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十二、Python 内置模块之 random

random 库是 Python 中生成随机数的标准库，包含的函数清单如下：

• 基本随机函数：seed、random、getstate、setstate；
• 扩展随机函数：randint、getrandbits、randrange、choice、shuffle、sample；
• 分布随机函数：uniform、triangular、betavariate、expovariate、gammavariate、gauss、lognormvariate、normalvariate、vonmisesvariate、paretovariate、weibullvariate。
  发现单词 variate 出现频率比较高，该但是是变量的意思。

12.1 基本随机函数

12.1.1 seed 与 random 函数

seed 函数初始化一个随机种子，默认是当前系统时间。
random 函数 生成一个 [0.0,1.0) 之间的随机小数 。

具体代码如下：

import random

random.seed(10)

x = random.random()
print(x)

其中需要说明的是 random.seed 函数， 通过 seed 函数 可以每次生成相同的随机数，例如下述代码：

import random

random.seed(10)
x = random.random()
print(x)

random.seed(10)
y = random.random()
print(y)

在不同的代码上获取到的值是不同的，但是 x 与 y 是相同的。

0.5714025946899135
0.5714025946899135

12.1.2 getstate() 和 setstate(state)

getstate 函数用来记录随机数生成器的状态，setstate 函数用来将生成器恢复到上次记录的状态。

# 记录生成器的状态
state_tuple = random.getstate()
for i in range(4):
    print(random.random())
print("*"*10)
# 传入参数后恢复之前状态
random.setstate(state_tuple)
for j in range(4):
    print(random.random())

输出的随机数两次一致。

0.10043296140791758
0.6183668665504062
0.6964328590693109
0.6702494141830372
**********
0.10043296140791758
0.6183668665504062
0.6964328590693109
0.6702494141830372

12.2 扩展随机函数

random 扩展随机函数有如下几个：

`randint`、`getrandbits`、`randrange`、`choice`、`shuffle`、`sample`

12.2.1 randint 和 randrange

randint 生成一个 [x,y] 区间之内的整数。
randrange 生成一个 [m,n) 区间之内以 k 为步长的随机整数。

测试代码如下：

x = random.randint(1,10)
print(x)

y = random.randrange(1,10,2)
print(y)

这两个函数比较简单，randint 函数原型如下：

random.randint(start,stop)

参数 start 表示最小值，参数 stop 表示最大值，两头都是闭区间，也就是 start 和 stop 都能被获取到。

randrange 函数原型如下：

random.randrange(start,stop,step)

如果函数调用时只有一个参数，默认是从 0 到该参数值，该函数与 randint 区别在于，函数是左闭右开，最后一个参数是步长。

查阅效果，可以复制下述代码运行：

for i in range(3):
    print("*"*20)
    print(random.randrange(10))
    print(random.randrange(5,10))
    print(random.randrange(5,100,5))

12.2.2 getrandbits(k) 和 choice(seq)

getrandbits 生成一个 k 比特长的随机整数，实际输出的是 k 位二进制数转换成的十进制数。
choice 从序列中随机选择一个元素。

x =  random.getrandbits(5)
print(x)
# 生成的长度是 00000-11111

getrandbits(k) 函数可以简单描述如下：输出一个 $[0,2^k-1]$ 范围内一个随机整数，k 表示的是 2 进制的位数。

choice 就比较简单了，从列表中返回一个随机元素。

import random

my_list = ["a", "b", "c"]

print(random.choice(my_list))

12.2.3 shuffle(seq) 和 sample(pop,k)

shuffle 函数用于将序列中的元素随机排序，并且原序列被修改。
sample 函数用于从序列或者集合中随机选择 k 个选择，原序列不变。

my_list = [1,2,3,4,5,6,7,8,9]
random.shuffle(my_list)

print(my_list)

shuffle 函数只能用于可变序列，不可变序列（如元组）会出现错误。

my_list = ["梦想", "橡皮擦", 1, 2, [3, 4]]
print(my_list)
ls = random.sample(my_list, 4)
print(ls)

12.3 分布随机函数

该部分涉及的比较多，重点展示重要和常见的一些函数。

12.3.1 uniform(a,b) 、betavariate 和 triangular 函数

uniform 生成一个 [a,b] 之间的随机小数，采用等概率分布。
betavariate 生成一个 [0,1] 之间的随机小数，采用 beta 分布。
triangular 生成一个 [low,high] 之间的随机小数，采用三角分布。

在使用 uniform 时候需要注意，如果 a<b，那么生成一个 b-a 之间的小数。

for i in range(3):
    print(random.uniform(4, 1))

12.3.2 其它分布随机函数

以下都是生成随机数的方法，只是底层核心算法不同。
、、、、、、、。

1. expovariate：生成一个 (0,∞) 之间的随机整数，指数分布；
2. gammavariate：采用 gamma 分布；
3. gauss：采用高斯（正太）分布；
4. lognormvariate：对数正太分布；
5. normalvariate：正太分布；
6. vonmisesvariate：冯米赛斯分布；
7. paretovariate：帕累托分布；
8. weibullvariate：韦伯分布。

12.4 这篇博客的总结

本篇博客学习了 Python 中随机数相关的知识点，希望对你有所帮助。

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