i+1][j] in y[i]:
            if y[i+1][j] in y[i+2]:
                 if shift[i+1][j] in shift[i+1]:
                    shift[i+1].append
                

                
for day in range(len(shift)):　　　　　　　　　#社員が各日にち、時間帯に最低１人はいるかのチェック。いなかった時の入れ替えのプログラムで困っています。
    for am_pm in range(len(shift[day])):
        person_list = []        
        for i in shift[day][am_pm]:
            person_list.append(i[2])            
        if 0 in person_list:
            print('社員います')
        else:
            print('社員いません')

発生している問題・エラーメッセージ

・各シフトに社員が最低１人いない場合、その日にち、時間帯で入れなかった社員をランダムで選んで、入っている人のランダムで入れ替える

・３連勤している人がいた場合、３連勤の真ん中の日にちをその日にち、時間帯で入れなかった人のランダムと入れ替える

この２つのプログラムの「各シフトに社員が最低１人いない場合」、「３連勤している人がいた場合」まではできたのですが「その日にち、時間帯で入れなかった社員をランダムで選んで、入っている人のランダムで入れ替える」と「３連勤の真ん中の日にちをその日にち、時間帯で入れなかった人のランダムと入れ替える」のプログラムがわからないです。

Comments

[Lhankor_Mhy]

「各シフトに社員が最低１人いない場合、その日にち、時間帯で入れなかった社員をランダムで選んで、入っている人のランダムで入れ替える」とのことですが、ここまで決まっているならコードになりませんか？
どの部分がわからないのでしょうか？
たとえば、「各シフトに社員が最低１人いない場合」がコードにできない、などと具体的にわからない部分を記載した方が回答がつくかもしれません。

何ができていて、何ができていないのか（何がわかっていて、何がわからないのか）を書きましょう
https://teratail.com/help/question-tips#questionTips3-5-2

Answer 1

#従業員=["能力値","シフト希望時間","役職","休む度合い","対応度合い","名前"]
#役職=["社員","アルバイト"]
#役職=[0,1]
#シフト希望時間=[11:00-17:00,17:00-22:00,11:00-22:00,"希望無し"]
#シフト希望時間=[0,1,2,9]

#aは社員
a=[5,[2,9,2,2,2],0,1,3,"a"]
#bは社員
b=[3,[2,2,2,9,2],0,1,3,"b"]
#cは主婦
c=[3,[0,0,0,0,9],1,3,1,"c"]
#dはフリーター
d=[4,[2,2,2,9,1],1,2,2,"d"]
#eは大学生（夕方）
e=[1,[1,1,9,1,1],1,1,3,"e"]
#fは大学生（朝）
f=[2,[9,2,9,2,0],1,3,2,"f"]

member=[a,b,c,d,e,f]

shift = []
gozen = []
gogo = []

#各日各時間帯ごとにシフト希望のリストを作る
for i in range(len(member[1][1])):
    for j in member:
        if j[1][i] == 0:
            gozen.append(j)
        elif j[1][i] == 1:
            gogo.append(j)
        elif j[1][i] == 2:
            gozen.append(j)
            gogo.append(j)
    shift.append([gozen, gogo])
    gozen = []
    gogo = []

print(shift[0][0]) #1日目の午前の希望
print(shift[0][1]) #1日目の午後の希望　
print(shift[1][0]) #2日目の午前の希望
print(shift[1][1]) #2日目の午後の希望
print(shift[2][0]) #3日目の午前の希望
print(shift[2][1]) #3日目の午後の希望
print(shift[3][0]) #4日目の午前の希望
print(shift[3][1]) #4日目の午後の希望
print(shift[4][0]) #5日目の午前の希望
print(shift[4][1]) #5日目の午後の希望
print(".............................................")


#必要人数
#1日目=[午前の必要人数,午後の必要人数]
d1=[3,3]
d2=[2,3]
d3=[3,2]
d4=[2,2]
d5=[2,3]

date=[d1,d2,d3,d4,d5]


for day in range(len(shift)):             #昇順のソート（能力値の低い順）               
    for am_pm in range(len(shift[day])):
        shift[day][am_pm].sort()
        print (shift[day][am_pm])        
                 
print(".............................................")


p=[]
q=[]
yasumi=[]
for day in range(len(shift)):                                     #必要人数分取って入れなかった人を別のリストに入れる
    for am_pm in range(len(shift[day])):
        for i in range(len(shift[day][am_pm])-date[day][am_pm]):
             p.append(shift[day][am_pm][i])
             shift[day][am_pm].remove(shift[day][am_pm][i])     
        print (shift[day][am_pm])
        q.extend([p])
        p=[]
    yasumi.extend([q])
    q=[]

Answer 2

#従業員=["能力値","シフト希望時間","役職","休む度合い","対応度合い","名前"]
#役職=["社員","アルバイト"]
#役職=[0,1]
#シフト希望時間=[11:00-17:00,17:00-22:00,11:00-22:00,"希望無し"]
#シフト希望時間=[0,1,2,9]

#aは社員
a=[5,[2,9,2,2,2],0,1,3,"a"]
#bは社員
b=[3,[2,2,2,9,2],0,1,3,"b"]
#cは主婦
c=[3,[0,0,0,0,9],1,3,1,"c"]
#dはフリーター
d=[4,[2,2,2,9,1],1,2,2,"d"]
#eは大学生（夕方）
e=[1,[1,1,9,1,1],1,1,3,"e"]
#fは大学生（朝）
f=[2,[9,2,9,2,0],1,3,2,"f"]

member=[a,b,c,d,e,f]

shift = []
gozen = []
gogo = []

#各日各時間帯ごとにシフト希望のリストを作る
for i in range(len(member[1][1])):
    for j in member:
        if j[1][i] == 0:
            gozen.append(j)
        elif j[1][i] == 1:
            gogo.append(j)
        elif j[1][i] == 2:
            gozen.append(j)
            gogo.append(j)
    shift.append([gozen, gogo])
    gozen = []
    gogo = []

print(shift[0][0]) #1日目の午前の希望
print(shift[0][1]) #1日目の午後の希望　
print(shift[1][0]) #2日目の午前の希望
print(shift[1][1]) #2日目の午後の希望
print(shift[2][0]) #3日目の午前の希望
print(shift[2][1]) #3日目の午後の希望
print(shift[3][0]) #4日目の午前の希望
print(shift[3][1]) #4日目の午後の希望
print(shift[4][0]) #5日目の午前の希望
print(shift[4][1]) #5日目の午後の希望
print(".............................................")


#必要人数
#1日目=[午前の必要人数,午後の必要人数]
d1=[3,3]
d2=[2,3]
d3=[3,2]
d4=[2,2]
d5=[2,3]

date=[d1,d2,d3,d4,d5]


for day in range(len(shift)):             #昇順のソート（能力値の低い順）               
    for am_pm in range(len(shift[day])):
        shift[day][am_pm].sort()
        print (shift[day][am_pm])        
                 
print(".............................................")


p=[]
q=[]
yasumi=[]
for day in range(len(shift)):                                     #必要人数分取って入れなかった人を別のリストに入れる
    for am_pm in range(len(shift[day])):
        for i in range(len(shift[day][am_pm])-date[day][am_pm]):
             p.append(shift[day][am_pm][i])
             shift[day][am_pm].remove(shift[day][am_pm][i])     
        print (shift[day][am_pm])
        q.extend([p])
        p=[]
    yasumi.extend([q])
    q=[]

Answer 3

for day in range(len(shift)-2):                             #３連勤禁止                                                                        
    for am_pm in range(len(shift[day])):
        for i in range(len(shift[day][am_pm])): 
            if shift[day][am_pm][i] in shift[day+1][am_pm]:    
                if shift[day][am_pm][i] in shift[day+2][am_pm]:
                    print("３連勤してる")
                    shift[day][am_pm].remove(shift[day][am_pm][i])
                    shift[day][am_pm].append(random.choice(yasumi[day][am_pm]))
                    print(shift[day][am_pm])
                else:
                    print("３連勤してない")
            else:   
                print("３連勤してない")

Answer 4

「その日にち、時間帯で入れなかった社員」は、たとえば、filter(lambda x: x[2] == 0 and ( x[1][0]==0 or x[1][0]==2 ), member)とすると、1日目の午前に入れなかった社員です。

「ランダムで選んで」はrandom.choiceを使うといいでしょう。
https://docs.python.org/ja/3/library/random.html#random.choice

「入れ替え」については、そのまま代入すれば問題ないかと思います。

「時間帯で入れなかった人」については、前述同様filter(lambda x: ( x[1][0]==0 or x[1][0]==2 ) and x[5] != y[i][j], member)のようにして取得できると思います。

社員がいませんと出た後からを具体的にコードでお願い

仰せのままに。

for day in range(len(shift)):#社員が各日にち、時間帯に最低１人はいるかのチェック。いなかった時の入れ替えのプログラムで困っています。
    for am_pm in range(len(shift[day])):
        person_list = []        
        for i in shift[day][am_pm]:
            person_list.append(i[2])            
        if 0 in person_list:
            print('社員います', day, am_pm)
        else:
            print('社員いません', day, am_pm)
            print( 'その日にち、時間帯で入れなかった社員', *filter( lambda x: x[2] == 0 and ( x[1][day]==am_pm or x[1][day]==2 ), member) )
            print( 'ランダム', random.choice( [*filter( lambda x: x[2] == 0 and ( x[1][day]==am_pm or x[1][day]==2 ), member)] ) )
            print( 'その日にち、時間帯のシフト', shift[day][am_pm] )
            print( 'ランダム', shift[day][am_pm][random.randint( 0, len(shift[day][am_pm]) - 1)] )
            shift[day][am_pm][random.randint( 0, len(shift[day][am_pm]) - 1)] = random.choice( [*filter( lambda x: x[2] == 0 and ( x[1][day]==am_pm or x[1][day]==2 ), member)] )
            print( '入れ替え後の、その日にち、時間帯のシフト', shift[day][am_pm] )

途中からでなくても大丈夫なのでコードを教えて

（これはいわゆる丸投げ質問なのでは……）

def swapStraightDayWorker( member, shift, lastOfStraightDay, straightDayWorker):
    """
    シフトは破壊的に入れ替えます。

    lastOfStraightDay : int
        3連勤の最後の日
    straightDayWorker : list
        3連勤した人
    """
    middleDay = lastOfStraightDay - 1
    middleDayShift = shift[ middleDay ]
    #print('入れ替え前シフト', middleDayShift)
    for hourly, hourlyShift in enumerate(middleDayShift):
        chosenWorker = random.choice( [ x for x in member if ( x[ 1 ][ middleDay ] == hourly or x[ 1 ][ middleDay ] == 2 ) and x not in hourlyShift ] )
        if straightDayWorker in hourlyShift:
            i = hourlyShift.index( straightDayWorker )
            hourlyShift[i] = chosenWorker
    #print('入れ替え後シフト', middleDayShift)

何度もすみません。これが最後の悩んでいることなのでよろしくお願いします。

個人的には、こういうのは、別質問を立ち上げた方がいいかと思います。


コメントに書いた通り、random.shuffleした後に、keyを指定してmember[i][0]の「能力値」だけでソートをしています。

for day in range(len(shift)):             #昇順のソート（能力値の低い順）               
    for am_pm in range(len(shift[day])):
        random.shuffle(shift[day][am_pm])
        shift[day][am_pm].sort(key=lambda x:x[0])

Comments

[yoshipiman]

ありがとうございます。具体的にコードでお願いできますでしょうか。

[Lhankor_Mhy]

どの部分についてですか？

[yoshipiman]

社員がいませんと出た後からと3連勤の従業員が出た後のプログラムです。

[Lhankor_Mhy]

「3連勤の従業員が出た後のプログラム」とことですが、当方の環境では、ご提示のコードはエラーが出て動作しませんでした。まず、「3連勤の従業員を出す」プログラムをご提示いただけますか？

[yoshipiman]

ありがとうございます。社員がいませんと出た後からと3連勤の従業員が出た後のプログラムを自分でも考えていたのですが、前者の方は一応できました。解決方法のところにコード貼りましたので確認お願いします。
今貼っていただいたコードですがここに出てくるxは何を表しているでしょうか？

3連勤の方ですが、3連勤のチェックの仕方は「1日目、2日目、3日目を比較して3連勤している人がいたら真ん中の2日目を入れ替える」これを1日ずつずらして比較しようと考えているのですが、苦戦していて、for文の途中で止まっています。途中からでなくても大丈夫なのでコードを教えていただきたいです。

[Lhankor_Mhy]

> 解決方法のところにコード貼りましたので確認お願いします。

そのコードは質問文にはなさそうでした。
ところで、「確認」とはなんのことですか？

> 今貼っていただいたコードですがここに出てくるxは何を表しているでしょうか？

filer関数の引数となっているラムダ式の仮引数で、実引数は`member`変数です。

> for文の途中で止まっています。

いえ、最初のfor文でエラーになっていますよ。
いずれにせよ、「３連勤している人がいた場合」まではできているとのことですから、その結果が出力されるコードをご提示いただけますか？

[yoshipiman]

＞そのコードは質問文にはなさそうでした。ところで、「確認」とはなんのことですか？

社員がいなかった場合の方のプログラムが自分でもできたので見ていただきたく送りました。

＞filer関数の引数となっているラムダ式の仮引数で、実引数は`member`変数です。

filterとlamdaを知らなかったので勉強になりました。ありがとうございます。

＞いえ、最初のfor文でエラーになっていますよ。いずれにせよ、「３連勤している人がいた場合」まではできているとのことですから、その結果が出力されるコードをご提示いただけますか？

解決方法のところに新たにコードを貼りました。一応3連勤の方のプログラムも自分で組むことができたのですが、結果を出すと3連勤してしまっているところがありました。どこを修正すれば良いでしょうか。
前回、3連勤の方、丸投げ質問になってしまい申し訳ありません。今回貼った３連勤の方のプログラムに関して上記のことで悩んでいるのでよろしくお願いします

[Lhankor_Mhy]

> 3連勤してしまっているところがありました。

これは解消が難しいと思います。

たとえば、

1 _bcd_
2 ab_d_
3 a_c_e
4 a_c_e

のようなシフトがあったとして、
3日目のaの3連勤中日を交換するとなると、bかdしかないわけですが、

1 _bcd_
2 ab_d_
3 _bc_e
4 a_c_e

どちらと交換しても別の人の新たな3連勤を生み、しかもこのループの中では発見されません。

もちろん、シフト交換した時にループを初めから開始するなら発見できるわけですが、そこでも新たな3連勤を生むかもしれません。

1 _bcd_
2 a_cd_
3 _bc_e
4 a_c_e

「ランダムにシフト交換を繰り返していけばいつかは解消するはず」と思うかもしれませんが、

1 _bcd_
2 a__de
3 _bc_e
4 a_c_e

このケースでは、誰かが3連勤になってしまうため、いわゆる「無限ループ」という終了しないプログラムになってしまいます。

一般にこのようなスケジューリング問題はNP困難（多項式時間に解決する一般解が存在しない）と言われています。
正直、私の頭ではついていけない部分が多いです。
https://www.nurse-scheduling-software.com/tutorial/newpage3.htm
https://qiita.com/SaitoTsutomu/items/a33aba1a95828eb6bd3f
ぜひ頑張ってみてください。

[yoshipiman]

そうですよね。社員が最低1人というのも守らないといけないとなると３連勤を防ぐのは難しいと思いました。
最後に質問なのですが、シフトの決め方は各日各時間帯のシフト希望を従業員の能力値順にソートしてそこから必要人数を取るという方法なのですが、ソートした中から前から順番に取るので、能力値が同じ人がいた場合、毎回、前の人を取るようになっています。そこで、能力値が同じときはランダムに必要人数分取るようにしたいのですがお願いできますでしょうか。現状の方法は解決方法のところにコードを貼りました

[Lhankor_Mhy]

Python のソートは安定ソートなので、ソート前の順序を保存します。
一方で、Key引数によって、比較関数を指定することができます。
https://docs.python.org/ja/3/howto/sorting.html#key-functions

なので、ソートする前にシャッフルし、リストの1番目の要素だけをKeyにしてソートすれば、アルゴリズムを変えずにランダムに取れるのではないかと思います。
https://docs.python.org/ja/3/library/random.html#random.shuffle

[yoshipiman]

返信が遅くなり申し訳ありません。
貼っていただいたURLを見て調べたのですがあまり分からなかったです。
最新の解決方法のコードが能力値順にソートして必要人数分取るコードです。
そこにコードを追加していただけないでしょうか。何度もすみません。これが最後の悩んでいることなのでよろしくお願いします。

[yoshipiman]

いろいろと教えていただき本当にありがとうございました。
助かりました！