Python列表嵌套列表：高效填充子列表至统一长度

在处理包含不同长度子列表的嵌套列表时，我们经常需要将所有子列表统一填充到某个最大长度，以便后续的数据处理或分析。一个常见的误区是尝试使用itertools.zip_longest来完成这项任务，然而，这种方法往往会意外地导致数据结构被转置。

理解zip_longest的转置行为

itertools.zip_longest函数设计初衷是聚合多个可迭代对象的对应元素，并用指定值填充最短的序列。当我们将一个列表的列表（例如master_results）通过*操作符解包（unpack）传递给zip_longest时，每个子列表会被视为一个独立的参数。

例如，如果master_results = [[1, 2], [3, 4, 5], [6]]，那么zip_longest(*master_results)实际上等同于zip_longest([1, 2], [3, 4, 5], [6])。zip_longest会取出第一个可迭代对象的第一个元素、第二个可迭代对象的第一个元素，以此类推，形成一个新的元组。这种行为本质上是对原始数据执行了转置操作。

from itertools import zip_longest

master_results = [[1, 2], [3, 4, 5], [6]]
# 尝试使用 zip_longest 填充
transposed_result = list(zip_longest(*master_results, fillvalue=''))

print("原始数据:", master_results)
print("使用 zip_longest 后的结果 (已转置):", transposed_result)
# 输出: [[1, 2], [3, 4, 5], [6]]
# 输出: [ (1, 3, 6), (2, 4, ''), ('', 5, '') ]

从输出可以看出，zip_longest确实填充了最短的“列”，但同时也改变了数据的维度，将一个N行M列的结构变成了M行N列。如果我们的目标仅仅是填充子列表而不是转置，这种方法就不是我们想要的。

直接填充子列表的有效方法

要避免转置并直接填充子列表，最直观和高效的方法是遍历主列表中的每一个子列表，检查其长度，如果小于目标长度，则使用list.extend()方法添加所需的填充值。

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实现步骤：

1. 确定目标长度（max_length）：这是所有子列表最终需要达到的统一长度。
2. 确定填充值（fill_value）：当子列表长度不足时，用于填充的默认值。
3. 遍历主列表：逐一访问每个子列表。
4. 检查并填充：对于每个子列表，如果其当前长度小于max_length，则计算需要添加的元素数量，并使用extend()方法将fill_value重复添加到子列表末尾。

示例代码：

假设我们有一个名为master_results的列表，其中包含多个子列表，我们希望将所有子列表填充到长度为10，并使用空字符串""作为填充值。

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# 示例数据
master_results = [
    [1, 2, 3],
    ['a', 'b', 'c', 'd', 'e'],
    [True, False, None, 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70],
    [9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2],
    []
]

# 设定目标长度和填充值
target_length = 10
fill_value = ''

print("填充前的数据结构:")
for i, sublist in enumerate(master_results):
    print(f"  子列表 {i}: {sublist} (长度: {len(sublist)})")

# 遍历并填充子列表
for sublist in master_results:
    if len(sublist) < target_length:
        # 计算需要添加的元素数量
        padding_needed = target_length - len(sublist)
        # 使用 extend 方法添加填充值
        sublist.extend([fill_value] * padding_needed)

print("\n填充后的数据结构:")
for i, sublist in enumerate(master_results):
    print(f"  子列表 {i}: {sublist} (长度: {len(sublist)})")

# 验证所有子列表是否都达到了目标长度
all_same_length = all(len(sublist) == target_length for sublist in master_results)
print(f"\n所有子列表是否都达到目标长度 {target_length}: {all_same_length}")

运行上述代码，你会看到所有子列表都被成功填充到了10个元素，并且原始的行/列结构保持不变。

注意事项与扩展

1. 原地修改（In-place Modification）：上述方法直接修改了master_results中的子列表。如果需要保留原始数据，可以先创建master_results的深拷贝，或者在填充时构建一个新的列表。

   # 创建新列表的示例
   new_master_results = []
   for sublist in master_results:
       if len(sublist) < target_length:
           padding_needed = target_length - len(sublist)
           new_master_results.append(sublist + [fill_value] * padding_needed)
       else:
           new_master_results.append(sublist[:target_length]) # 如果子列表过长，可以截断

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   或者使用列表推导式（List Comprehension）：

   new_master_results = [
       (sublist + [fill_value] * (target_length - len(sublist)))
       if len(sublist) < target_length else sublist[:target_length]
       for sublist in master_results
   ]

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   请注意，如果子列表本身是可变对象（如列表），sublist + [...]会创建一个新的子列表对象。

2. 动态确定目标长度：如果target_length不是一个固定值，而是取决于master_results中子列表的最大长度，可以这样确定：

   target_length = max(len(sublist) for sublist in master_results) if master_results else 0

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3. 填充值的选择：fill_value的选择应根据实际需求来定。它可以是空字符串""、None、0、False或任何其他适合表示“缺失”或“默认”的占位符。

总结

当需要将Python中的嵌套列表的子列表填充到统一长度时，直接遍历主列表并使用list.extend()方法是比itertools.zip_longest更简洁、更符合预期且不引起数据转置的解决方案。这种方法保持了数据的原始结构，并且易于理解和实现，是处理此类问题的推荐实践。

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