pythonの2次元配列についての質問です.

Question

前提・実現したいこと

pythonの2次元配列の作成についての質問です.
ソースコードにあるように a ,b ,c 以下のように出力されます
aの方法はa[0][1]を変更すると全てに適応されます
bの方法はa[0][1]だけをしっかり変更してくれます
cの方法はa[0]だけをしっかり変更してくれます

なぜaは全てに適応されてしまうんでしょうか？

逆にcではなぜうまくいくのでしょうか？

気になって夜も寝られません、よろしくお願いします。

該当のソースコード

a=[[0,0]]*5
a[0][1]='x'
print(a)
#[[0, 'x'], [0, 'x'], [0, 'x'], [0, 'x'], [0, 'x']]

b=[]
for i in range(5):
    b.append([0,0])
b[0][1]='x'
print(b)
#[[0, 'x'], [0, 0], [0, 0], [0, 0], [0, 0]]

c=[0]*5
c[0]='a'
print(c)
#['a', 0, 0, 0, 0]

Answer 1

y_waiwaiさんの回答へのコメントにひっかかったので、書いてみます。

ではｃが['a', 'a', 'a', 'a', 'a']ではなく['a', 0, 0, 0, 0]と

きちんと適応されるのはなぜでしょうか、同じ * を
しているのに['a', 'a', 'a', 'a', 'a']のようにならないのは
なぜでしょうか？

a=[[0,0]]*5 と c=[0]*5 で外側のリストに対して同じ立場にあるのは、[0,0] と 0 です。

a で a[0] = 'x' としていれば、['x', [0, 0], [0, 0], [0, 0], [0, 0]]となったはずです。

また、aでやっていることは、リストの内容であるところのリストa[0]の値そのものの変更です。そして、pythonではそのリスト(ここでは[0,0])を変更する方法が用意されていて、a[0][1]='x' => [0,0][1]='x' => [0,'x'] となっています。
cの0のリストも実はすべて同じ0が見えているのです。なので、その0そのものの値を変更する方法があれば、その方法を使ってその0の値を変更することができて、全ての0が変更されたのでしょうが、そのような方法はpythonに用意されていないのです。

Comments

[tomou]

ｃについての詳しい言及ありがとうございます。
「a で a[0] = 'x' としていれば、['x', [0, 0], [0, 0], [0, 0], [0, 0]]となったはずです。
　また、aでやっていることは、リストの内容であるところのリストa[0]の値そのものの変更です。」
とてもわかりやすく解説してくださり、ありがとうございます。
頂いた解答をヒントに自分でも手を動かして勉強させてもらいました。
「その0そのものの値を変更する方法があれば、その方法を使ってその0の値を変更することができて」
この文章からも気づきを得ることができました。ありがとうございます。

Answer 2

公式ドキュメントのFAQにあるなぜ list 'y' を変更すると list 'x' も変更されるのですか? の一種です。

ここに書かれている説明の、xとyをa[0]とa[1]だとすれば、a[0][1]を変更したときにa[1][1]が変更されたように見えることがわかります。

つまり、a[0]、a[1]、a[2]、a[3]、a[4]はコピーではなく全く同じものなのです。

Pythonでは「全く同じ」と「同じようなもの」は区別しています。
XとYが「全く同じ」は X eq Y で、「同じようなもの」は X == Y です。

print(a[0] eq a[1])

を実行して確認してください。

• 追加の説明です。

a=[[0,0]]*5　としたときにaを10個の要素を持つ二次元配列だと誤解する方もいらっしゃいますが、そうれは間違っています。
aは5個の要素を持つリストです。

>>> a=[[0,0]]*5
>>> print(len(a))
5

この5個の要素はそれぞれPythonのオブジェクトです。
a=[[0,0]]*5 というのは以下と同じことをやっています。
b = [0, 0]
a = [b, b, b, b, b]
a[0] も a[1] も a[2] も a[3] も a[4] も b なのですべて同じなのです。

Comments

[tomou]

「コピーではなく全く同じもの」昨日copy deepcopy についての文章を読んでいたのでこの説明しっくりきました。ありがとうございます。
公式ドキュメントのリンクありがとうございます。
大変勉強になりました。

Answer 3

a=[[0,0]]*5

ってのは、[0,0]を５つコピーしてくれる、んじゃなくて、
[0,0] のオブジェクトを５つコピーするだけ、ですね。
各要素は同じものを指してることになります
a[0] とa[1]と、、、a[4]は同じものを指してるがために、

a[0][1]='x'

では全要素変わってしまうんですね

Comments

[tomou]

爆速解答ありがとうございます。
「[0,0]を５つコピーしてくれる、んじゃなくて、
　[0,0] のオブジェクトを５つコピーするだけ」
aとbの違いは理解しました。

ではｃが['a', 'a', 'a', 'a', 'a']ではなく['a', 0, 0, 0, 0]と
きちんと適応されるのはなぜでしょうか、同じ * を
しているのに['a', 'a', 'a', 'a', 'a']のようにならないのは
なぜでしょうか？

[y_waiwai]

ちゃんとappendで[0,0]を追加していってるんで、ちゃんとした２次元配列になってるってことですね
んで、
c=[0]*5
は、０という（オブジェクトでなく）数字を５つコピーしてるんで、そういう結果になるってことですね

[tomou]

「オブジェクトでなく　数字」　頂いた解答を手掛かりにググりながら理解できました。
ありがとうございます。