多次元リストの一部の数値だけ変えたい

Question

リストの一部を変更させたいのに、余計なところまで変更されてしまいます。
その理由を教えてほしいです。

【入力】

a = [[0,0,0],[0,0,0],[0,0,0]]
a[1][1]+=1
print("a =",a)

b = [[0]*3]*3
b[1][1]+=1
print("b =",b)

【期待する出力】

a = [[0, 0, 0], [0, 1, 0], [0, 0, 0]]
b = [[0, 0, 0], [0, 1, 0], [0, 0, 0]] #どちらも同じ

【実際】

a = [[0, 0, 0], [0, 1, 0], [0, 0, 0]]
b = [[0, 1, 0], [0, 1, 0], [0, 1, 0]] #bだけ余計なものまで1になっている

同じ[[0,0,0],[0,0,0],[0,0,0]]の真ん中を変更する作業なのに、bは余計なところまで
1に変更されています。なぜでしょうか。

Answer 1

そもそもリストというのは、あえて言えば各要素をポインタで持っているデータ構造です。余計なところまで変わってしまう理由は、「同じオブジェクト（インスタンス）へのポインタになっている」からです。この書き方だとそうなります。

pythonのオブジェクトには固有のidがあり、組み込み関数id()で確認できます。

>>> b = [[0]*3]*3
>>> id(b[0])
139883677073800
>>> id(b[1])
139883677073800
>>> id(b[2])
139883677073800

ぜんぶ同じものを指しています。

初期化したければ、aの書き方でも良いですし、

>>> c = [[0]*3 for _ in range(3)]
>>> id(c[0])
139883677075976
>>> id(c[1])
139883677075784
>>> id(c[2])
139883677075656

これでも良いです（[0]*3がまずいのでは？　という疑問もあると思いますが、0はimmutableなオブジェクトなのでこれで基本的に問題ありません。immutableが何なのかは、ご自身で調べてみてください）。

これはpython界隈ではとても有名な話なので、検索するといろいろ出てきます。

参考：
Python のリストの扱いで注意すること

Comments

[Sigma1630]

ありがとうございます。
>>[0]*3がまずいのでは？
これ本当に思いました。同じオブジェクトを指してるならなんで[[1,1,1],[1,1,1],[1,1,1]]にならないんだろう、と。immutable, 調べてみます。

[hayataka2049]

実はそのへんの話も参考に貼った記事に書いてあったんですが・・・（今見返したら気づいた）
pythonではint, str, tupleなどがimmutableなオブジェクトですが、これらは自分自身は絶対に変わらない、代入したら代入されたやつに置き換わるし、演算も他のやつ（演算結果のオブジェクト）を連れてきてそいつと入れ替わる、というのがミソです
>>> i = 0
>>> id(i)
9169056
>>> i = 1
>>> id(i) # 0自身は変化せず、iに結びつくオブジェクトが1に変わるだけ
9169088

Answer 2

後者は、リストの参照値が共有されてしまうからです。
Qiita - pythonでのリストの要素の変更とリストのコピー

良く躓くポイントなので、調べれば同様の話題はたくさん出てきます。

---

実際にidを確認してみると良いです。

a = [[0, 0, 0], [0, 0, 0], [0, 0, 0]]
a[1][1] = 1

for e in a:
    print(f'{id(e)}: {e}')

print('-'*42)

#
#
b = [[0] * 3] * 3
b[1][1] = 1

for e in b:
    print(f'{id(e)}: {e}')
    
print('-'*42)

#
#
c = [[0] * 3 for _ in range(3)]
c[1][1] = 1

for e in c:
    print(f'{id(e)}: {e}')
    
print('-'*42)

実行結果 Wandbox

139895659521672: [0, 0, 0]
139895659521864: [0, 1, 0]
139895659522184: [0, 0, 0]
------------------------------------------
139895659523656: [0, 1, 0]
139895659523656: [0, 1, 0]
139895659523656: [0, 1, 0]
------------------------------------------
139895659523976: [0, 0, 0]
139895659524040: [0, 1, 0]
139895659544648: [0, 0, 0]
------------------------------------------

Comments

[Sigma1630]

ありがとうございます。これもまた前教えて頂いた話と似てますね。=にせよ*にせよ、リストの複製は気をつける必要がありますね。

[LouiS0616]

ありゃ、ほんとですね。
慣れていてもうっかりハマることがあるので、日頃から気を付けられると良いですね。