Python Package：random
Posted on Wed, 25 Dec 2024 16:12:44 +0800 by LiangMingJian
概述
标准库
random 是 Python 中用于生成各种伪随机数的一个模块，其支持随机整数，随机序列元素抽取，随机列表排列等功能。
需要注意，random 生成的随机数是伪随机数，是存在一定规律的，只是看起来随机而已。如果要提高安全性，则建议使用 secrets 模块（见下文拓展阅读），生成安全的随机数据。
随机返回一个给定范围的整数
random.randint(a, b)，返回的整数满足 a <= N <= b。
import random
print(random.randint(1, 100))
随机返回一个 0 到 1 的浮点数
random.random()，返回满足 0.0 <= N < 1 的随机浮点数，不包括 1。
import random
print(random.random())
随机返回一个给定范围的浮点数
random.uniform(a, b)，当 a <= b 时，返回满足 a <= N <= b 的浮点数，当 d < a 时，返回满足 b <= N <= a 的浮点数，即取值范围是传入参数小到大，不看位置。
import random
# 下述取值范围一致
print(random.uniform(1, 2))
print(random.uniform(2, 1))
随机从序列返回一个元素
random.choice(seq)，接收一个非空序列，可以是列表，元组，并随机返回序列中的一个元素。特别的，字符串在 Python 中也可以看成一个由多个字符组成的序列，所以在这里也可以传入。
import random
x = [1, 2, 3, 4, 5, 6]
y = (1, 2, 3, 4, 5, 6)
z = 'abcdefg'
print(random.choice(x))
print(random.choice(y))
print(random.choice(z)) # 输出：b 或其他单个字符
随机从序列抽取多个元素
random.choices(population, weights=None, cum_weights=None, k=1)，从给定序列 population 中抽取 k 个元素，并返回为一个长度 k 的列表，数据允许重复。
weights 和 cum_weights 是一个列表参数，其长度要与 population 相等，功能都是代表权重，其中 cum_weights 是累积权重。
比如对于一个长度 5 的序列，当 weights 等于 [1, 5, 2, 3, 4] 时，表示对应第 1 至第 6 个元素抽取概率为 1/(1+5+2+3+4)=1/15, 5/15, 2/15...。如果换成 cum_weights 则应当写成 [1, 6, 8, 11, 15]，概率结果与 weights 一致，只是将权重累加而已。
import random
x = [1, 2, 3, 4, 5, 6]
print(random.choices(x, k=3))
# 输出：[2, 6, 6]
print(random.choices(x, weights=[1, 5, 1, 1, 1, 1], k=3))
# 输出：[2, 2, 2]，因为第 2 个权重很高，所以抽取概率大
随机从序列抽取多个不同的元素
random.sample(population, k, counts=None)，从给定序列 population 中抽取 k 个元素，并返回为一个长度 k 的列表，元素不允许重复。
与 choices() 类似，但 sample() 在抽取成功后不会将元素放回，比如对一个 5 位序列抽取第一次后，第二次抽取将会是 4 位，因为第一次抽取的结果会被剔除。
显然，这个的元素不重复不是指数据不重复，如果原序列中存在重复的数据，那抽取后的结果仍然会有重复数据，sample() 只是保证抽取的元素在原序列的位置是唯一的。
对应原序列的重复元素，可以手动一个一个列出，比如 [1, 1, 1, 2, 2]，或者在调用 sample() 时传入 counts 自动扩展。比如 sample([1, 1, 1, 2, 2]) 就等价于 sample([1, 2], counts=[3, 2])。
import random
x = [1, 2, 3, 4, 5, 6]
y = [1, 2]
print(random.sample(x, k=3))
# 输出：[6, 1, 5]
print(random.sample(y, k=5, counts=[3, 2]))
# 因为使用 counts 扩展，所以能抽取比原序列长度更多的数据
随机返回一个 range 列表中的数据
random.randrange(start, stop[, step])，先使用 range(start, stop, step) 生成一个列表，然后随机从中取值，返回的数据满足 start <= N < stop, N - n * step = start。
# 随机从列表 [1, 100] 步长 1 中挑取数据
print(random.randrange(1, 100))
# 随机从列表 [1, 100] 步长 2 中挑取数据
print(random.randrange(1, 100, 2))
随机打乱一个序列
random.shuffle(x)，随机打乱传入的可变对象序列，然后返回打乱后的原序列。
import random
x = [1, 2, 3, 4, 5, 6]
random.shuffle(x)
print(x)
拓展阅读：使用 secrets 生成安全的随机数
安全的从序列中抽取元素
secrets.choice(seq)，从一个非空序列中随机返回一个元素。
import secrets
x = [1, 2, 3, 4, 5, 6]
print(secrets.choice(x))
安全的返回一个整数
secrets.randbelow(bound)，返回一个 0 <= N < bound 的整数。
import secrets
print(secrets.randbelow(100))
安全的生成一个十六进制随机 Token
secrets.token_hex([nbytes=None])，生成一个具有 nbytes 个随机字节的十六进制随机文本字符串，每个字节转换为两个十六进制数码，即 nbytes 等于 2 时，字符串长度 4，等于 16 时，字符串长度 32。
import secrets
print(secrets.token_hex(16))
# 输出：9c62433721990c8bb9e344f94902b442
安全的生成一个随机 URL Token
secrets.token_urlsafe([nbytes=None])，生成一个具有 nbytes 个随机字节的 URL 文本字符串，文本使用 Base64 编码，每个字节转换约 1.3 个字符，即 nbytes 等于 2 时，字符串长度 3，等于 16 时，字符串长度 22。
import secrets
print(secrets.token_urlsafe(16))
# 输出：BfSlvP8kKaqP9RtrPtf8WQ
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