[python] random 模块 -- 生成随机数/打乱序列

random 模块是 python 自带模块中非常常用的一个模块,它可以产生许多随机化的操作。无论你是做网页开发,还是写普通的算法程序,随机数的生成都起到了很重要的作用。

随机数种子 seed() 与 random() 函数

按照其他语言的惯例,在导入 random 模块之后,我们首先需要设定一个随机数种子 seed(num) 。其中 num 就是要设置的种子。为什么要设置随机数种子呢?其实计算机的随机数是一种“伪随机数”,它并不能做到真正的随机,而是用一种算法通过随机数种子计算出一个“随机的”序列。所以当随机数种子相同的时候,出现的随机数的序列是一样的。在设定了随机数种子后,我们就可以用 random() 函数来输出随机数。下面我们先演示随机数种子相同的情况:

import random
random.seed(3)
print(random.random())

运行两次,输出结果是相同的

0.23796462709189137

0.23796462709189137

前面说其他语言使用 random() 前要定义随机数种子,但是 python 与其他语言不同。当你省去 seed() 中的参数时,它会自动使用系统当前时间作为种子,因为时间基本不会重复,所以就可以保证随机的唯一性(不会像指定种子那样会重复)。 python 中使用 random 模块时,还可以不加 seed() 这一语句,它也会自动将当前时间设置为随机数种子。所以我们测试下面的代码:

import random
print(random.random())

可以看到,这样的话两次输出就不同了,表面上看起来就具备了随机性。

0.826457253856883

0.656398726587975

randint() / randrange() / uniform() / getgetrandbits()

细心的朋友可能会发现, random() 输出的值都在0-1之间,事实上它的取值范围是 [0, 1) 的浮点数,那么假如想要输出 [1,9] 的整数,要怎么办呢?

也许有的人会想到:

int(random.random() * 9) + 1

如果你想到了上面的代码,恭喜你,基础功不错。不过在 python 中,这就不够“简洁优雅”了。正确的使用方法是

random.randint(1, 9)

randint(a, b) 的作用是产生一个 [a, b] 的整数。与这个不同的是, randrange(m, n[, k = 1]) 这个函数可以产生一个 [m, n) 之间以 k 为步长的整数,其中参数 k 是可以省略的,默认值为1。使用上面几个函数时,要注意开闭区间。

randint(a, b)randrange(m, n[, k = 1]) 这两个函数产生的都是整数。如果要随机产生一段区间的浮点数的话,就可以用uniform(a, b)这一个函数,它可以生成一个区间为 [a, b] 的随机小数。除此之外,还有一个 getrandbits(k) 的函数,它可以产生k比特长的随机整数,在使用固定位数16进制数或者2进制数时,这个函数将更加好用。

上面讲了这么多都是和生成随机数有关,不过 random 模块不仅仅能产生随机数,它还能实现更多的功能……

choice() 与 choices() - 随机选择

比如说你想做一个随机点名的程序,你将所有学生的姓名放在一个列表中。假如 random 模块只能实现生成随机数的功能的话,你还必须要将产生的随机数一一分配(比如说分配学号),这样并不直观。这个时候, python 就给我们提供了一个很好的选择 -- choice(seq) 。这个函数可以实现从一个列表中随机选择一个内容并返回。例如以下的代码:

import random
ls = ['David', 'Mike', 'Jack']
print(random.choice(ls))
David

如果要选出多个元素的话,只需要在 choice 后面加个 s ,choices(seq[, k = 1]) ,其中seq仍为待输入的序列,在后加 k = n 则可以挑选出 n 个元素生成一个新的列表。不过这个元素是会重复的。下面就遇到了这个问题:

import random
ls = ['David', 'Mike', 'Jack']
print(random.choices(ls,k = 2))
['Jack', 'Jack']

shuffle() - 随机打乱一个序列

接下来就是一个更有趣的函数了, shuffle(seq) ,它可以将一个序列打乱。注意它会将数列原地打乱,意思就是说,运行完毕后 seq 保存的就是打乱后的序列,而将这个函数的结果直接输出或者赋值给其他变量都是不可行的。

错误 用法:

import random
ls = ['David', 'Mike', 'Jack']
print(random.shuffle(ls))
返回值是 None ,所以正确用法为

import random
ls = ['David', 'Mike', 'Jack']
random.shuffle(ls)
print(ls)
返回值是 ['Mike', 'Jack', 'David']
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