pythonで、配列aと配列bが交互に出てくるような配列を作りたい。

Question

イタリックテキスト### 前提・実現したいこと

プログラミング初学者です。pythonの勉強をしています。

整数nを入力し、以下のような交互の羅列を作りたいと考えています。
（例：n=3の時）
[[0, 0.5, 0],
[0.5, 1, 0.5],
[0, 0.5, 0]]
（例：n=4の時）
[[0, 0.5, 0, 0.5],
[0.5, 1, 0.5, 1],
[0, 0.5, 0, 0.5],
[0.5, 1, 0.5, 1]]

つまり、[0と0.5が交互にn回出てくる配列]と、[0.5と1が交互にn回出てくる配列]が、それぞれn回繰り返される配列、を作りたいです。

以下の私の記述では、何が問題となっているのか教えていただけますでしょうか。

発生している問題・エラーメッセージ

def ex5_4(x):
    test = [0] * x
    for i in range(0, x):
        if i % 2 == 0:
            test[i] = 0
        else:
            test[i] = 0.5

などとすることで[0と0.5が交互にn回出てくる配列]もしくは[0.5と1が交互にn回出てくる配列]は作れたのだが、
それらが繰り返し出てくる配列を作れない。

該当のソースコード

def ex5_4(x):
    test = [0] * x
    for i in range(0, x):
        if i % 2 == 0:
            test[i] = 0
        else:
            test[i] = 0.5
    test = [test] * x
    for j in range(0, x):
        if j % 2 != 0:
            for k in range(0, x):
                if k % 2 == 0:
                    test[j][k] = 0.5
                else:
                    test[j][k] = 1
    return test

試したこと

この状態では

ex5_4(4)

[[0.5, 1, 0.5, 1], [0.5, 1, 0.5, 1], [0.5, 1, 0.5, 1], [0.5, 1, 0.5, 1]]
という結果がかえって来てしまいます。

jに問題があるのかと考え、

def ex5_4(x):
    test = [0] * x
    for i in range(0, x):
        if i % 2 == 0:
            test[i] = 0
        else:
            test[i] = 0.5
    test = [test] * x
    for j in range(0, x):
        if j % 2 != 0:
            for k in range(0, x):
                if k % 2 == 0:
                    test[0][k] = 0.5
                else:
                    test[0][k] = 1
    return test

以上のようにjが関わってこない記述に改めたのですが、これでも

ex5_4(4)

[[0.5, 1, 0.5, 1], [0.5, 1, 0.5, 1], [0.5, 1, 0.5, 1], [0.5, 1, 0.5, 1]]

と、なぜか全ての配列が変わってしまいます。

補足情報（FW/ツールのバージョンなど）

anaconda3のidleというものを使っています。

Answer 1

以下の私の記述では、何が問題となっているのか教えていただけますでしょうか。

test = [test] * x が問題点で、リストの参照を作っています。

Python プログラミング FAQ 多次元のリストを作るにはどうしますか？

このようにして多次元の配列を作ろうとしてしまったことがあるでしょう:

>>>
>>> A = [[None] * 2] * 3

これを表示したときには問題なさそうに見えます:
しかし値を代入すると、その値が複数の場所に現れてしまいます:

>>> A[0][0] = 5
>>> A
[[5, None], [5, None], [5, None]]

これは、* を使ったリストの複製がコピーを作らず、存在するオブジェクトへの参照を作るだけだからです。この *3 は長さ 2 の同じリストへの参照を含むリストを作ります。一つの列に対する変更はすべての列に現れますが、これが望んだ結果であることはまずないでしょう。

解決策: 参照ではなくコピーを作る

test = [test[:] for _ in range(x)]
または
test = [test.copy() for _ in range(x)]

---

パズル的な内容ですが、おまけで
題材のプログラムはイテレータを使い、以下のように表現できます。

from itertools import cycle, islice

def func(n):
    # 追記: itertools.cycleを使わず
    # f = lambda xs: [xs[:] for _ in range(n//len(xs)+1)][:n]

    f = lambda xs: list(islice(cycle(xs), 0, n))
    a = f([0.0, 0.5])
    b = f([0.5, 1.0])
    return f([a, b])

from pprint import pp
pp(func(3))
pp(func(4))
pp(func(5))

• itertools.cycle

# cycle('ABCD') --> A B C D A B C D A B C D .

Comments

[sk_zappa]

丁寧にご説明いただき誠にありがとうございます。
参照点について、勉強はしていたのですが、実践でつまずいたときに気づけませんでした。
頂いたご指摘に沿って明示的にコピーを作成したところ、無事に目的のプログラムが書けました。

Answer 2

これでどうでしょう。

n=3
a=[0,0.5,0]
b=[0.5,1,0.5]

arr = [a if i % 2 == 0 else b for i in range(n)]
print(arr)

Comments

[sk_zappa]

早速ありがとうございます！

ちなみになのですが、私の記述では、jが奇数の場合に、test[j]の中の配列に変更を加えようとしているのですが、どうしてtest[j]のjが偶数の場合も配列が変わってしまったのでしょうか？

[TaroToyotomi]

下記にまとまってますので参照ください。
https://delta114514.hatenablog.jp/entry/2018/01/02/233002

[lehshell]

arr[0][0]=2 とすると arr[2][0] も 2 になってしまうコードですが
質問者さんの意図する内容かが気になります。
意図がはっきりわからないため
arr = [a[:] if i % 2 == 0 else b[:] for i in range(n)]
とするのが無難でしょう。

[sk_zappa]

私の言葉が足りないにも関わらず、代案をご提示頂きましてありがとうございます。
ご提示頂きましたプログラムでも目的のものが作成できました。
代案として頂きましたプログラムの内容はまだ十分に理解出来ていないのですが、これから勉強を進めて理解したいと思います。