Краткий ответ

Оператор повторения списка умножает последовательность ссылок, а не создаёт независимые копии вложенных объектов. Поэтому все строки такой матрицы могут ссылаться на один и тот же вложенный список, и изменение одной строки становится видимым через остальные.

Исторический контекст

Контейнеры Python хранят ссылки на объекты. Такое поведение позволяет быстро формировать повторяющиеся последовательности без неявного дорогостоящего копирования произвольных объектов, но требует явно учитывать различие между копированием контейнера и копированием его содержимого.

Постановка проблемы

Ошибка возникает при создании двумерных структур повторением списка, содержащего изменяемый список. Внешне результат выглядит как матрица с несколькими строками, однако строки фактически являются несколькими ссылками на один объект.

Это опасно для таблиц, игровых полей, буферов и любых данных, где изменение одной ячейки не должно затрагивать соседние строки. Неверная инициализация может проявиться значительно позже, когда код изменит только один элемент.

Подробное решение

При повторении списка Python не вызывает копирование каждого элемента. Он создаёт новый внешний список, в котором одна и та же ссылка размещена несколько раз.

matrix = [[0] * 3] * 3
matrix[0][1] = 7

print(matrix)
# [[0, 7, 0], [0, 7, 0], [0, 7, 0]]

Внутренний список создан один раз. Все три строки указывают на него, поэтому обращение через любую строку изменяет общий объект.

Безопасный вариант создаёт новый внутренний список на каждой итерации:

matrix = [[0] * 3 for _ in range(3)]
matrix[0][1] = 7

print(matrix)
# [[0, 7, 0], [0, 0, 0], [0, 0, 0]]

Здесь выражение [0] * 3 вычисляется заново для каждой строки. Повторение неизменяемых объектов, например целых чисел или ссылок на один и тот же безопасно неизменяемый объект, обычно не создаёт такой проблемы. Однако неизменяемость самого элемента нужно отличать от неизменяемости контейнера, в котором он находится.

Обычное поверхностное копирование также копирует только внешний уровень. Если вложенный список уже существует, операции вроде list(existing), среза списка или copy.copy сохранят ссылки на те же вложенные объекты. Для независимой копию сложной структуры применяют глубокое копирование с учётом его стоимости и ограничений, либо явно строят структуру нужной формы.

Ситуация из практики

Сервис формирует поле размером 1000 на 1000 ячеек. Вариант с повторением одной строки экономичен по времени создания, но нарушает независимость строк и приводит к массовому изменению данных при обновлении одной ячейки.

Рассматривались три подхода. Повторение вложенного списка быстро, но некорректно для изменяемых строк. deepcopy универсален, однако избыточен для простой числовой матрицы и может увеличить затраты по памяти и времени. Списковое включение создаёт отдельную строку на каждой итерации, поэтому было выбрано именно оно.

В результате изменение конкретной ячейки затрагивает только соответствующую строку. При больших структурах дополнительно можно рассмотреть специализированные массивы, но это уже выбор модели данных, а не способ исправления ссылочной семантики обычного списка.

Что кандидаты часто упускают

Всегда ли повторение списка опасно для вложенных объектов?

Нет. Опасность появляется, когда повторяется ссылка на изменяемый объект, например список или словарь. Если элементы неизменяемы, изменить общий объект через одну позицию нельзя. Однако ссылка всё равно может быть общей — просто это не приводит к наблюдаемой мутации.

Исправит ли ситуацию поверхностная копия каждой строки после создания матрицы?

Да, если копировать строку отдельно для каждой позиции до начала изменений: поверхностная копия создаёт новый внешний список строки. Но копирование уже изменённой структуры не отменяет прошлых побочных эффектов, а вложенные уровни глубже первого по-прежнему могут оставаться общими.

Когда оправдано глубокое копирование вместо спискового включения?

Глубокое копирование полезно, когда нужно получить независимую копию уже существующей сложной структуры с несколькими уровнями вложенности. Для регулярной матрицы известной формы оно обычно менее прозрачно и дороже, чем явное создание каждой строки; кроме того, глубокое копирование может иметь особое поведение для пользовательских объектов, циклических ссылок и ресурсов.