为何Python修改矩阵单个元素时会批量改整列？仅全同行时出现

现象描述 #

当修改矩阵中的单个元素时，有时会出现整列元素都被替换的情况，但这种情况仅发生在矩阵所有行完全指向同一个列表对象时。比如以下示例中，test_matrix修改单个元素后整列变化，而sec_matrix修改行为符合预期：

def print_matrix(matrix: list[list], dlm: str) -> None:
    for row in matrix:
        for col in row:
            print(col, end=dlm)
        print()
        
one_row = list(range(4))

test_matrix = []
for i in range(5):
    test_matrix.append(one_row)

test_matrix[0][0] = 5

sec_matrix = [
    [0,1,2,3],
    [0,1,2,3],
    [0,1,2,3],
    [0,1,2,4]
]

sec_matrix[0][0] = 5

print_matrix(test_matrix, ' ')
print()
print_matrix(sec_matrix, ' ')

运行结果中，test_matrix的所有行第一个元素都变成了5，而sec_matrix只有第一行第一个元素被修改。

原因分析 #

这两种矩阵的处理方式不同，核心在于列表对象的引用关系：

• test_matrix的每一行都是通过append(one_row)添加的，这里添加的不是列表的副本，而是one_row这个列表对象的内存引用。也就是说，矩阵里的5行其实指向同一个列表，修改test_matrix[0][0]本质是修改那个唯一的列表，所有行自然会同步变化。
• sec_matrix的每一行都是单独定义的列表（哪怕内容看起来完全一致），它们是独立的内存对象，彼此没有引用关联，修改其中一行的元素只会影响该行本身。

疑问解答 #

这不是Python的Bug，是完全符合预期的行为：

• Python不会因为两个列表内容相同就将它们视为同一个对象，判断依据是内存中的引用地址，而非内容。
• 这种情况也不是Python为了性能自动复用列表，而是你在代码中主动复用了同一个列表对象导致的。

解决方法 #

要避免这种问题，创建矩阵时需要确保每一行都是独立的列表对象，常见的做法有两种：

• 每次循环创建新列表：

  test_matrix = []
  for i in range(5):
      test_matrix.append(list(range(4)))  # 每次生成新列表
  

• 对原列表进行复制：

  one_row = list(range(4))
  test_matrix = []
  for i in range(5):
      test_matrix.append(one_row.copy())  # 复制原列表生成新对象
  

内容的提问来源于stack exchange，提问作者rmm2908