random

random 模块提供伪随机数生成器，支持整数、浮点数、序列操作以及多种概率分布，基于 Mersenne Twister 算法实现。

random

随机整数

import random

# 随机整数：a <= N <= b（两端都包含）
print(random.randint(1, 10))

# randrange：等价于 choice(range(...))
print(random.randrange(10))        # 0~9
print(random.randrange(1, 100, 2)) # 1~99 的奇数

# 随机比特
print(random.getrandbits(8))  # 0~255 的随机整数

随机浮点数

import random

# 0.0 <= x < 1.0
print(random.random())

# a <= x <= b 均匀分布
print(random.uniform(1.5, 10.5))

# 三角分布（low, high, mode）
print(random.triangular(0, 10, 3))

序列随机操作

import random

colors = ["红", "橙", "黄", "绿", "蓝", "靛", "紫"]

# 随机选一个
print(random.choice(colors))

# 有放回抽样（可带权重）
print(random.choices(colors, k=3))
print(random.choices(
    ["A", "B", "C"],
    weights=[70, 20, 10],  # A 被选中的概率最高
    k=5
))

# 无放回抽样
print(random.sample(colors, k=3))

# 原地打乱
deck = list(range(1, 14))
random.shuffle(deck)
print(deck)

choice vs choices vs sample

函数	放回	返回值	典型用途
choice	—	单个元素	随机选一个
choices	有放回	列表（可重复）	模拟抽奖、加权选择
sample	无放回	列表（不重复）	随机分组、抽样调查

随机种子与可复现性

import random

# 设置种子后，每次运行产生相同序列
random.seed(42)
print(random.random())     # 0.6394267984578837
print(random.randint(1, 100))  # 74

# 再次设置相同种子，结果一致
random.seed(42)
print(random.random())     # 0.6394267984578837
print(random.randint(1, 100))  # 74

# 保存和恢复状态
state = random.getstate()
print(random.random())
random.setstate(state)
print(random.random())  # 与上一行结果相同

可复现性的应用

在机器学习实验、单元测试、模拟仿真中，固定随机种子可以确保结果可复现，方便调试和对比。

常见分布

import random

# 正态分布（高斯分布）：mu=均值, sigma=标准差
print(random.gauss(mu=0, sigma=1))

# 指数分布：lambd=1/期望间隔
print(random.expovariate(lambd=0.5))

# 二项分布：n 次试验中成功的次数
print(random.binomialvariate(n=10, p=0.3))

# Beta 分布
print(random.betavariate(alpha=2, beta=5))

实用示例

import random
from collections import Counter

# 模拟掷骰子 10000 次，统计频率
random.seed(0)
results = [random.randint(1, 6) for _ in range(10000)]
freq = Counter(results)
for face in sorted(freq):
    pct = freq[face] / len(results) * 100
    print(f"面 {face}: {pct:.1f}%")

# 简单的密码生成器
import string
chars = string.ascii_letters + string.digits + "!@#$%"
password = ''.join(random.choices(chars, k=16))
print(f"随机密码: {password}")

# 加权随机：模拟一个不公平的硬币
flips = random.choices(
    ["正面", "反面"],
    weights=[60, 40],
    k=1000
)
print(Counter(flips))

random vs secrets

random 模块不适用于安全场景（如生成令牌、密码哈希盐值）。安全相关的随机数请使用 secrets 模块。