随机数在各种应用编写中很常见,这里主要介绍Python自带的random模块中常见随机函数的使用方法。
下面的练习以掷骰子为例,随机生成1到6中任意一个整数,以此介绍各种常见产生随机数的函数使用方法。
1)方法1:
import random
num = random.randint(1, 6)
print(num)
输出为1到6(包括1和6)的一个随机整数。randint返回两个参数之间的一个随机整数, 该数值包括参数指定的下限和上限。
2)方法2:
import random
num = int(random.random() * 6) + 1
print(num)
输出效果同上。random函数返回一个0到1之间的随机小数, 该数值包括下限但是不包含上限。因此,要想得到1到6的随机整数,首先可以将这个随机数乘以6得到0到6(不包含6)的浮点数,取整后得到0到5这六个整数,再加1即可得到1到6六个整数。
3)方法3:
import random
num = int(random.uniform(0, 6)) + 1
print(num)
输出效果同上。uniform函数返回两个参数之间随机小数 该数值包括下限但是不包含上限。uniform和random效果很类似,只是提供了更为宽广和灵活的数值范围。
4)方法4:
import random
lists = [1, 2, 3, 4, 5, 6]
num = random.choice(lists)
print(num)
输出效果同上。choice函数可以在列表类型的参数中随机获取一个列表元素值,因此可以事先构造随机数列表,即可随机获取任意一个随机数。
列表的生成方法也可以灵活写为:
import random
lists = range(1, 7)
num = random.choice(lists)
print(num)
输出效果同上。注意,range函数返回的是1到7之间(包含1但是不包含7)的所有整数,即1到6。
5)方法5:
import random
lists = [1, 2, 3, 4, 5, 6]
num = random.sample(lists, 1)
print(num)
输出效果同上。sample函数可以在列表类型的参数中随机获取指定数量的列表元素值,和choice相比,增加了提取数的数量参数,更为灵活,此时设置为1,效果等价于choice。
下面给出了一个总结:
random模块除了这些产生随机数的函数外,还提供了一些有趣的其他函数,比如随机打乱列表元素:
import random
num = [1, 2, 3, 4, 5]
random.shuffle(num)
print(num)
输出效果如上描述。 shuffle本身是洗牌的意思,非常形象。
其实这也是一个很好的控制语句练习,比如我们不使用shuffle函数,自己实现一个版本。
一种可行的思路是采取列表元素随机调换的方法,多次随机调换不同位置的列表元素,形成随机打乱的效果。这个代码的关键在于如何选择需要交换的列表元素,常见的方法是循环遍历每一个列表元素,与它前面(或者后面)的任意一个列表元素进行交换,也可以多次任意选择两个元素交换:
import random
num = [1, 2, 3, 4, 5]
# 循环遍历从第二个到最后一个列表元素
for i in range(1, len(num)):
# 随机再抽取一个前面的列表元素
j = random.randint(0, i - 1)
num[i], num[j] = num[j], num[i]
print(num)
这里注意几个问题:
1)由于采取和前面元素交换,因此,第一个元素无需交换,大循环的 i 只考虑了第二个到最后一个元素。
2)i 和 j 分别表示两个要交换的元素序号,i 依次循环从第二个到最后一个元素序号,j 总是取第一个到 i 前一个元素的序号。注意,由于randint包括上下限,因此参数设定需要为0(表示第一个元素序号)和 i-1 (表示前一个元素序号)。
这种交换方法虽然简单,但是交换的很不充分,我们可以换个思路。比如进行100次交换,每次交换都是随机抽取两个元素,简单情况下,可以无视是否两个是同一个元素(自己和自己交换一次也没有什么问题):
import random
num = [1, 2, 3, 4, 5]
for i in range(100):
# 随机抽取一个列表元素序号
j1 = random.randint(0, len(num) - 1)
# 随机再抽取一个列表元素序号
j2 = random.randint(0, len(num) - 1)
num[j1], num[j2] = num[j2], num[j1]
print(num)
输出效果同上。
其实,有兴趣的同学可以看看shuffle的代码。在PyCharm中,将鼠标移到shuffle函数代码字符的上方,按下Ctrl,你会发现此时的shuffle变成了可以点击的超链,点击后,即可看到shuffle函数的定义,如果找不到,可以按下Ctrl+F,在当前代码中搜索下shuffle,很快你就看到了: