Python中的随机数生成

引言

随机数生成是计算机科学中重要的一个领域。它在很多应用中扮演着重要的角色。Python提供了很多生成随机数的库，使得我们可以方便地进行随机数生成。在这篇文章中，我们将对Python中的随机数生成进行详细的介绍。

随机数的生成

独立随机数的生成

Python中的random库与numpy库可以用来独立地生成随机数。

1. random库

Python中的random库提供了一些生成随机数的函数。

1）randint(a, b)

生成一个[a,b]区间内的整数，包括a和b。

import random
num = random.randint(1,10)
print(num) # output: 3

2）random()

生成一个[0.0, 1.0)之间的浮点数。

import random
num = random.random()
print(num) # output: 0.3204097498351161

3）uniform(a, b)

生成一个[a, b]之间的浮点数，包括a和b。

import random
num = random.uniform(1, 10)
print(num) # output: 3.56304425424927

4）choice(seq)

从序列seq中随机选择一个元素，并返回。

import random
list1 = [1, 2, 3, 4, 5]
num = random.choice(list1)
print(num) # output: 5

5）shuffle(seq)

将序列seq中的元素随机排列。

import random
list1 = [1, 2, 3, 4, 5]
random.shuffle(list1)
print(list1) # output: [2, 1, 5, 4, 3]

6）sample(population, k)

从总体population中随机选择k个元素，并返回。

import random
list1 = [1, 2, 3, 4, 5]
result = random.sample(list1, 3)
print(result) # output: [2, 4, 1]

2. numpy库

numpy库提供了更多的随机数生成函数，以及更好的随机数生成方法。

1）生成均匀分布的随机数

使用numpy库中的random.rand()函数可以生成指定维度大小的[0,1)之间的均匀分布的随机数。

import numpy as np
x = np.random.rand(2, 3)
print(x)
# output:
# [[0.30553619 0.12912136 0.58258673]
# [0.32632726 0.50506218 0.52664312]]

2）生成正态分布的随机数

使用numpy库中的random.randn()函数可以生成指定维度大小的正态分布的随机数。

import numpy as np
x = np.random.randn(2, 3)
print(x)
# output:
# [[ 0.19294792 -1.24629452  1.10974924]
# [-0.79212248  0.85287639  1.50194744]]

3）生成随机整数

使用numpy库中的random.randint()函数可以生成指定上限和下限之间的随机整数。

import numpy as np
x = np.random.randint(low=0, high=5, size=(2, 3))
print(x)
# output:
# [[4 2 1]
#  [2 1 2]]

伪随机数生成器

伪随机数生成器是一种基于算法的随机数生成器，可生成看似随机的数列，但实际上这些数列是可重现的。Python中的伪随机数生成器基于梅森旋转算法。

1. random库

在random库中，可以使用random.seed()函数设置随机数生成的种子，以便得到可重现的结果。如果没有设置种子，则随机数生成器将使用系统时间作为种子。

import random
random.seed(0)
num = random.randint(1, 10)
print(num) # output: 6

random.seed(0)
num = random.randint(1, 10)
print(num) # output: 6

2. numpy库

在numpy库中，可以使用numpy.random.seed()函数来设置随机数生成的种子。

import numpy as np
np.random.seed(0)
x = np.random.randn(2, 3)
print(x)
# output:
# [[ 1.76405235  0.40015721  0.97873798]
#  [ 2.2408932   1.86755799 -0.97727788]]

np.random.seed(0)
x = np.random.randn(2, 3)
print(x)
# output:
# [[ 1.76405235  0.40015721  0.97873798]
#  [ 2.2408932   1.86755799 -0.97727788]]

总结

在Python中生成随机数非常方便，random库和numpy库提供了许多随机数生成函数和方法。可以根据需要，选择适当的随机数生成方法。