面试题：Python切片在多维数据结构中的应用

Question

有一个二维列表`matrix = [[1, 2, 3], [4, 5, 6], [7, 8, 9]]`，请通过切片操作获取由每行的第一个和最后一个元素组成的新列表，即`[[1, 3], [4, 6], [7, 9]]`，并阐述切片操作在多维数据结构中的应用规则和需要注意的地方。

Answer 1

matrix = [[1, 2, 3], [4, 5, 6], [7, 8, 9]]
new_list = [[sub_list[0], sub_list[-1]] for sub_list in matrix]
print(new_list) 

切片操作在多维数据结构中的应用规则

1. 基本规则：对于二维列表（类似矩阵结构），外层列表的索引用于选择行，内层列表的索引用于选择列。切片操作[start:stop:step]同样适用，start为起始索引（包含），stop为结束索引（不包含），step为步长。
2. 选择行：例如matrix[1:3]会选择第2行到第3行（索引从0开始），结果是[[4, 5, 6], [7, 8, 9]]。
3. 选择列：由于列表没有直接按列切片的语法，但可以通过遍历行，对每行进行切片操作来实现。如要获取每一行的前两列，可以使用[[sub_list[0:2] for sub_list in matrix]]，结果是[[1, 2], [4, 5], [7, 8]]。

需要注意的地方

1. 索引范围：要确保索引在合法范围内，否则会抛出IndexError。例如，访问matrix[3]会出错，因为只有0、1、2三个合法的行索引。
2. 步长的影响：步长为负数时，切片方向会改变。如matrix[::-1]会将矩阵的行逆序排列。
3. 内存和性能：切片操作会生成新的对象（浅拷贝），对于大型多维数据结构，可能会消耗较多内存。如果只是想遍历特定部分的数据而不生成新对象，可以考虑使用生成器表达式。