Python 巢狀串列中使用 * 和 + 的陷阱：新手指南
更新日期： 2024 年 9 月 30 日
在 Python 編程中，串列是一種非常常用的數據結構，允許我們存儲和操作多個元素。
當我們處理巢狀串列（即串列中的元素也是串列）時，操作可能會變得有點複雜。
特別是，使用乘法運算符 * 和加法運算符 + 時，可能會引發一些新手不易察覺的陷阱。
本文將詳細介紹在巢狀串列中使用 * 和 + 的潛在問題，幫助你避免常見的錯誤。
巢狀串列的基本概念
什麼是巢狀串列？
巢狀串列是指串列中的元素本身也是串列。
這種結構允許我們創建多維數據結構，如矩陣或多維陣列。
示例：
# 一個 2x3 的矩陣
matrix = [
[1, 2, 3],
[4, 5, 6]
]使用 * 運算符的陷阱
基本用法
在串列中使用 * 運算符，可以重複串列中的元素。
示例：
list1 = [0] * 3
print(list1) # 輸出：[0, 0, 0]在巢狀串列中使用 *
當我們想要創建一個多維串列，例如 3×3 的矩陣，我們可能會嘗試：
matrix = [[0] * 3] * 3
print(matrix)
# 輸出：
# [[0, 0, 0], [0, 0, 0], [0, 0, 0]]看起來似乎正確，但實際上這裡存在陷阱。
問題的根源：淺拷貝導致的引用共享
當你使用 * 來創建巢狀串列時，內部的子串列，實際上是同一個物件的多個引用。
驗證：
matrix = [[0] * 3] * 3
print(matrix[0] is matrix[1]) # 輸出：True
print(matrix[1] is matrix[2]) # 輸出：True解釋：
matrix[0]、matrix[1]和matrix[2]都是同一個串列物件的引用。- 這意味著對其中一個子串列的修改，會影響到所有子串列。
問題示例
matrix = [[0] * 3] * 3
matrix[0][0] = 1
print(matrix)預期輸出：
[[1, 0, 0], [0, 0, 0], [0, 0, 0]]實際輸出：
[[1, 0, 0], [1, 0, 0], [1, 0, 0]]解釋：
- 因為所有子串列都是同一個物件的引用，修改一個子串列中的元素，其他子串列也會同步修改。
解決方案：使用串列推導式創建獨立的子串列
matrix = [[0] * 3 for _ in range(3)]
matrix[0][0] = 1
print(matrix)輸出：
[[1, 0, 0], [0, 0, 0], [0, 0, 0]]解釋：
- 使用串列推導式，確保每個子串列都是一個新的串列物件，而不是同一個引用。
深入理解
[0] * 3創建了一個包含三個0的串列。[[0] * 3] * 3創建了一個包含三個相同子串列引用的串列。- 串列推導式
[[0] * 3 for _ in range(3)]則創建了三個獨立的子串列。
使用 + 運算符的陷阱
基本用法
使用 + 運算符可以將兩個串列合併。
示例：
list1 = [1, 2]
list2 = [3, 4]
combined = list1 + list2
print(combined) # 輸出：[1, 2, 3, 4]在巢狀串列中使用 +
當我們嘗試在巢狀串列中使用 + 時，需要注意操作物件的類型。
問題示例
matrix = [[1, 2, 3], [4, 5, 6]]
new_row = [7, 8, 9]
matrix = matrix + new_row
print(matrix)預期輸出：
[[1, 2, 3], [4, 5, 6], [7, 8, 9]]實際輸出：
[[1, 2, 3], [4, 5, 6], 7, 8, 9]解釋：
matrix是一個包含串列的串列。new_row是一個串列。- 使用
+將matrix和new_row合併，會將new_row的元素逐個添加到matrix中，而不是作為一個整體的子串列。
解決方案：將新元素包裝為串列
matrix = [[1, 2, 3], [4, 5, 6]]
new_row = [7, 8, 9]
matrix = matrix + [new_row]
print(matrix)輸出：
[[1, 2, 3], [4, 5, 6], [7, 8, 9]]解釋：
- 將
new_row放入一個串列中，確保它作為一個整體被添加到matrix中。
使用 append() 方法
另一種解決方案是使用串列的 append() 方法。
matrix = [[1, 2, 3], [4, 5, 6]]
new_row = [7, 8, 9]
matrix.append(new_row)
print(matrix)輸出：
[[1, 2, 3], [4, 5, 6], [7, 8, 9]]總結常見陷阱與避免方法
使用 * 創建巢狀串列時的陷阱
- 陷阱：使用
*創建的巢狀串列，內部子串列是同一個物件的引用。 - 後果：修改一個子串列，其他子串列也會被修改。
- 避免方法：使用串列推導式創建獨立的子串列。
示例：
# 錯誤的做法
matrix = [[0] * 3] * 3
# 正確的做法
matrix = [[0] * 3 for _ in range(3)]使用 + 合併串列時的陷阱
- 陷阱：在巢狀串列中直接使用
+會展開被添加的串列的元素。 - 後果：巢狀結構被破壞，元素被扁平化。
- 避免方法：將被添加的串列放入一個新的串列中，或者使用
append()方法。
示例：
# 錯誤的做法
matrix = [[1, 2, 3], [4, 5, 6]]
new_row = [7, 8, 9]
matrix = matrix + new_row # 錯誤
# 正確的做法
matrix = matrix + [new_row]
# 或者
matrix.append(new_row)結論
- 理解串列的引用機制：在 Python 中，串列是可變物件，對其進行賦值或使用
*複製時，需要注意是否創建了新的物件還是僅僅複製了引用。 - 使用串列推導式創建巢狀串列：這是避免引用共享問題的有效方法。
- 在合併巢狀串列時小心使用
+運算符：確保被添加的元素保持巢狀結構，可以使用append()方法或將其包裝為串列。