Python中的二维列表数组

Question

我想创建一个二维矩阵，让每个单元格里面都包含一个字符串列表。

矩阵的大小在创建之前就已经确定了，我需要能够从一开始就访问到任何元素（而不是动态填充矩阵）。我觉得需要提前分配一些空间。

比如，我想要一个2X2的矩阵：

[['A','B']          ['C'];
  ['d']       ['e','f','f']]

并且支持传统的矩阵访问操作，比如

(Matrix[2][2]).extend('d')

或者

tmp = Matrix[2][2]
tmp.extend('d')
Matrix[2][2] = tmp

来操作单元格的内容。

在Python中怎么实现这个呢？

Answer 1

首先，你描述的其实是一个三维矩阵，因为每个“单元格”都有一个维度，你可以通过 matrix[i][j][k] 来访问第 i 行第 j 列的第 k 个元素。

不过，如果你想要预先创建一个 2X2 的矩阵，并且每个单元都初始化为空列表，这个函数可以帮你做到：

def alloc_matrix2d(W, H):
    """ Pre-allocate a 2D matrix of empty lists. """
    return [ [ [] for i in range(W) ] for j in range(H) ]

但是你可能会觉得它不工作，因为我注意到你说你想要一个这样的 2X2 矩阵：

[
    [
        ['A','B'], ['C']
    ],
    [
        ['d'], ['e','f','f']
    ]
]

并且希望能用“传统的矩阵访问操作”来处理它：

(Matrix[2][2]).extend('d')

问题是，即使是你展示的那个矩阵，这种方式也不行，对于预先分配的 2X2 矩阵也是如此，因为在这两种情况下，行和列的维度都超出了范围。在 Python 中，所有的序列都是从零开始编号的，所以一个有两行两列的矩阵的有效索引是 [0][0]、[0][1]、[1][0] 和 [1][1]（忽略可能的负索引，因为它们在 Python 中有特殊含义）。所以使用 Matrix[2][2] 是在尝试访问矩阵的第三行的第三列，而这并不存在，即使是一个预先分配的 2X2 矩阵也没有这个。

如果你把那个语句改成使用有效的索引值对（并去掉不必要的括号），一切就会好起来：

Matrix[1][1].extend('d')

这样就不会引发 IndexError，而是会让这个 2X2 矩阵变成：

[
    [
        ['A', 'B'], ['C']
    ],
    [
        ['d'], ['e', 'f', 'f', 'd']
    ]
]

额外工具 你没有要求这个，但我写了一个方便的函数，可以帮助打印出任意大小的 2D 矩阵，支持任何类型（用嵌套的 lists 表示）：

def repr_matrix2d(name, matrix):
    lines = ['{} = ['.format(name)]
    rows = []
    for row in range(len(matrix)):
        itemreprs = [repr(matrix[row][col]) for col in range(len(matrix[row]))]
        rows.append('\n    [\n        {}\n    ]'.format(', '.join(itemreprs)))
    lines.append('{}\n]'.format(','.join(rows)))

    return ''.join(lines)

希望这对你有帮助。

Answer 2

你可以用最基本的方法来实现：

matrix = [
   [["s1","s2"], ["s3"]],
   [["s4"], ["s5"]]
]

或者你也可以用一种更通用的方法来做

from collections import defaultdict
m = defaultdict(lambda  : defaultdict(list))
m[0][0].append('s1')

在使用defaultdict的情况下，你可以使用一个任意大小的矩阵，所有的元素都是数组，可以根据需要进行操作。

Answer 3

就像你写的那样：

>>> matrix = [["str1", "str2"], ["str3"], ["str4", "str5"]]
>>> matrix
[['str1', 'str2'], ['str3'], ['str4', 'str5']]
>>> matrix[0][1]
'str2'
>>> matrix[0][1] += "someText"
>>> matrix
[['str1', 'str2someText'], ['str3'], ['str4', 'str5']]
>>> matrix[0].extend(["str6"])
>>> matrix[0]
['str1', 'str2someText', 'str6']

可以把二维矩阵想象成一个列表里面又包含了很多个列表。其他操作也都能正常工作，比如：

>>> matrix[0].append('value')
>>> matrix[0]
[0, 0, 0, 0, 0, 'value']
>>> matrix[0].pop()
'value'
>>>