Двумерные массивы в Python и методы работы с ними
Иногда нам приходится использовать таблицы с данными для решения своих задач. Такие таблицы называются матрицами или двумерными массивами.
В Python подобные таблицы можно представить в виде списка, элементы которого являются другими списками. Для примера создадим таблицу с тремя столбцами и тремя строками, заполненными произвольными буквами:
mas = [['й', 'ц', 'у'], ['к','е','н'], ['г', 'ш', 'щ']] #Вывод всего двумерного массива print(mas) #Вывод первого элемента в первой строке print(mas[0][0]) # Выведет й #Вывод третьего элемента в третьей строке print(mas[2][2]) # Выведет щ
Создание двумерных массивов
Создать такой массив в Python можно разными способами. Разберем первый:
# Создание таблицы с размером 3x3, заполненной нулями a = 3 mas = [0] * a for i in range(a): mas[i] = [0] * a print(mas) # Выведет [[0, 0, 0], [0, 0, 0], [0, 0, 0]]
Второй способ предполагает создание пустого списка с добавлением в него новых списков. Рассмотрим на примере:
# Создание таблицы с размером 2x2, заполненной единицами
a = 2 mas = [] for i in range(a): mas.append([0] * a) print(mas) # Выведет [[1, 1, 1], [1, 1, 1], [1, 1, 1]]
Третьим и самым простым способом является генератор списков с x строками, которые будут состоять из y элементов. Пример:
# Создание таблицы с размером 3x3, заполненной двойками a = 3 mas = [[2] * a for i in range(a)] print(mas) # Выведет [[2, 2, 2], [2, 2, 2], [2, 2, 2]]
Комьюнити теперь в Телеграм
Подпишитесь и будьте в курсе последних IT-новостей
Способы ввода двумерных массивов
Допустим, нам нужно ввести двумерный массив после запуска нашей программы. Для этого мы можем создать программу, которая будет построчно считывать значения нашего массива, а также количество строк в нем. Рассмотрим на примере:
a=int(input()) mas = [] for i in range(a): mas.append(list(map(int, input().split()))) print(mas)
Запускаем программу и сначала вводим количество строк в массиве (допустим, 3). Далее вводим строки в порядке их очереди. Например:
1 1 1 1 1 1 1 1 1
После этого данная программа выведет наш двумерный массив: [[1, 1, 1], [1, 1, 1], [1, 1, 1]].
То же самое можно сделать с помощью генератора двумерных массивов:
mas = [list(map(int, input().split())) for i in range(int(input()))] # Вводим 3 1 1 1 1 1 1 1 1 1 print(mas) # Выведет [[1, 1, 1], [1, 1, 1], [1, 1, 1]]
Вывод двумерных массивов
Для обработки и вывода списков используются два вложенных цикла. Первый цикл – по порядковому номеру строки, второй – по ее элементам. Например, вывести массив можно так:
mas = [[1, 1, 1], [1, 1, 1], [1, 1, 1]] for i in range(0, len(mas)): for i2 in range(0, len(mas[i])): print(mas[i][i2], end=' ') print() # Выведет 1 1 1 1 1 1 1 1 1
То же самое можно сделать не по индексам, а по значениям массива:
mas = [[1, 1, 1], [1, 1, 1], [1, 1, 1]] for i in mas: for i2 in i: print(i2, end=' ') print() # Выведет 1 1 1 1 1 1 1 1 1
Способ с использованием метода join():
mas = [[1, 1, 1], [1, 1, 1], [1, 1, 1]] for i in mas: print(' '.join(list(map(str, i)))) # Выведет 1 1 1 1 1 1 1 1 1
Вывод одной из строк двумерного массива можно осуществить с помощью цикла и того же метода join(). Для примера выведем вторую строку в произвольном двумерном массиве:
mas = [[1, 1, 1], [2, 2, 2], [3, 3, 3]] string = 2 for i in mas[string-1]: print(i, end=' ') # Выведет 1 1 1
Для вывода определенного столбца в двумерном массиве можно использовать такую программу:
mas = [[1, 2, 3], [4, 5, 6], [7, 8, 9]] column = 2 for i in mas: print(i[column-1], end=' ') # Выведет 2 5 8
Обработка двумерных массивов
Составим произвольный двумерный массив с числами и размерностью 4×4:
2 4 7 3 4 5 6 9 1 0 4 2 7 8 4 7
Теперь поставим числа в каждой строке по порядку:
mas = [[2, 4, 7, 3], [4, 5, 6, 9], [1, 0, 4, 2], [7, 8, 4, 7]] mas2 = [] for i in mas: mas2.append(sorted(i)) print(mas2) # Выведет [[2, 3, 4, 7], [4, 5, 6, 9], [0, 1, 2, 4], [4, 7, 7, 8]]
А теперь расставим все числа по порядку, вне зависимости от их нахождения в определенной строке:
mas = [[2, 4, 7, 3], [4, 5, 6, 9], [1, 0, 4, 2], [7, 8, 4, 7]] mas2 = [] for i in mas: for i2 in i: mas2.append(i2) mas=sorted(mas2) for x in range(0, len(mas), 4): e_c = mas[x : 4 + x] if len(e_c) < 4: e_c = e_c + [None for y in range(n - len(e_c))] print(list(e_c)) # Выведет [0, 1, 2, 2] [3, 4, 4, 4] [4, 5, 6, 7] [7, 7, 8, 9]
Итог
Мы разобрались в основах двумерных массивов в Python, научились создавать, вводить и выводить их, а также рассмотрели примеры обработки. Надеюсь, статья оказалась полезной для вас!
Программирование в "Эврике"
Теперь мы можем присваивать каждому элементу списка A новое значение. Например, мы можем сделать элемент A[0] также равным списку:
A[0]=range[3]
Теперь A будет равно [[0, 1, 2], 1, 2, 3, 4] , то есть объект A[0] будет списком [0, 1, 2] . В свою очередь, мы можем обращаться к отдельным элементам списка A[0] : A[0][0]==0 , A[0][1]==1 , A[0][2]==2 .
На практике часто приходится иметь дело с прямоугольными таблицами данных, также называемых двумерными массивами. Их можно представлять в виде списка из n элементов (строк), каждый из которых является списком из m элементов (столбцов). Тогда к отдельному элементу двумерного массива A можн обращаться, как A[i][j] , где i является номером строки, 0
Итак, создадим массив A из n=3 строк и m=5 столбцов:
n=3 m=5 A=range(n) # A является списком из n строк for i in range(n): A[i]=range(m) # Каждая строка является списком из m элементов
Заполнение массива
Теперь заполним массив нулями. Для этого нам понадобится два вложенных цикла: внешний цикл по всем строкам, а внутренний – по всем столбцам.
for i in range(n): for j in range(m): A[i][j]=0
Если мы захотим записать в массив таблицу умножения, присвоив элементу A[i][j] значение i*j , последнюю строку в этом примере нужно записать в виде A[i][j]=i*j .
Вывод массива на экран
Конечно, можно вывести массив A на экран одной командой print A , но тогда все элементы будут выведены в одну строку:
[[0, 0, 0, 0, 0], [0, 1, 2, 3, 4], [0, 2, 4, 6, 8]]
Но можно вывести массив в виде таблицы, так, чтобы каждая строка массива была выведена на одной строке, а внутри строки числа разделялись одним пробелом, то есть в виде:
A[0][0] A[0][1] A[0][2] A[0][3] A[0][4] A[1][0] A[1][1] A[1][2] A[1][3] A[1][4] A[2][0] A[2][1] A[2][2] A[2][3] A[2][4]
Для этого снова понадобятся два вложенных цикла. Один цикл по всем строкам, другой – по всем столбцам. В результате получаем:
for i in range(n): for j in range(m): print A[i][j], print
Обратите внимание на запятую, поставленную после инструкции print A[i][j] , необходимую для того, чтобы печать продолжалась на этой же строке. А вот инструкцию print без параметров для перехода на новую строку мы даем после завершения внутреннего цикла, то есть после вывода всей строки на экран. Вот что получится:
0 0 0 0 0 0 1 2 3 4 0 2 4 6 8
Считывание с клавиатуры
Теперь рассмотрим проблему считывания массива с клавиатуры в таком же виде. Проблема заключается в том, что функция input позволяет считать только одно значение, записанное в строке и выдаст ошибку при считывании набора чисел, разделенных пробелами. А функция raw_input сможет считать строку как единое целое вместе со всеми пробелами. Разбить строку на отдельные выражения, разделенные пробелами можно при помощи метода split() . Этот метод применяется к строке и возвращает список подстрок, состоящих из непробельных символов и разделенных пробелами. То есть если применить метод split к строке '1 2 3' , то получится список из 3 строк: ['1', '2', '3'] . Таким образом, мы можем разбить каждую входную строку на отдельные подстроки, а затем преобразовать эти подстроки к числовому виду при помощи функции int . В результате получаем следующий код (предполагается, что массив A из n строк и m столбцов уже создан):
for i in range(n): # Цикл по всем строкам s=raw_input() # Считали строку в переменную s s=s.split() # Разбили s на слова и записали их в виде списка for j in range(m): A[i][j]=int(s[j]) # Элементу A[i][j] присваиваем значение s[j]
Общий пример программы
Теперь объединим это все в одну программу, которая считывает с клавиатуры числа n и m (заданные в одной строке), затем создает массив из n строк и m столбцов, затем считывает его с клавиатуры построчно, затем увеличивает каждый элемент массива на 1, наконец, печатает результат:
# Считываем размеры массива s=raw_input() s=s.split() n=int(s[0]) m=int(s[1]) # Создаем массив A=range(n) for i in range(n): A[i]=range(m) # Считываем массив с клавиатуры for i in range(n): s=raw_input() s=s.split() for j in range(m): A[i][j]=int(s[j]) # Увеличиваем все элементы на 1 for i in range(n): for j in range(m): A[i][j]=A[i][j]+1 # Выводим массив на экран for i in range(n): for j in range(m): print A[i][j], print
Сложный пример обработки массива
Пусть дан квадратный массив из n строк и n столбцов. Необходимо элементам, находящимся на главной диагонали проходящей из левого верхнего угла в правый нижний (то есть тем элементам A[i][j] , для которых i==j ) присвоить значение 1 , элементам, находящимся выше главной диагонали – значение 0, элементам, находящимся ниже главной диагонали – значение 2. То есть получить такой массив (пример для n==4 ):
1 0 0 0 2 1 0 0 2 2 1 0 2 2 2 1
Рассмотрим несколько способов решения этой задачи. Элементы, которые лежат выше главной диагонали – это элементы A[i][j] , для которых ij . Таким образом, мы можем сравнивать значения i и j и по ним определять значение A[i][j] . Получаем следующий алгоритм:
for i in range(n): for j in range(n): if ij: A[i][j]=2 else: A[i][j]=1
Данный алгоритм плох, поскольку выполняет одну или две инструкции if для обработки каждого элемента. Если мы усложним алгоритм, то мы сможем обойтись вообще без условных инструкций.
Сначала заполним главную диагональ, для чего нам понадобится один цикл:
for i in range(n): A[i][i]=1
Затем заполним значением 0 все элементы выше главной диагонали, для чего нам понадобится в каждой из строк с номером i присвоить значение элементам A[i][j] для j = i+1 , . n-1 . Здесь нам понадобятся вложенные циклы:
for i in range(n): for j in range(i+1,n): A[i][j]=0
Аналогично присваиваем значение 2 элементам A[i][j] для j = 0 , . i-1 :
for i in range(n): for j in range(0,i): A[i][j]=2
Можно также внешние циклы объединить в один и получить еще одно, более компактное решение:
for i in range(n): for j in range(0,i): A[i][j]=2 A[i][i]=1 for j in range(i+1,n): A[i][j]=0
Форматирование чисел при выводе
Допустим, мы заполним массив таблицей умножения: A[i][j]=i*j как в примере в начале раздела. Если мы теперь попробуем вывести этот массив на экран, разделяя элементы в строке одним пробелом, то из-за того, что числа имеют различную длину столбцы таблицы окажутся неровными:
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 0 3 6 9 12 15 18 21 24 27
Для того, чтобы получить ровные столбцы необходимо, выводить числа так, чтобы одно выводимое число имело длину, например, ровно в 2 символа, а "лишние" позиции были бы заполнены пробелами.
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 0 3 6 9 12 15 18 21 24 27
Без лишних комментариев покажем, как в программе указать, что целое число x нужно выводить так, чтобы оно занимало ровно две позиции: print "%2d" % x . Здесь, естественно, можно заменить значение x на то значение, которое необходимо напечатать, а число 2 на любую другую ширину поля.
Итак, для печати ровной таблицы умножения можно воспользоваться следующим кодом:
for i in range(n): for j in range(m): print "%2d" % A[i][j],
Как создать двумерный массив в python
Часто в задачах приходится хранить прямоугольные таблицы с данными. Такие таблицы называются матрицами или двумерными массивами. В языке программирования Питон таблицу можно представить в виде списка строк, каждый элемент которого является в свою очередь списком, например, чисел. Например, приведём программу, в которой создаётся числовая таблица из двух строк и трех столбцов, с которой производятся различные действия.
a = [[1, 2, 3], [4, 5, 6]] print(a[0]) print(a[1]) b = a[0] print(b) print(a[0][2]) a[0][1] = 7 print(a) print(b) b[2] = 9 print(a[0]) print(b)
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 .
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, можно так:
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()
Однажды мы уже пытались объяснить, что переменная цикла for в Питоне может перебирать не только диапазон, создаваемый с помощью функции range() , но и вообще перебирать любые элементы любой последовательности. Последовательностями в Питоне являются списки, строки, а также некоторые другие объекты, с которыми мы пока не встречались. 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: for elem in row: print(elem, end=' ') print()
Естественно, для вывода одной строки можно воспользоваться методом join() :
for row in a: print(' '.join([str(elem) for elem in row]))
Используем два вложенных цикла для подсчета суммы всех чисел в списке:
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)
Или то же самое с циклом не по индексу, а по значениям строк:
a = [[1, 2, 3, 4], [5, 6], [7, 8, 9]] s = 0 for row in a: for elem in row: s += elem print(s)
2. Создание вложенных списков
Пусть даны два числа: количество строк n и количество столбцов m . Необходимо создать список размером n × m , заполненный нулями.
Очевидное решение оказывается неверным:
a = [[0] * m] * n
В этом легко убедиться, если присвоить элементу a[0][0] значение 5 , а потом вывести значение другого элемента a[1][0] — оно тоже будет равно 5. Дело в том, что [0] * m возвращает ccылку на список из m нулей. Но последующее повторение этого элемента создает список из n элементов, которые являются ссылкой на один и тот же список (точно так же, как выполнение операции b = a для списков не создает новый список), поэтому все строки результирующего списка на самом деле являются одной и той же строкой.
В визуализаторе 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.
n = 3 m = 4 a = [[0] * m] * n a[0][0] = 5 print(a[1][0])
Таким образом, двумерный список нельзя создавать при помощи операции повторения одной строки. Что же делать?
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 = [0] * n for i in range(n): a[i] = [0] * m
Другой (но похожий) способ: создать пустой список, потом n раз добавить в него новый элемент, являющийся списком-строкой:
n = 3 m = 4 a = [] for i in range(n): a.append([0] * m)
Но еще проще воспользоваться генератором: создать список из n элементов, каждый из которых будет списком, состоящих из m нулей:
n = 3 m = 4 a = [[0] * m for i in range(n)]
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.
3. Ввод двумерного массива
Пусть программа получает на вход двумерный массив в виде n строк, каждая из которых содержит m чисел, разделенных пробелами. Как их считать? Например, так:
3 1 2 3 4 5 6 7 8 9
# в первой строке ввода идёт количество строк массива n = int(input()) a = [] for i in range(n): a.append([int(j) for j in input().split()])
Или, без использования сложных вложенных вызовов функций:
3 1 2 3 4 5 6 7 8 9
# 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)
Можно сделать то же самое и при помощи генератора:
3 1 2 3 4 5 6 7 8 9
# в первой строке ввода идёт количество строк массива n = int(input()) a = [[int(j) for j in input().split()] for i in range(n)]
4. Пример обработки двумерного массива
Пусть дан квадратный массив из n строк и n столбцов. Необходимо элементам, находящимся на главной диагонали, проходящей из левого верхнего угла в правый нижний (то есть тем элементам a[i][j] , для которых i==j ) присвоить значение 1 , элементам, находящимся выше главной диагонали – значение 0, элементам, находящимся ниже главной диагонали – значение 2. То есть необходимо получить такой массив (пример для n==4 ):
1 0 0 0 2 1 0 0 2 2 1 0 2 2 2 1
Рассмотрим несколько способов решения этой задачи. Элементы, которые лежат выше главной диагонали – это элементы a[i][j] , для которых ij . Таким образом, мы можем сравнивать значения i и j и по ним определять значение A[i][j] . Получаем следующий алгоритм:
n = 4 a = [[0] * n for i in range(n)] for i in range(n): for j in range(n): if i < j: a[i][j] = 0 elif i >j: a[i][j] = 2 else: a[i][j] = 1 for row in a: print(' '.join([str(elem) for elem in row]))
Данный алгоритм плох, поскольку выполняет одну или две инструкции if для обработки каждого элемента. Если мы усложним алгоритм, то мы сможем обойтись вообще без условных инструкций.
Сначала заполним главную диагональ, для чего нам понадобится один цикл:
for i in range(n): a[i][i] = 1
Затем заполним значением 0 все элементы выше главной диагонали, для чего нам понадобится в каждой из строк с номером i присвоить значение элементам a[i][j] для j = i+1 , . n-1 . Здесь нам понадобятся вложенные циклы:
for i in range(n): for j in range(i + 1, n): a[i][j] = 0
Аналогично присваиваем значение 2 элементам a[i][j] для j = 0 , . i-1 :
for i in range(n): for j in range(0, i): a[i][j] = 2
Можно также внешние циклы объединить в один и получить еще одно, более компактное решение:
n = 4 a = [[0] * n for i in range(n)] for i in range(n): for j in range(0, i): a[i][j] = 2 a[i][i] = 1 for j in range(i + 1, n): a[i][j] = 0 for row in a: print(' '.join([str(elem) for elem in row]))
А вот такое решение использует операцию повторения списков для построения очередной строки списка. i -я строка списка состоит из i чисел 2 , затем идет одно число 1 , затем идет n-i-1 число 0 :
n = 4 a = [0] * n for i in range(n): a[i] = [2] * i + [1] + [0] * (n - i - 1) for row in a: print(' '.join([str(elem) for elem in row]))
А можно заменить цикл на генератор:
n = 4 a = [0] * n a = [[2] * i + [1] + [0] * (n - i - 1) for i in range(n)] for row in a: print(' '.join([str(elem) for elem in row]))
5. Вложенные генераторы двумерных массивов
Для создания двумерных массивов можно использовать вложенные генераторы, разместив генератор списка, являющегося строкой, внутри генератора всех строк. Напомним, что сделать список из n строк и m столбцов можно при помощи генератора, создающего список из n элементов, каждый элемент которого является списком из m нулей:
[[0] * m for i in range(n)]
Но при этом внутренний список также можно создать при помощи, например, такого генератора: [0 for j in range(m)] . Вложив один генератор в другой, получим вложенные генераторы:
[[0 for j in range(m)] for i in range(n)]
Но если число 0 заменить на некоторое выражение, зависящее от i (номер строки) и j (номер столбца), то можно получить список, заполненный по некоторой формуле.
Например, пусть нужно задать следующий массив (для удобства добавлены дополнительные пробелы между элементами):
0 0 0 0 0 0 0 1 2 3 4 5 0 2 4 6 8 10 0 3 6 9 12 15 0 4 8 12 16 20
В этом массиве n = 5 строк, m = 6 столбцов, и элемент в строке i и столбце j вычисляется по формуле: a[i][j] = i * j .
Для создания такого массива можно использовать генератор:
[[i * j for j in range(m)] for i in range(n)]
Python создание и заполнение двумерного массива
Я недавно в питоне и непонятно вот что, при создании массива таким способом:
b = [[0] * 2] * 2
И заполнении:
for i in range(w): for r in range(l): print(i,r) b[i][r] = str(i) + str(r)Массив заполняется не 00; 01; 10; 11, а 10; 11; 10; 11.
- Вопрос задан более трёх лет назад
- 126293 просмотра
Комментировать
Решения вопроса 3
Пример без numpy, вообще без внешних библиотек
#!/usr/bin/env python3 a = 3 b = 5 r = 0 # Чтобы было, чем заполнять mas = [] for i in range(a): mas.append([]) for j in range(b): mas[i].append(r) r += 1 # Чтобы заполнялось не одно и тоже print(mas) # [[0, 1, 2, 3, 4], [5, 6, 7, 8, 9], [10, 11, 12, 13, 14]]Ответ написан более трёх лет назад
Нравится 7 1 комментарий
Rapt @Rapt Автор вопроса
Вот, пойдет!
ты создаешь список, а потом умножаешь его на 2, таким образом он не клонируется, а копируется сам объект со всеми его адресами, поэтому b[0][0] == b[1][0] и b[0][1] == b[1][1], так как у тебя в b[0] находится тот же объект что и в b[1].
Если хочешь создавать многомерные массивы используй:
b = numpy.array(range(4))
b.shape = (2,2)
Ответ написан более трёх лет назад
Нравится 3 3 комментария
Rapt @Rapt Автор вопроса
Как подключить numpy на linux?)
import numoy
если нет - скачать либы с офф сайта www.scipy.org/scipylib/download.html
еще она может numeric называться
import numpy*
Andrey Dugin @adugin Куратор тега Python
>>> dx = 2 >>> dy = 3 >>> matrix = [[0 for x in xrange(dx)] for y in xrange(dy)] >>> matrix [[0, 0], [0, 0], [0, 0]] >>> matrix[0][0] = 1 >>> matrix [[1, 0], [0, 0], [0, 0]]