C#中是否有LINQ函数可实现多个List集合的笛卡尔积运算

C# 原生LINQ没有内置直接支持任意数量集合笛卡尔积运算的方法，不过可以通过LINQ的SelectMany算子实现通用的笛卡尔积逻辑，同时针对固定数量的集合可以直接用LINQ查询语法快速实现。

固定数量集合的简单实现 #

如果需要做笛卡尔积的集合数量是固定的（比如你示例中的3个集合），可以直接用嵌套from的LINQ查询语法，代码最简洁：

// 针对示例中的3个集合直接计算笛卡尔积
var fixedResult = from c1 in list1
                  from c2 in list2
                  from c3 in list3
                  select new [] { c1, c2, c3 };

任意数量集合的通用实现 #

如果需要适配传入任意数量集合的场景（即你示例中List<List<Color>>类型的入参），可以封装通用的LINQ扩展方法，如下：

1. 通用笛卡尔积扩展方法 #

public static class EnumerableExtensions
{
    public static IEnumerable<IEnumerable<T>> CartesianProduct<T>(this IEnumerable<IEnumerable<T>> sequences)
    {
        // 初始化基准空集合
        IEnumerable<IEnumerable<T>> result = new[] { Enumerable.Empty<T>() };
        foreach (var sequence in sequences)
        {
            // 每次迭代累加新集合的所有组合
            result = result.SelectMany(
                existing => sequence,
                (existing, item) => existing.Concat(new[] { item })
            );
        }
        return result;
    }
}

2. 适配你的Result方法实现 #

针对你代码中返回Color[,]二维数组的签名，只需要把扩展方法返回的可枚举集合转换成二维数组即可：

private Color[,] Result(List<List<Color>> colors)
{
    // 计算笛卡尔积
    var product = colors.CartesianProduct().ToList();
    if (!product.Any()) return new Color[0, 0];

    int rowCount = product.Count;
    int colCount = product.First().Count();
    var resArray = new Color[rowCount, colCount];

    // 转换为二维数组
    for (int i = 0; i < rowCount; i++)
    {
        var currentRow = product[i].ToList();
        for (int j = 0; j < colCount; j++)
        {
            resArray[i, j] = currentRow[j];
        }
    }
    return resArray;
}

3. 结果验证 #

运行你的测试方法后，遍历返回的二维数组输出名称，即可完全匹配你注释中列出的12条组合结果：

var result = Result(CompleteList);
for (int i = 0; i < result.GetLength(0); i++)
{
    var nameList = new List<string>();
    for (int j = 0; j < result.GetLength(1); j++)
    {
        nameList.Add(result[i,j].Name);
    }
    Console.WriteLine(string.Join(", ", nameList));
}

内容的提问来源于stack exchange，提问作者user1742179