Python. Основы. Двумерные и многомерные массивы / списки. Лекция 5.2

Иногда для правильного представления набора данных простого одномерного массива недостаточно.
В таких случаях используют двумерные массивы, матрицы и многомерные массивы.
Однако в Python 3 массивов, матриц, по сути, не существует.
Но это не проблема, так как базовые возможности платформы позволяют легко создавать двумерные списки.
Массивы. Матрицы. Списки

Массивы / Матрицы / Списки

Пример – Microsoft Excel

Массивы / Матрицы / Списки

L00 L01 L02 L03 L04 L05 ... L0j
L10 L11 L12 L13 L14 L15 ... L1j
L20 L21 L22 L23 L24 L25 ... L2j
L30 L31 L32 L33 L34 L35 ... L3j
L40 L41 L42 L43 L44 L45 ... L4j
L50 L51 L52 L53 L54 L55 ... L5j
... ... ... ... ... ... ...
Li0 Li1 Li2 Li3 Li4 Li5 ... Lij
Двумерный список – Номера элементов

a = [[1, 2, 3], [4, 5, 6]]
print(a[0])
print(a[1])
Вывод двумерного списка
[1, 2, 3]
[4, 5, 6]
Здесь первая строка списка a[0] является списком из чисел [1, 2, 3].
То есть a[0][0] == 1,
значение a[0][1] == 2,
a[0][2] == 3,
a[1][0] == 4,
a[1][1] == 5,
a[1][2] == 6.

a = [[2, 4, 6, 8, 10],
[3, 6, 9, 12, 15],
[4, 8, 12, 16, 20]]
print(a)
Вывод двумерного списка
[[2, 4, 6, 8, 10], [3, 6, 9, 12, 15], [4, 8, 12, 16, 20]]

a = [[1, 2, 3, 4], [5, 6], [7, 8, 9]]
for i in range(len(a)):
for j in range(len(a[i])):
print(a[i][j], end=' ')
print()
Вывод двумерного списка
1 2 3 4
5 6
7 8 9
Для обработки и вывода списка, как правило, используют два вложенных цикла. Первый цикл перебирает номер строки, второй цикл бежит по элементам внутри строки. Например, вывести двумерный числовой список на экран построчно, разделяя числа пробелами внутри одной строки

a = [[1, 2, 3, 4], [5, 6], [7, 8, 9]]
for row in a:
for elem in row:
print(elem, end=' ')
print()
Вывод двумерного списка
1 2 3 4
5 6
7 8 9
Переменная цикла for в Python может перебирать не только диапазон, создаваемый с помощью функции range(), но и вообще перебирать любые элементы любой последовательности.
Последовательностями в Python являются списки, строки, а также некоторые другие объекты.
Продемонстрируем, как выводить двумерный массив, используя это удобное свойство цикла for:

a = [[1, 2, 3, 4], [5, 6], [7, 8, 9]]
for row in a:
print(' '.join([str(elem) for elem in row]))
Вывод двумерного списка
1 2 3 4
5 6
7 8 9
Для вывода одной строки можно воспользоваться методом join()

# Программа Python для демонстрации печати
# строки полного многомерного списка
# по строке.
a = [[2, 4, 6, 8, 10], [3, 6, 9, 12, 15], [4, 8, 12, 16, 20]]
for record in a:
print(record)
Вывод двумерного списка
[2, 4, 6, 8, 10]
[3, 6, 9, 12, 15]
[4, 8, 12, 16, 20]

Создание вложенных списков

Пусть даны два числа:
количество строк n и количество столбцов m.
Необходимо создать список размером n×m, заполненный нулями.
n = 3
m = 4
a = [[0] * m] * n
print(a[0])
print(a[1])
print(a[2])
Создание двумерного списка n x m
[0, 0, 0, 0]
[0, 0, 0, 0]
[0, 0, 0, 0]
Это плохой вариант

n = 3
m = 4
a = [[0] * m] * n
a[0][0] = 5
print(a[1][0])
print(a[0])
print(a[1])
print(a[2])
Создание двумерного списка n x m
Обратите внимание на номер id у списков. Если у двух списков id совпадает, то это на самом деле один и тот же список в памяти.
Это плохой вариант

n = 3
m = 4
a = [0] * n
for i in range(n):
a[i] = [0] * m
print(a[0])
print(a[1])
print(a[2])
Создание двумерного списка n x m
[0, 0, 0, 0]
[0, 0, 0, 0]
[0, 0, 0, 0]
Первый способ: сначала создадим список из n элементов (для начала просто из n нулей). Затем сделаем каждый элемент списка ссылкой на другой одномерный список из m элементов:

n = 3
m = 4
a = []
for i in range(n):
a.append([0] * m)
print(a[0])
print(a[1])
print(a[2])
Создание двумерного списка n x m
[0, 0, 0, 0]
[0, 0, 0, 0]
[0, 0, 0, 0]
Другой (но похожий) способ: создать пустой список, потом n раз добавить в него новый элемент, являющийся списком-строкой:

n = 3
m = 4
a = [[0] * m for i in range(n)]
print(a[0])
print(a[1])
print(a[2])
Создание двумерного списка n x m
[0, 0, 0, 0]
[0, 0, 0, 0]
[0, 0, 0, 0]
Но еще проще воспользоваться генератором: создать список из n элементов, каждый из которых будет списком, состоящих из m нулей.
В этом случае каждый элемент создается независимо от остальных (заново конструируется список [0] * m для заполнения очередного элемента списка), а не копируются ссылки на один и тот же список.

a1 = []
for j in range(5):
a2 = []
for i in range(5):
a2.append(0)
a1.append(a2)
# смотрим полученный результат
print(a1[0])
print(a1[1])
print(a1[2])
print(a1[3])
print(a1[4])
Создание двумерного списка 5 х 5
[0, 0, 0, 0, 0]
[0, 0, 0, 0, 0]
[0, 0, 0, 0, 0]
[0, 0, 0, 0, 0]
[0, 0, 0, 0, 0]

m = 3
n = 6
a = [[0 for x in range(n)] for x in range(m)]
print(a)
Создание двумерного списка 3 х 6
[[0, 0, 0, 0, 0, 0], [0, 0, 0, 0, 0, 0], [0, 0, 0, 0, 0, 0]]

from random import randint
N=5
M=3
A = [ [0]*M for i in range(N) ]
for i in range(N):
for j in range(M):
A[i][j] = randint( 20, 80 )
print(A)
Создание двумерного списка N на M
из случайных чисел в диапазоне от 20 до 80
[[60, 79, 40], [31, 48, 35], [73, 32, 20], [57, 46, 61], [49, 62, 79]]

Ввод двумерного списка

# в первой строке ввода идёт количество строк массива
n = int(input())
a = []
# значения строки вводим через пробел
for i in range(n):
a.append([int(j) for j in input().split()])
# смотрим полученный результат
print(a[0])
print(a[1])
Ввод двумерного списка
Ввод
2
2 3 4
5 6 7
Вывод
[2, 3, 4]
[5, 6, 7]

# в первой строке ввода идёт количество
строк массива
n = int(input())
a = []
for i in range(n):
row = input().split()
for i in range(len(row)):
row[i] = int(row[i])
a.append(row)
# смотрим полученный результат
print(a[0])
print(a[1])
Ввод двумерного списка
Ввод
2
5 8 6
8 9 6
Вывод
[5, 8, 6]
[8, 9, 6]

# То же самое и при помощи генератора
# в первой строке ввода идёт количество строк массива
n = int(input())
a = [[int(j) for j in input().split()] for i in range(n)]
# смотрим полученный результат
print(a[0])
print(a[1])
Ввод двумерного списка
Ввод
2
8 9 8 7
3 6 5
Ввод
[8, 9, 8, 7]
[3, 6, 5]

Пример обработки
двумерного списка

a = [[1, 2, 3, 4], [5, 6], [7, 8, 9]]
s = 0
for i in range(len(a)):
for j in range(len(a[i])):
s += a[i][j]
print(s)
Подсчет суммы всех чисел в списке
45

a = [[1, 2, 3, 4], [5, 6], [7, 8, 9]]
s = 0
for row in a:
for elem in row:
s += elem
print(s)
Подсчет суммы всех чисел в списке
45
То же самое с циклом не по индексу, а по значениям строк

a = [[34, 24, 68, 63], [64, 66, 56, 79], [48, 58, 35, 39]]
N = 3
M = 4
s = 0
for i in range(N):
for j in range(M):
s += a[i][j]
print(s)
Подсчет суммы всех чисел в списке
634
Вариант с указанием количества строк и столбцов с перебором в цикле

Методы в многомерных списках

# Добавление подсписка
a = [[2, 4, 6, 8, 10], [3, 6, 9, 12, 15], [4, 8, 12, 16, 20]]
print(a)
a.append([10, 10, 10, 10, 10])
print(a)
append (): добавляет элемент в конец списка
[[2, 4, 6, 8, 10], [3, 6, 9, 12, 15], [4, 8, 12, 16, 20]]
[[2, 4, 6, 8, 10], [3, 6, 9, 12, 15], [4, 8, 12, 16, 20], [10, 10, 10, 10, 10]]

# Расширение списка
a = [[2, 4, 6, 8, 9], [3, 6, 9, 12, 15], [4, 8, 12, 16, 20]]
print(a)
a[0].extend([10, 10, 10, 10])
print(a)
extension (): добавьте элементы списка (или любого итерируемого) в конец текущего списка
[[2, 4, 6, 8, 9], [3, 6, 9, 12, 15], [4, 8, 12, 16, 20]]
[[2, 4, 6, 8, 9, 10, 10, 10, 10], [3, 6, 9, 12, 15], [4, 8, 12, 16, 20]]

# Сторнирование подсписка
a = [[2, 4, 6, 8, 10], [3, 6, 9, 12, 15], [4, 8, 12, 16, 20]]
print(a)
a[2].reverse()
print(a)
reverse (): обратный порядок в списке
[[2, 4, 6, 8, 10], [3, 6, 9, 12, 15], [4, 8, 12, 16, 20]]
[[2, 4, 6, 8, 10], [3, 6, 9, 12, 15], [20, 16, 12, 8, 4]]

array = [
[1, 2, 3],
[4, 5, 6],
[7, 8, 9]
]
result = list(map(sum, array))
print(result)
Сумма значений в строках
[6, 15, 24]
Функция map - самая простая из встроенных в Python, map() применяет указанную функцию к каждому элементу в качестве итератора.

my_list=[[1,2], [3,4], [5,6]]
for row in my_list:
print(row)
print("Транспонирование матрицы")
#list(map(list, zip(*my_list)))
my_list_T=map(list, zip(*my_list))
list(my_list_T)
Транспонирование матрицы
[1, 2]
[3, 4]
[5, 6]
Транспонирование матрицы
[[1, 3, 5], [2, 4, 6]]

КУТУЗОВ Виктор Владимирович
Благодарю
за внимание
Белорусско-Российский университет, Республика Беларусь, Могилев, 2021
Информатика. Программирование на Python
Тема: Python. Основы. Двумерные и многомерные массивы / списки.
Белорусско-Российский университет
Кафедра «Программное обеспечение информационных технологий»