为何修改多维列表中一个元素会导致其他元素同步变更？

我在编写代码时遇到一个问题：修改棋盘列表中的单个元素后，其他位置的元素也同步发生了变化。相关代码及现象如下：

初始化棋盘的代码 #

def initial_state():
    """
    Returns starting state of the board.
    """
    base = [[None, None, None],
            [None, None, None],
            [None, None, None]]
    goof = [[None, None, None],
            [None, None, None],
            [None, None, None]]
    for i in range(3):
        for j in range(3):
            goof[i][j] = base.copy()
    return goof

执行操作的代码 #

def result(board, action):  
    """
    Returns the board that results from making move (i, j) on the board.
    """
    r_board = copy.deepcopy(board)
    r_action = action
    if r_board[r_action[0]][r_action[1]][r_action[2]][r_action[3]]!= None:
        raise ValueError
    else:
        turn = player(r_board)
        r_board[r_action[0]][r_action[1]][r_action[2]]= turn
    return r_board

现象 #

当我手动为board[0][0][0][0]赋值"X"，或者通过result函数修改某个位置后，打印出的棋盘所有对应位置都变成了"X"，示例输出如下：

[[[['X', None, None], [None, None, None], [None, None, None]], [['X', None, None], [None, None, None], [None, None, None]], [['X', None, None], [None, None, None], [None, None, None]]], [[['X', None, None], [None, None, None], [None, None, None]], [['X', None, None], [None, None, None], [None, None, None]], [['X', None, None], [None, None, None], [None, None, None]]], [[['X', None, None], [None, None, None], [None, None, None]], [['X', None, None], [None, None, None], [None, None, None]], [['X', None, None], [None, None, None], [None, None, None]]]]

请问为何会出现修改单个元素导致其他元素同步变更的情况？

问题根源 #

问题出在initial_state函数的初始化逻辑里：

• base是一个二维列表（包含3个子列表），你使用base.copy()时，这是浅拷贝操作。浅拷贝只会复制外层列表的引用，而里面的子列表（比如[None, None, None]）并不会被复制，所有goof[i][j]指向的base.copy()结果，其内部的子列表都共享同一个引用。
• 也就是说，goof[0][0]、goof[0][1]……goof[2][2]这些位置的二维列表，它们的内部子列表都是同一个对象。当你修改其中任意一个子列表里的元素时，所有共享该引用的位置都会同步变化。

修复方法 #

你有两种方式解决这个问题：

方法1：使用深拷贝初始化 #

导入copy模块，对base进行深拷贝，确保所有层级的列表都被复制：

import copy

def initial_state():
    base = [[None, None, None],
            [None, None, None],
            [None, None, None]]
    goof = [[None, None, None],
            [None, None, None],
            [None, None, None]]
    for i in range(3):
        for j in range(3):
            goof[i][j] = copy.deepcopy(base)
    return goof

方法2：每次生成新的二维列表 #

不依赖拷贝，直接在循环里生成全新的二维列表，避免引用共享：

def initial_state():
    goof = [[None, None, None],
            [None, None, None],
            [None, None, None]]
    for i in range(3):
        for j in range(3):
            # 每次生成新的3x3列表
            goof[i][j] = [[None, None, None],
                          [None, None, None],
                          [None, None, None]]
    return goof

这样修改后，每个goof[i][j]都是独立的二维列表，修改其中一个元素就不会影响其他位置了。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Nirav Krishnakumar