Python——嵌套列表以及列表推导式

Python中的列表嵌套指的是一个列表（我们称之为外层列表）中的元素本身也是列表（这些列表被称为内层列表或子列表）。这种结构允许你在Python中创建多维数据结构，类似于其他编程语言中的数组或矩阵。

创建嵌套列表

在Python中，创建嵌套列表（即列表中的列表）可以通过直接在列表内部定义另一个列表来完成。这里有几种常见的方法来创建嵌套列表：

1. 直接在列表中定义

这是最直接的方法，你只需在方括号内用另一对方括号定义子列表。

nested_list = [[1, 2, 3], [4, 5, 6], [7, 8, 9]]  
print(nested_list)

2. 使用循环

如果你想要基于某些条件或循环来创建嵌套列表，你可以使用循环来填充外层列表中的子列表。

# 创建一个3x3的二维列表（嵌套列表）  
rows = 3  
cols = 3  
nested_list = [[0 for _ in range(cols)] for _ in range(rows)]  
print(nested_list)

在这个例子中，我们创建了一个3行3列的二维列表，所有元素初始化为0。

3. 使用列表推导式（List Comprehension）

列表推导式是Python中一种简洁的构建列表的方法，它也可以用于创建嵌套列表。

# 使用列表推导式创建一个3x3的二维列表，但这次每个元素是其行号和列号的和  
nested_list = [[i + j for j in range(3)] for i in range(3)]  
print(nested_list)

访问嵌套列表的元素

要访问嵌套列表中的元素，你需要使用多个索引。第一个索引用于选择外层列表中的子列表，随后的索引用于选择子列表中的元素。

# 访问第一个子列表的第一个元素  
print(nested_list[0][0])  # 输出: 1  
  
# 访问第二个子列表的第三个元素  
print(nested_list[1][2])  # 输出: 6

嵌套列表的浅拷贝和深拷贝

在Python中，嵌套列表（二维列表或更高维度的列表）的拷贝行为可以通过浅拷贝（shallow copy）和深拷贝（deep copy）来区分。这两种拷贝方式在处理包含可变对象的列表时尤为重要。

浅拷贝（Shallow Copy）

浅拷贝会创建一个新的列表对象，但是列表中的元素（如果它们是可变对象，如列表、字典等）仍然是原始对象的引用。这意味着，如果你修改了浅拷贝中某个可变对象的元素，原始对象中的相应元素也会被修改。

在Python中，可以使用list.copy()方法或copy.copy()函数来实现浅拷贝。

import copy  
  
original = [[1, 2], [3, 4]]  
shallow_copy = original.copy()  # 或者使用 copy.copy(original)  
  
# 修改浅拷贝中的一个元素  
shallow_copy[0][0] = 99  
  
# 原始列表也被修改了  
print(original)  # 输出: [[99, 2], [3, 4]]

深拷贝（Deep Copy）

深拷贝会创建一个新的列表对象，并且递归地复制列表中的所有元素（包括嵌套的可变对象）。这意味着，深拷贝后的列表和原始列表是完全独立的，修改深拷贝中的元素不会影响原始列表。

在Python中，可以使用copy.deepcopy()函数来实现深拷贝。

import copy  
  
original = [[1, 2], [3, 4]]  
deep_copy = copy.deepcopy(original)  
  
# 修改深拷贝中的一个元素  
deep_copy[0][0] = 99  
  
# 原始列表没有改变  
print(original)  # 输出: [[1, 2], [3, 4]]

总结

• 浅拷贝：只复制列表本身，不复制列表中的元素（如果它们是可变对象）。
• 深拷贝：不仅复制列表本身，还递归地复制列表中的所有元素（包括嵌套的可变对象）。

在处理包含可变对象的嵌套列表时，选择正确的拷贝方式非常重要，以避免意外的副作用。

列表推导式

Python的列表推导式（List Comprehension）是一种简洁且高效的方式来创建列表。它允许你从一个已存在的列表或任何可迭代对象出发，通过表达式和条件来创建一个新的列表。列表推导式比使用循环语句（如for循环）更加简洁易读。

列表推导式的基本语法如下：

[expression for item in iterable if condition]

• expression：用于生成列表元素的表达式。
• item：用于迭代的变量名。
• iterable：一个可迭代对象，如列表、元组、字符串等。
• condition（可选）：一个布尔表达式，用于确定哪些元素应该被包含在结果列表中。

1. 基本的列表推导式

squares = [x**2 for x in range(10)]  
print(squares)  # 输出: [0, 1, 4, 9, 16, 25, 36, 49, 64, 81]

2. 包含条件的列表推导式

even_squares = [x**2 for x in range(10) if x % 2 == 0]  
print(even_squares)  # 输出: [0, 4, 16, 36, 64]

3. 使用多个for循环的列表推导式

# 生成一个由两个列表元素组合而成的元组列表  
list1 = [1, 2, 3]  
list2 = ['a', 'b', 'c']  
combinations = [(x, y) for x in list1 for y in list2]  
print(combinations)  # 输出: [(1, 'a'), (1, 'b'), (1, 'c'), (2, 'a'), (2, 'b'), (2, 'c'), (3, 'a'), (3, 'b'), (3, 'c')]

4. 嵌套条件

# 生成一个列表，包含所有大于5的偶数平方  
filtered_squares = [x**2 for x in range(10) if x % 2 == 0 and x**2 > 5]  
print(filtered_squares)  # 输出: [16, 36, 64]

优点

• 简洁性：列表推导式通常比等价的循环语句更短、更易于阅读。
• 性能：列表推导式在底层通过C语言实现，因此在某些情况下可能比等价的循环语句更快。
• 灵活性：列表推导式可以包含多个for循环和if条件，使得它们能够处理复杂的迭代和过滤逻辑。

注意事项

• 列表推导式生成的是一个新的列表，而不是修改原始列表。
• 如果你的列表推导式非常复杂，可能需要考虑将其拆分为更小的部分或使用函数来提高可读性。
• 列表推导式也可以用于生成集合（使用{}）和字典（使用{}并包含键值对），但语法略有不同。