Python語言程序設計之三--列表List常見操作和錯誤總結

最近在學習列表，在這里卡住了很久，主要是課后習題太多，而且難度也不小。像我看的這本《Python語言程序設計》--梁勇著，列表和多維列表兩章課后習題就有93道之多。我的天！但是題目出的非常棒，許多題目都具有相似性。這倒不是說這些題目類似，而是它們都會用到某一個特定的函數，或者會用到某一個特定的算法。這里我要整理一下常見的列表操作和容易犯錯的地方。

一、列表的輸入

即從控制台讀取輸入，然后創建列表。

1、一維列表創建常見的方法有：

# 從控制台讀取輸入內容
s = input('Enter the numbers separated by spaces:')
# 用split()函數提取字符串s中被空格分隔的條目並返回列表中的條目
items = s.split()
# 遍歷items，然后將每個條目轉換成數字創建列表
lst = [eval(x) for x in items]

當然，可以進一步簡化成下面這樣：

items = input('Enter the numbers separated by spaces:').split()
lst = [eval(x) for x in items]

其中第二句，在列表里用到了列表解析式，這是非常Pythonic的寫法，酷炫！

2、二維列表的輸入和創建

二維列表復雜一些，可以以矩陣來輔助理解二維列表。像點的坐標這類的數據，有x和y坐標，最適合用二維列表。它的創建和輸出可以通過下面的方式。

def main():
    matrix = []
    # 給定矩陣的行和列
    numberOfRow = eval(input('Enter the row of the matrix:'))
    numberOfColumn = eval(input('Enter the column of the matrix:'))

    for row in range(numberOfRow):
        # 先將空行添加到二維列表中
        matrix.append([])
        for column in range(numberOfColumn):
            value = eval(input('Enter an element and press enter:'))
            # 再將每個值填充到每行的相應的每一列中
            matrix[row].append(value)
    
    # 直接迭代列表，訪問其元素並輸出
    for row in matrix:
        for value in row:
            print(value, end = ' ')
        print()

    print('-----------------------')
    # 還可以迭代列表的下標，再通過下標輸出對應的元素
    for row in range(len(matrix)):
        for column in range(len(matrix[row])):
            print(matrix[row][column], end = ' ')
        print()
    #print(matrix)
main()

 3、從控制台讀取一行數據創建二維列表

這是在做矩陣加法和矩陣乘法習題時學到的。創建矩陣的過程非常巧妙。其代碼如下：

def getMatrix():
    s = input('Enteh the numbers separated by space:')
    items = s.split()
    matrix = []
    for i in range(3):
        lst = [eval(items[j]) for j in range(i * 3, i * 3 +3)]
        matrix.append(lst)
    return matrix

前邊4行很簡單，就是從控制台讀取一行數字，然后分割提取條目到items里面。然后創建一個空列表matrix。關鍵在於后面的for循環。這個循環將items列表里的數據循環添加到matrix中，創建一個二維列表。它是如何做到的呢？習題明確說明這是3*3矩陣，所以matrix有9個元素。從控制台讀取9個元素，如何將它們分配到3行3列的列表中呢？

思路是，首先我們創建一個列表lst，然后每循環一次，將這個列表lst添加到矩陣matrix中，這樣就是一個二維列表了。只是每一行列表中沒有元素。

lst = []
matrix.append(lst)

然后，將讀取的數據添加到每一行列表中。3*3矩陣，每一行應該是3個數字。所以列表lst中每個元素都是items的元素 eval(items[j])。由於items中第0、3、6個元素是矩陣matrix的第一列，所以對於每一行來說，循環起始的位置應該是：i * 3 ，然后終止於 i * 3 + 3。列表解析式如下：

eval(items[j]) for j in range(i * 3, i * 3 +3)

這樣就完成了整個讀取、賦值、創建列表工作。非常的巧妙。

4、接着3來講這個矩陣的乘法

我做了這個習題，但是遇到了一個問題。就是我矩陣A乘以矩陣B，得到矩陣C，我用不同的方法初始化了矩陣C，運行結果卻一個正確一個錯誤。然而debug顯示矩陣C的初始化結果是一樣的，這就奇了怪了。完整代碼如下：

# 矩陣的乘法

# 讀取一行輸入，轉換成矩陣
def getMatrix():
    s = input('Enteh the numbers separated by space:')
    items = s.split()
    matrix = []
    for i in range(3):
        lst = [eval(items[j]) for j in range(i * 3, i * 3 +3)]
        matrix.append(lst)
    return matrix

# 矩陣相乘
def matrixMultiply(m1, m2):
    # 定義乘法后的結果矩陣
    result = []
    ##########################################################
    # 由於以后要訪問其中元素，所以先初始化m*n 矩陣乘以n*p矩陣是m*p矩陣，
    # 所以result的行是m1的行result的列是m2的列
    # 先初始化每行元素，再將該行添加到result中
    ##########################################################
    lst = [0] * len(m2[0])
    for i in range(len(m1)):
        # result.append(lst)
        #這句得到的result初值結果和下面這句是一樣的
        # 可是最終的計算結果為什么不一樣？
        result.append([x for x in lst])
    print(result)

    # 矩陣相乘，遍歷一個矩陣需要兩層循環，但是每個元素相乘之后還要累加
    # 這個累加就還需要一層循環，所以要三層循環
    for i in range(len(result)):
        for j in range(len(result[0])):
            for k in range(len(m2)):
                result[i][j] += m1[i][k] * m2[k][j]
    return result

# 打印結果
def displayMatrix(m1, m2, result):
    for i in range(len(m1)):
        for j in range(len(m1[0])):
            print(format(m1[i][j], '.1f'), end = '  ')
        
        if i == len(m1) // 2:
            print('  *  ', end = '')
        else:
            print('     ', end = '')

        for j in range(len(m2[0])):
            print(format(m2[i][j], '.1f'), end = '  ')

        if i == len(m2) // 2:
            print('  =  ', end = '')
        else:
            print('     ', end = '')
        
        for j in range(len(result[0])):
            print(format(result[i][j], '.1f'), end = '  ')

        print()

def main():
    matrix1 = getMatrix()
    matrix2 = getMatrix()
    result = matrixMultiply(matrix1, matrix2)
    displayMatrix(matrix1, matrix2, result)

main()

其中，在multiplyMatrix(m1, m2)這個函數中，如果對矩陣result的初始化方法不同，得到的結果截然不同，。例如：初始化result采用下面的語句：

# 矩陣相乘
def matrixMultiply(m1, m2):
    # 定義乘法后的結果矩陣
    result = []
    lst = [0] * len(m2[0])

    for i in range(len(m1)):
        # result.append(lst)
        #這句得到的result初值結果和下面這句是一樣的
        # 可是最終的計算結果為什么不一樣？
        result.append([x for x in lst])
    print(result)

運行結果如下：

[[0, 0, 0], [0, 0, 0], [0, 0, 0]]
1.0  2.0  3.0       0.0  2.0  4.0       5.3  23.9  24.0  
4.0  5.0  6.0    *  1.0  4.5  2.2    =  11.6  56.3  58.2  
7.0  8.0  9.0       1.1  4.3  5.2       17.9  88.7  92.4  

這個結果是正確的。但是multiplyMatrix(m1, m2)函數中，result的初始化采用如下寫法，則結果卻是完全錯的：

# 矩陣相乘
def matrixMultiply(m1, m2):
    # 定義乘法后的結果矩陣
    result = []
    lst = [0] * len(m2[0])

    for i in range(len(m1)):
        result.append(lst)
        #這句得到的result初值結果和下面這句是一樣的
        # 可是最終的計算結果為什么不一樣？
        #result.append([x for x in lst])
    print(result)

運行結果如下：

[[0, 0, 0], [0, 0, 0], [0, 0, 0]]
1.0  2.0  3.0       0.0  2.0  4.0       34.8  168.9  174.6  
4.0  5.0  6.0    *  1.0  4.5  2.2    =  34.8  168.9  174.6  
7.0  8.0  9.0       1.1  4.3  5.2       34.8  168.9  174.6 

運行結果也顯示了，result的初始值都是0，根本沒錯，以后的計算更不會錯，可是結果為什么會這樣？我始終想不明白。今天記錄下來，再想想或者問問別人吧。

4、列表初始化易錯點

二維列表的操作復雜，而且有一個下標溢出的錯誤非常容易犯。最關鍵的是寫完代碼運行報錯，雖然知道是下標溢出，但是就是不知道錯哪。讓我非常郁悶。到我寫下這段文字，我至少已經犯了3次這樣的錯誤，每次都是調試好久，想了好久才猛地想起我錯在哪。所以這里我一定要特別的指出來，比如在下面這段代碼里：

矩陣的加法：

# 矩陣相加
def addMatrix(a, b):
    matrix = []
    for i in range(len(a)):
        for j in range(len(a[i])):
            matrix[i][j] = a[i][j] + b[i][j]
    return matrix

運行后系統會報錯：

 

 

 

 

根據其提示信息可以看出，是下標溢出錯誤。可我的變量i和j是絕對不會超出范圍的，怎么會溢出呢？我百思不得其解。后來猛地明白了原因所在。問題就在這兩句上：

matrix = []

matrix[i][j] = a[i][j] + b[i][j]

matrix開始是個空列表。里面什么都沒有，那下面我怎么能通過下標來訪問matrix中的元素呢？！！！！所以，當我訪問行為 i 列為 j 的元素時，系統就一定會報錯，而且一定是下標溢出錯誤。這就是原因所在。其實真正的語句應該是將兩個值相加的結果，添加到空列表matrix中！所以應該用列表的 append()方法。改寫如下：

# 矩陣相加
def addMatrix(a, b):
    matrix = []
    for i in range(len(a)):
        # 每次循環給matrix賦一個初值，一個空列表
        matrix.append([])
        for j in range(len(a[i])):
            matrix[i].append(a[i][j] + b[i][j]) 
    return matrix

這樣就好了。

 

進入列表實際上就已經接觸到了數據結構和算法了。真有點難，這篇博客我還會更新的。未完待續。