Python - 随机模块

random 模块是一个标准库模块，它提供用于各种操作的函数，例如随机数生成、洗牌序列和进行随机选择。在本模块中，我们将检查 Python random 模块的功能，并提供现实世界的示例来演示如何使用它。

在开发应用程序时，使用 python “random” 模块对于统计分析、游戏、为敏感数据保护加密密钥等任务至关重要。让我们浏览一下不同类型数据的各种方法。

对于整数，可以通过 randint() 和 randrange() 函数实现从范围内的均匀选择，其中该函数随机选择指定范围内的整数，确保该范围内的每个整数都有相同的被选择的概率。
对于列表、元组或任何其他可迭代的顺序数据，我们可以通过 choice()、choices() 等函数实现相同的功能。random 模块几乎所有内置函数都依赖于基本函数random.random()，该函数生成一个随机浮点值。
在统计分析领域，使用各种分布（例如高斯分布、均匀分布、对数正态分布）来提取数据的见解。random 模块提供从这些分布生成样本的函数。

我们知道 random 模块提供了各种生成随机数的函数，但是，可能不清楚的是，这些函数是隐藏的 random.Random 类实例的绑定方法。这意味着，python 创建一个 Random 类的实例并将函数绑定到该实例。

Python random.Random 类

Random 类执行 random 模块使用的默认伪随机数生成器。构造函数 random.Random([seed]) 负责创建 Random 类的实例，从而允许初始化随机数生成器。

种子决定了生成随机数的起点。`getstate()` 和 `setstate()` 等函数允许我们访问和更新生成器的内部状态，从而能够保存和恢复序列。

Python `random.SystemRandom` 类

`random` 模块不仅提供了 `Random` 类用于生成随机数，还提供了 `SystemRandom` 类，该类旨在使用系统提供的源来生成随机数。此类使用 `os.urandom()` 函数，该函数生成加密安全的字节和随机数。

让我们看看 `random` 模块中的各种函数。

整数函数

以下是专门用于处理整数的函数：

序号	函数及描述
1	Python `random.randrange([start,] stop [,step])` 函数此函数从指定的范围内返回一个随机选择的元素。
2	Python `random.randint(a,b)` 函数此函数接受两个参数，并返回这两个参数之间范围内的整数（包含）。
3	Python `random.getrandbits(a)` 函数此函数返回一个具有随机位数的非负整数。
4	`random.random()` 一个随机浮点数 r，使得 0 小于等于 r 且 r 小于 1。

序列函数

以下是专门用于处理序列的函数：

序号	函数及描述
1	Python `random.choice(seq)` 函数此函数接受一个序列，并从该序列中返回一个随机元素。
2	Python `random.choices()` 函数此函数从给定序列中返回特定大小的列表，并允许重复选择。
3	Python `random.shuffle(seq)` 函数此函数会打乱一个可变序列，并返回一个新的已打乱的序列。
4	Python `random.sample()` 函数此函数从给定序列中返回特定大小的列表，不允许重复选择。

分布函数

以下是专门用于处理分布的函数：

序号	函数及描述
1	Python `random.binomialvariate(n,p)` 函数此函数返回一个整数，表示在 n 次试验中，概率为 p 时观察到的成功次数。
2	Python `random.uniform(a, b)` 函数此函数返回 a, b 之间的一个随机浮点数（包含）。
3	Python `random.triangular(a,b,mode)` 函数此函数返回 a, b 之间的一个浮点数（包含），并在边界之间指定一个模式。
4	Python `random.betavariate()` 函数此函数返回一个服从Beta 分布的随机变量。
5	Python `random.expovariate(lambd=)` 函数如果参数 lambd 为正，则该函数返回的值范围从 0 到正无穷大。如果 lambd 为负，则返回的值介于负无穷大和 0 之间。
6	Python `random.gammavariate(alpha,beta)` 函数此函数返回一个服从Gamma 分布的随机变量，形状参数为 alpha，尺度参数为 beta。
7	Python `random.gauss(mu,std)` 函数此函数返回一个服从高斯分布的随机变量，均值为 "mu"，标准差为 "std"。
8	Python `random.lognormvariate(mu,std)` 函数此函数返回一个服从对数正态分布的随机变量，均值为 "mu"，标准差为 "std"。
9	Python `random.normalvariate(mu,std)` 函数此函数返回一个服从正态分布的随机变量，均值为 "mu"，标准差为 "std"。
10	Python `random.vonmisesvariate(mu,kappa)` 函数此函数返回一个服从冯·米塞斯分布的随机变量，均角为 mu，集中参数 kappa 度量分布的离散程度。
11	Python `random.paretovariate(alpha)` 函数此函数返回一个服从帕累托分布的随机变量，形状参数为 alpha。
12	Python `random.weibullvariate(alpha, beta)` 函数此函数返回一个服从威布尔分布的随机变量，形状参数为 alpha，尺度参数为 beta。

字节函数

以下是专门用于处理字节的函数：

序号	函数及描述
1	Python `random.randbytes(a)` 函数此函数用于生成随机字节。

备选生成器函数

以下是专门用于备选生成器的函数：

序号	函数及描述
1	Python `random.seed([x])` 函数此函数初始化随机数生成器的内部状态。
2	Python `random.getstate()` 函数此函数返回生成器的内部状态。
3	Python `random.setstate()` 函数此函数设置随机数生成器的内部状态。

序号

函数及描述

Python `random.seed([x])` 函数

此函数初始化随机数生成器的内部状态。

Python `random.getstate()` 函数

此函数返回生成器的内部状态。

Python `random.setstate()` 函数

此函数设置随机数生成器的内部状态。

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