Python random模块

Python的random模块用来生成随机数，可以用于游戏开发、数据抽样、密码生成等各种需要随机性的场景。

导入模块

使用random模块前需要先导入：

import random

生成基本随机数

0到1之间的随机小数

import random

# 生成0到1之间的随机小数，包含0但不包含1
num = random.random()
print(num)  # 例如：0.548813

# 多次生成
for i in range(3):
    print(f"随机数 {i+1}: {random.random()}")

设置随机种子

设置种子可以让随机数序列可重复，这在测试时很有用：

import random

# 不设置种子，每次运行结果不同
print("无种子:", random.random())

# 设置固定种子，每次运行结果相同
random.seed(42)
print("种子42:", random.random())

random.seed(42)  # 重新设置相同种子
print("种子42:", random.random())  # 与上面结果相同

生成随机整数

指定范围内的随机整数

import random

# 生成1到10之间的随机整数（包含1和10）
dice = random.randint(1, 6)
print(f"掷骰子: {dice}")

# 生成1到100的随机数
lucky_number = random.randint(1, 100)
print(f"幸运数字: {lucky_number}")

使用randrange函数

import random

# 生成0到9的随机整数
num1 = random.randrange(10)
print(f"0-9随机数: {num1}")

# 生成1到10的随机整数
num2 = random.randrange(1, 11)
print(f"1-10随机数: {num2}")

# 生成1,3,5,7,9中的一个
num3 = random.randrange(1, 10, 2)
print(f"奇数: {num3}")

随机选择元素

从列表中随机选择

import random

fruits = ['苹果', '香蕉', '橙子', '葡萄', '西瓜']

# 随机选择一个水果
choice1 = random.choice(fruits)
print(f"今天吃: {choice1}")

# 随机选择多个水果（可重复）
choices = random.choices(fruits, k=3)
print(f"选择3个: {choices}")

从列表中随机选择多个不重复元素

import random

numbers = [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10]

# 随机选择3个不重复的数字
sample = random.sample(numbers, 3)
print(f"抽奖号码: {sample}")

# 从字符串中随机选择字符
word = "Python"
random_chars = random.sample(word, 3)
print(f"随机字符: {random_chars}")

打乱列表顺序

import random

cards = ['红桃A', '红桃2', '红桃3', '红桃4', '红桃5']

print("原始顺序:", cards)

# 打乱列表顺序
random.shuffle(cards)
print("洗牌后:", cards)

# 再次打乱
random.shuffle(cards)
print("再次洗牌:", cards)

生成特定范围的随机数

指定范围内的随机小数

import random

# 生成1.0到10.0之间的随机小数
num1 = random.uniform(1.0, 10.0)
print(f"1-10随机小数: {num1:.2f}")

# 生成0到100的随机小数
num2 = random.uniform(0, 100)
print(f"0-100随机小数: {num2:.2f}")

三角形分布随机数

import random

# 生成偏向中间的随机数
num = random.triangular(1, 10, 5)
print(f"三角形分布: {num:.2f}")

实际应用案例

抽奖程序

import random

def lottery_draw(participants, winners_count):
    """抽奖函数"""
    if len(participants) < winners_count:
        return "参与人数不足"
    
    winners = random.sample(participants, winners_count)
    return winners

# 参与抽奖的人员
players = ['张三', '李四', '王五', '赵六', '钱七', '孙八', '周九', '吴十']

# 抽取3名获奖者
result = lottery_draw(players, 3)
print("中奖名单:", result)

随机密码生成器

import random
import string

def generate_password(length=8):
    """生成随机密码"""
    # 定义字符集
    characters = string.ascii_letters + string.digits + "!@#$%"
    
    # 随机选择字符
    password = ''.join(random.choice(characters) for i in range(length))
    return password

# 生成密码
print("8位密码:", generate_password(8))
print("12位密码:", generate_password(12))

掷骰子游戏

import random

def dice_game():
    """简单的掷骰子游戏"""
    player1_score = 0
    player2_score = 0
    
    for round in range(3):
        input(f"第{round+1}轮 - 按回车键掷骰子...")
        
        # 玩家1掷骰子
        player1_roll = random.randint(1, 6)
        player1_score += player1_roll
        
        # 玩家2掷骰子
        player2_roll = random.randint(1, 6)
        player2_score += player2_roll
        
        print(f"玩家1: {player1_roll}点, 玩家2: {player2_roll}点")
    
    print(f"\n最终得分 - 玩家1: {player1_score}, 玩家2: {player2_score}")
    
    if player1_score > player2_score:
        return "玩家1获胜!"
    elif player2_score > player1_score:
        return "玩家2获胜!"
    else:
        return "平局!"

# 开始游戏
result = dice_game()
print(result)

高级随机分布

random模块还提供了一些统计分布函数：

正态分布

import random

# 生成正态分布随机数（平均值为0，标准差为1）
normal_num = random.gauss(0, 1)
print(f"正态分布: {normal_num:.2f}")

# 生成多个正态分布数
normal_numbers = [random.gauss(100, 15) for _ in range(5)]
print("正态分布样本:", [f"{x:.1f}" for x in normal_numbers])

指数分布

import random

# 生成指数分布随机数
exp_num = random.expovariate(1.0)
print(f"指数分布: {exp_num:.2f}")

随机数状态管理

可以保存和恢复随机数生成器的状态：

import random

# 保存当前状态
state = random.getstate()

# 生成一些随机数
print("状态保存前的随机数:")
for i in range(3):
    print(random.random())

# 恢复之前的状态
random.setstate(state)

print("恢复状态后的随机数:")  # 与上面相同
for i in range(3):
    print(random.random())

生成随机字节

import random

# 生成4个随机字节
random_bytes = random.randbytes(4)
print("随机字节:", random_bytes)

# 生成随机比特位
random_bits = random.getrandbits(8)
print("8位随机数:", random_bits)
print("二进制:", bin(random_bits))

使用权重进行随机选择

import random

# 水果和对应的权重（香蕉被选中的概率最高）
fruits = ['苹果', '香蕉', '橙子']
weights = [1, 3, 2]  # 权重值

# 按权重随机选择
selected = random.choices(fruits, weights=weights, k=10)
print("带权重的选择:", selected)

# 计算每个水果被选中的次数
from collections import Counter
count = Counter(selected)
print("选择统计:", count)

注意事项

随机数的安全性

import random
import secrets

print("普通随机数（不适用于密码学）:")
for i in range(3):
    print(random.random())

print("\n加密安全随机数:")
for i in range(3):
    print(secrets.randbelow(100))  # 使用secrets模块生成安全随机数

重要提示：random模块生成的随机数不适合密码学用途，如果需要安全随机数，请使用secrets模块。

常见错误避免

import random

# 错误示例：在循环中重复设置相同种子
for i in range(3):
    random.seed(42)  # 这样每次都会得到相同的"随机"数
    print(random.random())

print("---")

# 正确做法：设置一次种子，或者不设置
random.seed(42)
for i in range(3):
    print(random.random())  # 这样会得到不同的随机数

总结

random模块提供了丰富的随机数生成功能：

基本随机数：random(), seed()
随机整数：randint(), randrange()
随机选择：choice(), choices(), sample()
顺序打乱：shuffle()
特定分布：uniform(), gauss(), expovariate()

这些函数在游戏开发、数据分析、测试用例生成等场景中非常有用。记住对于安全敏感的应用，要使用secrets模块而不是random模块。

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