Pythonでの2次元リストを学ぼう

超基本


data=[[1,2,3],[4,5,6]]
print(data[1][2]) # 6

2次元リストはリストの中にリストを定義すればよい。それぞれの項目にアクセスするには
変数名[][]
とブラケットを2つ並べて記述すればよい。この際、インデックスは0から始まることに注意。
まずは上の例でdata[1][2]が6になることをしっかり確認すること。

記述法

Pythonはインデントを揃えることが重要だが今回のようなネストしたリストなどの場合は例外となる(()や[]や{}の中)。なので以下のようなソースコードもちゃんと解釈される。
また配列変数を直接printに渡すと配列の内容が表示される。

data=[
	[1,2,3],
		[4,5,6]
]
print(data)
# [[1,2,3],[4,5,6]]

もちろん、実際には読みやすさに影響がでるのできちんと揃えておくことは言うまでもない。
また後続がない場合でも最後にカンマを入れておくことが許される。

data=[
	[1,2,3],
	[4,5,6],
]
print(data)
# [[1,2,3],[4,5,6]]

ここらへんはJava,Jsほか多くの言語での共通ルールだ。(JSONデータの記述の際は最後のカンマは不可)

こうしておくことによって編集が生じた際にコピペしやすいということも覚えておこう。(意図的に最後に付与しておくことも多い)

生成方法

超基本を理解したところでさっそく10行10列で中身がすべて0のリストを作ってみよう。以下のようなリストだ

[[0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0],
 [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0],
 [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0],
 [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0],
 [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0],
 [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0],
 [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0],
 [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0],
 [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0],
 [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0]]

方法1

以下のような2重forで実現するのがまず考えられる。


data=list()
for i in range(10):
	temp=list()
	for j in range(10):
		temp.append(0)
	data.append(temp)
print(data)

上の例ではlist()コンストラクタで空の配列を作成しているが
data=[]
といった記述で要素数が0のリストを作ってもよいだろう。
2次元リストといったら2重for
プログラミングのセオリーに忠実な方法だ。
ただ上記の例はprintした際に横にずらずらと並んでしまう。以下のように修正を加えよう。


import pprint
W=10
H=10
data=list()
for i in range(H):
	temp=list()
	for j in range(W):
		temp.append(0)
	data.append(temp)
pprint.pprint(data)

pprintモジュールをインポートし、pprint()を使うことによって見やすく表示される。また列と行の値を定数化した。

方法2

方法1でもよいがPythonならではの方法で実装してみることを考える。
Pythonはプラス演算子で配列を連結できる。


data=[1,2,3]+[4,5]
print(data)
# [1,2,3,4,5]

同様に*演算子で要素を増やせる


data=[1,2,3]*3
print(data)
# [1,2,3,1,2,3,1,2,3]

算数は2*3は2+2+2と同じ意味だ。それとこじつけると良いだろう。
[1,2,3]*3
[1,2,3]+[1,2,3]+[1,2,3]
[1,2,3,1,2,3,1,2,3]
という流れだ。

これを使って先ほどの10行10列のリストを作ってみよう。

import pprint
W=10
H=10
data=[None]*H
for i in range(H):
	data[i]=[0]*W
pprint.pprint(data)

まず
[None,None,None,None,None,None,None,None,None,None]
という要素数が10個のリスト作成し、ループによって
data[0]=[0,0,0,0,0,0,0,0,0,0]
data[1]=[0,0,0,0,0,0,0,0,0,0]
.
.
.
data[9]=[0,0,0,0,0,0,0,0,0,0]
とやって目的の2次元リストを生成している。

方法1と比べてだいぶシンプルになったことがわかる。

*を使った際の注意事項

この*をつかった際の2次元リストの生成には1点注意する点がある。そこを見ていこう。
方法2で作成した方法だが実は下のようにしても10行10列のリストができる


import pprint
H=10
W=10
data=[[0]*W]*H
pprint.pprint(data)

ただし、この方法は[0]*Wというリストを1回しか生成していない。
よってシャローコピー(shallow copy)になっている。
shallowとは浅いという意味でこの場合[0]*Wによって作成されたメモリ空間上にある一つのリストを複製してしまっている。
したがって以下のようにどこかの要素を書き換えると・・・

import pprint
H=10
W=10
data=[[0]*H]*10
data[1][1]=5 #一つのデータだけ書き換えたつもり
pprint.pprint(data)
[[0, 5, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0],
 [0, 5, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0],
 [0, 5, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0],
 [0, 5, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0],
 [0, 5, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0],
 [0, 5, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0],
 [0, 5, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0],
 [0, 5, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0],
 [0, 5, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0],
 [0, 5, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0]]

参照先が同じなのですべて置き換わってしまった。
このように複製する際にはshallow(浅い)かdeep(深い)なのかを意識する必要がある。参考

方法3

少しそれたが10行10列のリストを作るもう一つの方法を見てみよう。
Pythonには内包表記という超強力な方法があるそれで書いてみよう。


import pprint
W=10
H=10
data=[[0]*W for i in range(H)]
pprint.pprint(data)

もはや決定版の佇まいだ。実質一行で生成できてしまった。しかもこれは繰り返し文を使っているのでメモリ空間上にちゃんと10個のリストを生成した上で格納している。
Pythonを使うならぜひこの超強力な内包表記と仲良くなってもらいたい。

確認問題

リストやリストの作成方法がわかってであろうか?
実際に問題を解いてみよう。

問.以下のような2次元リストを生成せよ。

[[1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10],
 [11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20],
 [21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30],
 [31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40],
 [41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49, 50],
 [51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58, 59, 60],
 [61, 62, 63, 64, 65, 66, 67, 68, 69, 70],
 [71, 72, 73, 74, 75, 76, 77, 78, 79, 80],
 [81, 82, 83, 84, 85, 86, 87, 88, 89, 90],
 [91, 92, 93, 94, 95, 96, 97, 98, 99, 100]]