大爽Python入门教程 64 容器进阶 嵌套 二维列表

大爽Python入门公开课教案 点击查看教程总目录

1 双层循环

双层循环，或者说嵌套循环，
在一个循环里套一个循环。

介绍嵌套容器之前，先介绍下嵌套循环。

这有什么用呢。

举一个例子，如何输出9x9乘法表。

1x1= 1  
1x2= 2  2x2= 4  
1x3= 3  2x3= 6  3x3= 9  
1x4= 4  2x4= 8  3x4=12  4x4=16  
1x5= 5  2x5=10  3x5=15  4x5=20  5x5=25  
1x6= 6  2x6=12  3x6=18  4x6=24  5x6=30  6x6=36  
1x7= 7  2x7=14  3x7=21  4x7=28  5x7=35  6x7=42  7x7=49  
1x8= 8  2x8=16  3x8=24  4x8=32  5x8=40  6x8=48  7x8=56  8x8=64  
1x9= 9  2x9=18  3x9=27  4x9=36  5x9=45  6x9=54  7x9=63  8x9=72  9x9=81

其实现代码如下

for i in range(1, 10):
    for j in range(1, 10):
        if j <= i:
            print("{}x{}={:>2} ".format(j, i, i*j), end=" ")

    print()

此时再来分析下代码，
两层循环中的i和j分别代表了什么。

i代表的是其中蓝色的1-9
j代表的是绿色的1-9

两层循环:
第二层循环，用于输出一行上的具体的列，
即第二层循环执行完，就输出了一行。

第一层循环，用于输出多行，
具体是让第二层循环多次执行，从而输出多行。

理解i和j，最好从行与列的角度去理解。

2 认识嵌套列表

初步介绍

列表里面嵌套列表，也常称为二维列表。
举个例子，这是个3x3(3行3列)的二位列表。

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

那么这样的列表有什么意义呢，
二维列表，常常用于去表示二维的格子游戏。
比如上面的3x3就可以用来表示井字棋。

实例一 井字棋

比如下面的井字棋。

怎么用二维列表表示呢
这个时候其实有比较大的灵活度。
就是哪种棋子用哪个符号表示是我们可以选择的，
当然，不同的表示方式，
可能会让相关问题解决方式的难度也变得不同。

这里介绍两种表示方式（并不唯一，可以自由定义）。

1. 用数字
   没有棋子的格子用0表示
   有X棋子的格子用1表示
   有O棋子的格子用2表示
   那么上面的井字棋用列表表示如下

board = [
    [1, 1, 1],
    [2, 1, 0],
    [2, 0, 2],
]

2. 用字母
   没有棋子的格子用空格" "表示
   有X棋子的格子用"X"表示
   有O棋子的格子用"O"表示
   那么上面的井字棋用列表表示如下

board = [
    ["X", "X", "X"],
    ["O", "X", " "],
    ["O", " ", "O"],
]

实例二 俄罗斯方块

之前做过一个俄罗斯方块的教程
但那整个教程对现阶段来讲，比较复杂。
这里只取其中的二维列表过来认识与分析。

这是一个该游戏中间过程截图（没有实现检查与清理功能）

这个时候游戏面板中的方格面板对应的二维列表情况如下。

board = [
    ['', '', '', '', '', '', '', '', '', '', '', ''],
    ['', '', '', '', '', '', '', '', '', '', '', ''],
    ['', '', '', '', '', '', '', '', '', '', '', ''],
    ['', '', '', '', '', '', '', '', '', '', '', ''],
    ['', '', '', '', '', '', '', '', '', '', '', ''],
    ['', '', '', '', '', '', '', '', '', '', '', ''],
    ['', '', '', '', '', '', '', '', '', '', '', ''],
    ['', '', '', '', '', '', '', '', '', '', '', ''],
    ['', '', '', '', '', '', '', '', '', '', '', ''],
    ['', '', '', '', '', '', '', '', '', '', '', ''],
    ['', '', '', '', '', '', '', '', '', '', '', ''],
    ['', '', '', '', '', '', '', '', '', '', '', ''],
    ['', '', '', '', '', '', '', '', '', '', '', ''],
    ['', '', '', '', '', '', '', 'L', '', '', '', ''],
    ['', '', '', '', '', 'L', 'L', 'L', '', '', '', ''],
    ['', '', 'I', '', 'Z', 'Z', 'Z', 'Z', '', '', '', 'Z'],
    ['', 'T', 'I', 'I', 'S', 'Z', 'Z', 'Z', 'Z', '', 'Z', 'Z'],
    ['T', 'T', 'I', 'I', 'S', 'S', 'S', 'T', 'T', 'T', 'Z', 'L'],
    ['J', 'T', 'I', 'I', 'J', 'S', 'S', 'S', 'T', 'L', 'L', 'L'],
    ['J', 'J', 'J', 'I', 'J', 'J', 'J', 'S', 'I', 'I', 'I', 'I']
]

这是一个20x12 (20行12列) 的二维列表。

其中''空字符串对应空白格子。
'O', 'S', 'T', 'I', 'L', 'J', 'Z'等字母对应不同种类的俄罗斯方块，
有不同的颜色。

3 快速新建二维列表

使用列表生成式

创建3行4列的空字符串组成的二位列表。

board = [
    ["" for ci in range(4)] for ri in range(3)
]

board如下

[
    ['', '', '', ''],
    ['', '', '', ''],
    ['', '', '', '']
]

使用二层循环

创建3行4列的空字符串组成的二位列表。

board = []
for ri in range(3):
    row = []
    for ci in range(4):
        row.append("")
    board.append(row)

board如下

[
    ['', '', '', ''],
    ['', '', '', ''],
    ['', '', '', '']
]

4 嵌套列表初步使用

本小部分用到的二维列表如下

board_1 = [
    ['1', '2', '3', '4'],
    ['A', 'B', 'C', 'D'],
    ['+', '-', '*', '/']
]

0. 得到二维列表的行列总数(总行数，总列数)。

r = len(board_1)
c = len(board_1[0])

1. 根据行序号，列序号得到对应的值

得到C

ri, ci = 1, 2
cell = board_1[ri][ci]

2. 找到某个值对应的行列序号, 比如找到-的

find_r, find_c = -1, -1  # 默认值，用于处理没找到的情况

r = len(board_1)
c = len(board_1[0])
for ri in range(r):
    for ci in range(c):
        if board[ri][ci] == "-":
            find_r, find_c = ri, ci
            break

3. 得到某一行、某一列

得到某一行的所有格子，代码比较容易，如下(比如第一行)

row1 = board[1]  # 结果为：['A', 'B', 'C', 'D']

得到一列相对麻烦一点，如下（得到第一列）

column1 = [board[ri][1] for ri in range(r)]  # 结果为：['2', 'B', '-']

5 使用嵌套使用实例

井字棋检测

以上面举得例子为例

board = [
    ["X", "X", "X"],
    ["O", "X", " "],
    ["O", " ", "O"],
]

这个我们能看出来，是"X"对应得玩家赢了。
那么能不能实现一个程序，来判断是哪个玩家赢了呢?

具体一点，实现一个函数get_ttt_winner(board)，
接受一个3x3的二维列表board作为参数,
返回胜利玩家的棋子符号："X", "O", " "(没有人赢)。
补充: ttt是因为井字棋对应的英文是Tic-Tac-Toe。。。

思路分析：
这个时候，需要检查的是所有行，所有列，以及两个对角线。
这些本质上，都是三个格子组成的一串。

那么这里设计出一个对应的子函数check_bunch_match(bunch, symbol)。
能够检查三个格子组成的一串bunch是否是某个玩家的棋子symbol。
这样的解决总问题中的子问题的函数，常称为辅助函数help function。

def check_bunch_match(bunch, symbol):
    res = True
    for one in bunch:
        if one != symbol:
            res = False
            break

    return res

然后主函数就好写些了。
get_ttt_winner(board)
实现代码如下

def get_ttt_winner(board):
    r, c = len(board), len(board[0])
    for symbol in "XO":
        for ri in range(r):
            row = board[ri]
            if check_bunch_match(row, symbol):
                return symbol

        for ci in range(c):
            column = [board[ri][ci] for ri in range(r)]
            if check_bunch_match(column, symbol):
                return symbol

        diagonal_1 = [board[ri][ri] for ri in range(r)]
        diagonal_2 = [board[ri][c-ri-1] for ri in range(r)]
        if check_bunch_match(diagonal_1, symbol):
            return symbol
        if check_bunch_match(diagonal_2, symbol):
            return symbol

    return "N"

调用语句如下

board = [
    ["X", "X", "X"],
    ["O", "X", " "],
    ["O", " ", "O"],
]

r = get_ttt_winner(board)
print(r)

输出如下

X

俄罗斯方块检测

上面给的俄罗斯方块例子中，没有实现检查与清理功能。
那么我们接下来实现这个功能。

具体一点，实现一个函数check_and_clear(board)，
接受一个二维列表board作为参数(board的行列数不确定，但都大于0),
检测是否有行上占满了俄罗斯方格，有则清理，
直接在board上操作，不用返回。

为了方便看到效果，函数中，清理完毕后，直接以可读性比较高的格式来展示board。
空格子展示为_， 有俄罗斯方块的格子，用方块对应的字符展示。

思路分析：
需要一个子函数check_row_complete(row)，检查一行row是否填满。

def check_row_complete(row):
    for cell in row:
        if cell=='':
            return False

    return True

然后主函数check_and_clear(board)如下

def check_and_clear(board):
    has_complete_row = False
    r, c = len(board), len(board[0])
    for ri in range(r):
        if check_row_complete(board[ri]):
            # 当前行可消除
            if ri > 0:
                for cur_ri in range(ri, 0, -1):
                    board[cur_ri] = board[cur_ri-1][:]
                board[0] = ['' for j in range(c)]
            else:
                board[ri] = ['' for j in range(c)]

    # display
    for row in board:
        for cell in row:
            if cell:
                print(cell, end="")
            else:
                print("_", end="")

        print()

调用代码如下

board = [
    ['', '', '', '', '', '', '', '', '', '', '', ''],
    ['', '', '', '', '', '', '', '', '', '', '', ''],
    ['', '', '', '', '', '', '', '', '', '', '', ''],
    ['', '', '', '', '', '', '', '', '', '', '', ''],
    ['', '', '', '', '', '', '', '', '', '', '', ''],
    ['', '', '', '', '', '', '', '', '', '', '', ''],
    ['', '', '', '', '', '', '', '', '', '', '', ''],
    ['', '', '', '', '', '', '', '', '', '', '', ''],
    ['', '', '', '', '', '', '', '', '', '', '', ''],
    ['', '', '', '', '', '', '', '', '', '', '', ''],
    ['', '', '', '', '', '', '', '', '', '', '', ''],
    ['', '', '', '', '', '', '', '', '', '', '', ''],
    ['', '', '', '', '', '', '', '', '', '', '', ''],
    ['', '', '', '', '', '', '', 'L', '', '', '', ''],
    ['', '', '', '', '', 'L', 'L', 'L', '', '', '', ''],
    ['', '', 'I', '', 'Z', 'Z', 'Z', 'Z', '', '', '', 'Z'],
    ['', 'T', 'I', 'I', 'S', 'Z', 'Z', 'Z', 'Z', '', 'Z', 'Z'],
    ['T', 'T', 'I', 'I', 'S', 'S', 'S', 'T', 'T', 'T', 'Z', 'L'],
    ['J', 'T', 'I', 'I', 'J', 'S', 'S', 'S', 'T', 'L', 'L', 'L'],
    ['J', 'J', 'J', 'I', 'J', 'J', 'J', 'S', 'I', 'I', 'I', 'I']
]

check_and_clear(board)

输出如下

____________
____________
____________
____________
____________
____________
____________
____________
____________
____________
____________
____________
____________
____________
____________
____________
_______L____
_____LLL____
__I_ZZZZ___Z
_TIISZZZZ_ZZ

6 简单回顾

二维列表常用语法

获取总行数和总列数。

r = len(board)
c = len(board[0])

得到第ri行，第ci的内容: board[ri][ci]