[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) 和 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']