【Python】2次元配列（2Dリスト）を正しい方法で使うには

Pythonには2次元リスト（配列）を作成する方法がいくつかあります。しかし、それぞれの方法の違いを正しく理解していないと、コードに深刻なバグが混入し、原因の特定が非常に難しくなることがあります。

問題のある初期化方法と正しい初期化方法

以下の例では、同じ5×5の2次元リストを2通りの方法で作成し、それぞれ1行目1列目の要素を「1」に変更した結果を表示しています。

rows, cols = (5, 5)
arr = [[0]*cols]*rows
# 1行目の最初の要素を1に変更して配列を表示
arr[0][0] = 1
for row in arr:
   print(row)

arr = [[0 for i in range(cols)] for j in range(rows)]
# 新しい配列でも同様に、1行目の最初の要素を1に変更して表示
arr[0][0] = 1
for row in arr:
   print(row)

出力結果

[1, 0, 0, 0, 0]
[1, 0, 0, 0, 0]
[1, 0, 0, 0, 0]
[1, 0, 0, 0, 0]
[1, 0, 0, 0, 0]
[1, 0, 0, 0, 0]
[0, 0, 0, 0, 0]
[0, 0, 0, 0, 0]
[0, 0, 0, 0, 0]
[0, 0, 0, 0, 0]

なぜこのような違いが生じるのか

最初の方法 [[0]*cols]*rows では、同じ内側のリストオブジェクトへの参照が rows 回繰り返されています。つまり、すべての行が同一のリストを共有しているため、arr[0][0] = 1 と1か所だけ変更したつもりでも、すべての行の先頭要素が同時に書き換えられてしまうのです。

一方、リスト内包表記を使った2番目の方法では、行ごとに新しいリストオブジェクトが生成されます。そのため、ある行の要素を変更しても他の行には影響せず、直感どおりの動作になります。

まとめ

2次元リストを初期化するときは、乗算による [[0]*cols]*rows のような書き方は避け、リスト内包表記 [[0 for i in range(cols)] for j in range(rows)] を使うのが安全です。「Pythonのリストは参照型である」という特性を理解しておくことが、予期しないバグを防ぐための鍵となります。