Python3 中的 random模块

目录

• random模块介绍
• random模块常用函数学习
• 练习题
• 参考资料

在项目中，我们做随机图像增强或者概率性的需求时，可能会用到随机函数，这里介绍下Python3自带的伪随机数生成器模块random，大多数知识来源于官网教材，我加以总结和添加代码实例。

random模块介绍

• 对于整数，从范围中有统一的选择。 对于序列，存在随机元素的统一选择、用于生成列表的随机排列的函数、以及用于随机抽样而无需替换的函数。
• 在实数轴上，有计算均匀、正态（高斯）、对数正态、负指数、伽马和贝塔分布的函数。 为了生成角度分布，可以使用 von Mises 分布。
• 几乎所有模块函数都依赖于基本函数 random() ，它在半开放区间 [0.0,1.0) 内均匀生成随机浮点数。

random模块常用函数

必须记住的函数

• random.sed(a=None, version=2)：初始化随机数生成器。如果 a 被省略或为 None ，则使用当前系统时间。 如果操作系统提供随机源，则使用它们而不是系统时间
• random.getstate()：返回捕获生成器当前内部状态的对象。 这个对象可以传递给 setstate() 来恢复状态。
• random.setstate(state)：state 应该是从之前调用 getstate() 获得的，并且 setstate() 将生成器的内部状态恢复到 getstate() 被调用时的状态。可以和random.getstate()一起配合使用，使得程序中两个不同地方的变量获得相同的随机数状态

返回随机整数用函数

• random.randrange(stop)：初始值默认为0，返回0-stop之间的随机数整数
• random.randrange(start, stop[, step])：从 range(start, stop, step) 返回一个随机选择的元素。 这相当于 choice(range(start, stop, step)) ，但实际上并没有构建一个 range 对象。
• random.randint(a,b)：返回随机整数 N 满足 a <= N <= b。相当于 randrange(a, b+1)，但这个函数更常用。

实例代码如下：

>>> random.randint(1,20)
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>>> random.randint(1,20)
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>>> random.randrange(10)
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以上三个返回随机整数用的函数，在重复使用的情况下，可能会返回重复的随机整数

返回随机序列用函数

• random.choice(sep)： 从一个序列中随机选取一个元素返回
• random.shuffle(x[,random])：将序列x随机打乱位置（原地打乱）：不返回任何对象
• random.sample(population,k)：返回从总体序列或集合中（population）选择的唯一元素的 k 长度列表。 用于无重复的随机抽样。

实例代码如下：

>>> range_list = list(range(10))
>>> range_list
[0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]
>>> random.choice(range_list)
6
>>> random.shuffle(range_list)
>>> range_list
[9, 0, 5, 7, 4, 3, 2, 6, 1, 8]
>>> random.sample(range_list, 3)
[3, 8, 2]
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返回实指分布函数

以下函数生成特定的实值分布，如常用数学实践中所使用的那样, 函数参数也以分布方程中的相应变量命名：

• random.random()：返回 [0.0, 1.0) 范围内的下一个随机浮点数。
• random.uniform(a, b)：返回a到b之间的一个随机浮点数 N ，当 a <= b 时 a <= N <= b ，当 b < a 时 b <= N <= a 。取决于等式 a + (b-a) * random() 中的浮点舍入，终点 b 可以包括或不包括在该范围内。
• 其他不常用的如：Beta分布random.betavariate(alpha, beta)，Gamma分布random.gammavariate(alpha, beta)，指数分布random.expovariate(lambd)等

实例代码如下：

>>> random.random()                                                        
0.5031251868994626
>>> random.random()
0.9571548892051094
>>> random.uniform(1,2)
1.2647918605857986
>>> random.uniform(1,2)
1.7418032314031406
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练习题

例子：地理老师为了考核班里的20个学生，中国34个省的省会城市是什么。但为了防止学生作弊，每份试卷的题目顺序不一样，答案也不一样。因此需要写一个程序创建20份试卷，每份试卷创建34个多重选择题，次序随机。为每个题提供一个正确答案和3个随机的错误答案。试卷写进20个文本文件，每份试卷的答案也写进20个文本文件。
代码如下：

import random
capital_city_string = "北京市--北京 ；上海市 --上海 ；天津市 --天津 ；重庆市 --重庆 ；" \
                    "黑龙江省 --哈尔滨 ；吉林省 --长春； 辽宁省 --沈阳 ；内蒙古自治区--呼和浩特 ；" \
                     "河北省 --石家庄 ；新疆维吾尔自治区--乌鲁木齐 ；甘肃省-- 兰州 ；青海省--西宁 ；" \
                     "陕西省 --西安 ；宁夏回族自治区--银川 ；河南省-- 郑州 ；山东省--济南 ；" \
                    "山西省--太原 ；安徽省--合肥 ；湖南省--长沙；湖北省--武汉 ；江苏省--南京 ；" \
                     "四川省--成都； 贵州省--贵阳 ；云南省--昆明 ；广西壮族自治区--南宁 ；" \
                    "西藏自治区-- 拉萨 ；浙江省--杭州； 江西省--南昌 ；广东省--广州 ；福建省--福州 ；" \
                    "台湾省--台北 ；海南省 --海口 ；香港特别行政区-- 香港； 澳门特别行政区-- 澳门"
grade = {0: "A", 1: "B", 2: "C", 3: "D"}  # 设置答案等级
def get_dict(city_string):  # 将省会和省会城市的字符串转变成一个字典格式
    province_and_capital_dict = {}
    city_list = city_string.split("；")
    for city_index in city_list:
        province_and_capital_list = city_index.split("--")
        province_and_capital_dict[province_and_capital_list[0]] = province_and_capital_list[1]
    return province_and_capital_dict

def make_test_paper(province_and_capital_dict):
    for i in range(20):
        f_test = open("E:\\test" + str(i + 1) + ".txt", "w+")  # 创建试卷文件
        f_answer = open("E:\\answer" + str(i + 1) + ".txt", "w+")  # 创建试卷答案文件
        f_test.write("Name:\n")  # 试卷前需要学生填写自己的姓名
        f_test.write("Score:\n\n")  # 试卷的得分
        province_and_capital_dictkeys = list(province_and_capital_dict.keys())  # 获得34省列表
        random.shuffle(province_and_capital_dictkeys)  # 随机打乱34省列表的顺序
        for i in range(34):  # 循环创建34个题目
            # 将问题写入文件
            f_test.write(str(i+1)+","+"what's the capital of " + province_and_capital_dictkeys[i]+"?\n")
            correct_answer = province_and_capital_dict[province_and_capital_dictkeys[i]]  # 问题的正确答案
            error_answer = list(province_and_capital_dict.values())  # 所有的答案
            error_answer.remove(correct_answer)  # 在所有答案中移除正确的那个答案，得到错误答案的列表
            random.shuffle(error_answer)  # 随机打乱错误答案
            answer = random.sample(error_answer, 3)  # 在错误答案列表中随机选择3个错误答案
            answer.append(correct_answer)  # 将正确答案添加到答案列表中
            random.shuffle(answer)  # 再打乱4个答案的顺序
            f_test.write("\n"+grade[0]+answer[0]+"\n"+grade[1]+answer[1]+"\n"+grade[2]+answer[2]+"\n"+grade[3] +
                         answer[3] + "\n\n")  # 得到A、B、C、D四个答案，并写入到文件中
            answer_grade = ""
            for answer_index in answer:
                if answer_index == correct_answer:
                    index = answer.index(answer_index)
                    answer_grade = grade[index]  # 得到正确答案的等级（A、B、C、D）
            f_answer.write(str(i+1)+","+answer_grade+correct_answer)  # 最后将答案写入试卷答案文件
        f_test.close()
        f_answer.close()
# 调用两个方法
if __name__ == "__main__":
    province_and_capital_dict = get_dict(capital_city_string)
    print(province_and_capital_dict)
    make_test_paper(province_and_capital_dict)
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参考资料

1. python3----生成随机数(random模块)
2. random-生成伪随机数