二维列表的深浅拷贝问题

最新推荐文章于 2025-05-28 23:39:14 发布

LONELY_rabbit

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分类专栏： Python学习文章标签： python

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/LONELY_rabbit/article/details/127021968

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本文探讨了Python中的浅拷贝问题，通过实例解释了为何使用['[]']*n创建的二维列表导致全为True。通过列表生成式解决了问题，并深入讲解了浅拷贝原理。同时介绍了递归和深拷贝的区别，以及如何避免浅拷贝带来的意外影响。

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问题来源

想要解决如下问题：按序遍历一串命题词的所有解释。False对应0，True对应1，按序遍历即要求输入2，则输出[[False, False], [False, True], [True, False], [True, True]]。

def genInterpretations(n):
    r=['0'*n]*(2**n)
    L=[[0]*n]*(2**n)                # [[]*n]式创建二维列表，浅拷贝
    for i in range(2**n):
        b=''
        j=i
        while i!=0:
            b = str(i%2)+b
            i = int(i/2)
        r[j]='0'*(n-len(b))+b
        for k in range(n):      # 下标k
            if r[j][k]=='0':
                L[j][k]=False
            else:
                L[j][k]=True
    print(L)

getInterpretations(2)调用函数，发现输出结果为：[[True, True], [True, True], [True, True], [True, True]]，竟然都为True。再试了几组，发现全为True。

这是为什么呢？当时联系猜想到是深浅拷贝的原因，debug一步步查看变量变化，发现果然！给L[j][k]赋值，会给L中每个分量的第k-1个赋值，小实验代码如下。

L=[[0]*2]*(2**2)    
print(L)            # [[0, 0], [0, 0], [0, 0], [0, 0]]
L[0][0]=1
print(L)            # [[1, 0], [1, 0], [1, 0], [1, 0]]

浅拷贝的解释

官方文档

官方文档有解释如下：

Note also that the copies are shallow; nested structures are not copied. This often haunts new Python programmers; consider:
>>> lists = [[]] * 3
>>> lists
[[], [], []]
>>> lists[0].append(3)
>>> lists
[[3], [3], [3]]
What has happened is that [[]] is a one-element list containing an empty list, so all three elements of [[]] * 3 are (pointers to) this single empty list.

通俗解释

lists = [[]] * 3 这样的一行只是把[]这个列表的指针复制了三遍存进了lists列表，三个指针指向相同的内存地址，通过其中一个指针改变内存中所存数据，三个指针访问到的数据都被改变。这样只是复制指针，不复制内存地址的操作叫做浅拷贝（Shallow Copy）。

python中的对象有三个要素：id（id() 函数：返回对象的唯一标识，可以类比成该对象在内存中的地址）, name, value，我们做个小实验，输出id确认解释。

L=[[0]*2]*(2**2)    
print(L)            # [[0, 0], [0, 0], [0, 0], [0, 0]]
L[0][0]=1
print(L)            # [[1, 0], [1, 0], [1, 0], [1, 0]]
print(id(L[0]), id(L[1]))       # 2283586771392 2283586771392 L两个分量的指针相同

形象化的图像解释如下：

解决问题

由此可见，[[]*n]式创建的二维列表是浅拷贝，不能达到我们想要其实现的功能。需要先分别创建子列表，这时的子列表是有不同的内存地址的，再把子列表放入父列表。可以用列表生成式（List Comprehensions）法创建这样的二维列表。

def genInterpretations(n):
    r=['0'*n]*(2**n)
    L=[[0]*n for i in range((2**n))]        # 列表生成式创建二维空数组
    for i in range(2**n):
        b=''
        j=i
        while i!=0:
            b = str(i%2)+b
            i = int(i/2)
        r[j]='0'*(n-len(b))+b
        for k in range(n):      # 下标k
            if r[j][k]=='0':
                L[j][k]=False
            else:
                L[j][k]=True
    print(L)

成功解决问题，输出想要的结果。

拓展讨论

注意直接用“=”赋值是一种浅拷贝方式，同时可以思考一下如何深拷贝一个二维列表（有父对象，也有子对象，那么分几个层次的“深拷贝”？该如何实现？现成的库函数是什么？）可参考文章：Python 直接赋值、浅拷贝和深度拷贝解析 | 菜鸟教程 (runoob.com)

列表生成式方法：列表生成式 - 廖雪峰的官方网站 (liaoxuefeng.com)

关于我这个问题来源还有更简单的递归做法……再次感叹列表生成式的强大……

递归可参考文章Divide and Conquer Algorithms with Python Examples | Skerritt.blog。这个博主的其他文章也很不错👍

def genInterpretations(n):
    if n==0:
        return [[]]    # 递归终止条件
    else:
        return [sub+add for sub in genInterpretations(n-1) for add in [[False], [True]]]
        # 递归关系式
# 我原来做法是先放入排好序的二进制数，再对二进制数字符遍历输出对应的bool值……
# 其实可以直接绕过二进制数，对bool值进行处理