1.7　隨機數

隨機數處理也是實際應用中比較常見的操作，如從一個序列中隨機抽取若干元素，或者生成幾個隨機數，以及生成隨機數驗證碼等。

random模塊中有大量的函數用來產生隨機數和隨機選擇元素。如想從一個序列中隨機抽取一個元素，可以使用random.choice()函數：

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import random
values = [1, 2, 3, 4, 5, 6]
print(f'random choice from {values} is {random.choice(values)}')
print(f'random choice from {values} is {random.choice(values)}')
print(f'random choice from {values} is {random.choice(values)}')

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執行py文件，輸出結果如下：

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random choice from [1, 2, 3, 4, 5, 6] is 2
random choice from [1, 2, 3, 4, 5, 6] is 5
random choice from [1, 2, 3, 4, 5, 6] is 3

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如果想提取N個不同元素的樣本做進一步操作，可使用random.sample()函數：

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print(f'random sample 2 from {values} is {random.sample(values, 2)}')
print(f'random sample 2 from {values} is {random.sample(values, 2)}')
print(f'random sample 3 from {values} is {random.sample(values, 3)}')
print(f'random sample 3 from {values} is {random.sample(values, 3)}')

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執行py文件，輸出結果如下：

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random sample 2 from [1, 2, 3, 4, 5, 6] is [5, 6]
random sample 2 from [1, 2, 3, 4, 5, 6] is [2, 1]
random sample 3 from [1, 2, 3, 4, 5, 6] is [6, 3, 4]
random sample 3 from [1, 2, 3, 4, 5, 6] is [3, 4, 6]

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如果只想打亂序列中元素的順序，可以使用random.shuffle()函數：

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random.shuffle(values)
print(f'random shuffle is:{values}')
random.shuffle(values)
print(f'random shuffle is:{values}')

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執行py文件，輸出結果如下：

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random shuffle is:[2, 4, 6, 1, 3, 5]
random shuffle is:[2, 6, 5, 3, 1, 4]

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如果想生成隨機整數，可以使用random.randint()函數：

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print(f'random.randint(0,10) = {random.randint(0,10)}')
print(f'random.randint(0,10) = {random.randint(0,10)}')
print(f'random.randint(0,10) = {random.randint(0,10)}')

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執行py文件，輸出結果如下：

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random.randint(0,10) = 9
random.randint(0,10) = 8
random.randint(0,10) = 10

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如果想生成0到1范圍內均勻分布的浮點數，可以使用random.random()函數：

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print(f'random.random() = {random.random()}')
print(f'random.random() = {random.random()}')
print(f'random.random() = {random.random()}')

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執行py文件，輸出結果如下：

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random.random() = 0.3392503938211737
random.random() = 0.625725029316508
random.random() = 0.3843832669520403

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如果要獲取N位隨機位（二進制）的整數，可以使用random.getrandbits()函數：

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print(f'random.getrandbits(200) = {random.getrandbits(200)}')

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執行py文件，輸出結果如下：

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random.getrandbits(200) = 1012257713162841215793585318570079770213053719376074162565721

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random模塊使用Mersenne Twister算法來生成隨機數。這是一個確定性算法，可以通過random.seed()函數修改初始化種子，示例如下：

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print(f'random.seed() = {random.seed()}')
print(f'random.seed(123) = {random.seed(123)}')
print(f"random.seed(b'bytedata') = {random.seed(b'bytedata')}")

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執行py文件，輸出結果如下：

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random.seed() = None
random.seed(123) = None
random.seed(b'bytedata') = None

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除了上述介紹的功能，random模塊還包含基于均勻分布、高斯分布和其他分布的隨機數生成函數。如random.uniform()函數用于計算均勻分布隨機數，random.gauss()函數用于計算正態分布隨機數。

random模塊中的函數不應該用在和密碼學相關的程序中。如果確實需要類似的功能，可以使用ssl模塊中相應的函數。如ssl.RAND_bytes()函數可以用來生成一個安全的隨機字節序列。