В данной статье мы рассмотрим процесс генерации случайных данных и чисел в Python. Для этого будет использован модуль random и некоторые другие доступные модули. В Python модуль random реализует генератор псевдослучайных чисел для различных распределений, включая целые и вещественные числа с плавающей запятой.
Содержание
- Как использовать модуль random в Python
- Генерация случайных чисел в Python
- Выбор случайного элемента из списка
- Python функции модуля random
- Случайное целое число — randint(a, b)
- Генерация случайного целого числа — randrange()
- Выбор случайного элемента из списка choice()
- Метод sample(population, k)
- Случайные элементы из списка — choices()
- Генератор псевдослучайных чисел — seed()
- Перемешивание данных — shuffle()
- Генерации числа с плавающей запятой — uniform()
- triangular(low, high, mode)
- Генератор случайной строки в Python
- Криптографическая зашита генератора случайных данных в Python
- getstate() и setstate() в генераторе случайных данных Python
- Состояние генератора getstate()
- Восстанавливает внутреннее состояние генератора — setstate()
- Зачем нужны функции getstate() и setstate()
- Numpy.random — Генератор псевдослучайных чисел
- Генерация случайного n-мерного массива вещественных чисел
- Генерация случайного n-мерного массива целых чисел
- Выбор случайного элемента из массива чисел или последовательности
- Генерация случайных универсально уникальных ID
- Игра в кости с использованием модуля random в Python
Список методов модуля random в Python:
Метод | Описание |
---|---|
seed() | Инициализация генератора случайных чисел |
getstate() | Возвращает текущее внутренне состояние (state) генератора случайных чисел |
setstate() | Восстанавливает внутреннее состояние (state) генератора случайных чисел |
getrandbits() | Возвращает число, которое представляет собой случайные биты |
randrange() | Возвращает случайное число в пределах заданного промежутка |
randint() | Возвращает случайное число в пределах заданного промежутка |
choice() | Возвращает случайный элемент заданной последовательности |
choices() | Возвращает список со случайной выборкой из заданной последовательности |
shuffle() | Берет последовательность и возвращает ее в перемешанном состоянии |
sample() | Возвращает заданную выборку последовательности |
random() | Возвращает случайное вещественное число в промежутке от 0 до 1 |
uniform() | Возвращает случайное вещественное число в указанном промежутке |
triangular() | Возвращает случайное вещественное число в промежутке между двумя заданными параметрами. Также можно использовать параметр mode для уточнения середины между указанными параметрами |
betavariate() | Возвращает случайное вещественное число в промежутке между 0 и 1, основываясь на Бета-распределении, которое используется в статистике |
expovariate() | Возвращает случайное вещественное число в промежутке между 0 и 1, или же между 0 и -1 , когда параметр отрицательный. За основу берется Экспоненциальное распределение, которое используется в статистике |
gammavariate() | Возвращает случайное вещественное число в промежутке между 0 и 1, основываясь на Гамма-распределении, которое используется в статистике |
gauss() | Возвращает случайное вещественное число в промежутке между 0 и 1, основываясь на Гауссовом распределении, которое используется в теории вероятности |
lognormvariate() | Возвращает случайное вещественное число в промежутке между 0 и 1, основываясь на Логнормальном распределении, которое используется в теории вероятности |
normalvariate() | Возвращает случайное вещественное число в промежутке между 0 и 1, основываясь на Нормальном распределении, которое используется в теории вероятности |
vonmisesvariate() | Возвращает случайное вещественное число в промежутке между 0 и 1, основываясь на распределении фон Мизеса, которое используется в направленной статистике |
paretovariate() | Возвращает случайное вещественное число в промежутке между 0 и 1, основываясь на распределении Парето, которое используется в теории вероятности |
weibullvariate() | Возвращает случайное вещественное число в промежутке между 0 и 1, основываясь на распределении Вейбулла, которое используется в статистике |
Цели данной статьи
Далее представлен список основных операций, которые будут описаны в руководстве:
- Генерация случайных чисел для различных распределений, которые включают целые и вещественные числа с плавающей запятой;
- Случайная выборка нескольких элементов последовательности
population
; - Функции модуля random;
- Перемешивание элементов последовательности. Seed в генераторе случайных данных;
- Генерация случайных строки и паролей;
- Криптографическое обеспечение безопасности генератора случайных данных при помощи использования модуля secrets. Обеспечение безопасности токенов, ключей безопасности и URL;
- Способ настройки работы генератора случайных данных;
- Использование
numpy.random
для генерации случайных массивов; - Использование модуля
UUID
для генерации уникальных ID.
В статье также даются ссылки на некоторые другие тексты сайта, связанные с рассматриваемой темой.
Как использовать модуль random в Python
Для достижения перечисленных выше задач модуль random будет использовать разнообразные функции. Способы использования данных функций будут описаны в следующих разделах статьи.
Есть вопросы по Python?
На нашем форуме вы можете задать любой вопрос и получить ответ от всего нашего сообщества!
Паблик VK
Одно из самых больших сообществ по Python в социальной сети ВК. Видео уроки и книги для вас!
В самом начале работы необходимо импортировать модуль random в программу. Только после этого его можно будет полноценно использовать. Оператор для импорта модуля random выглядит следующим образом:
1 |
import random |
Теперь рассмотрим использование самого модуля random на простом примере:
1 2 3 4 5 |
import random print("Вывод случайного числа при помощи использования random.random()") print(random.random()) |
Вывод:
1 2 |
Вывод случайного числа при помощи использования random.random() 0.9461613475266107 |
Как видите, в результате мы получили 0.9461613475266107
. У вас, конечно, выйдет другое случайно число.
random()
является базовой функцией модуляrandom
;- Почти все функции модуля
random
зависят от базовой функцииrandom()
; random()
возвращает следующее случайное число с плавающей запятой в промежутке[0.0, 1.0]
.
Перед разбором функций модуля random давайте рассмотрим основные сферы их применения.
Генерация случайных чисел в Python
Давайте рассмотрим самый популярный случай использования модуля random
— генерацию случайного числа. Для получения случайного целого числа в Python используется функция randint()
.
Для генерации случайных целых чисел можно использовать следующие две функции:
randint()
randrange()
В следующем примере показано, как получить случайно сгенерированное число в промежутке между 0 и 9.
1 2 3 4 5 |
from random import randint print("Вывод случайного целого числа ", randint(0, 9)) print("Вывод случайного целого числа ", randrange(0, 10, 2)) |
Вывод:
1 2 |
Вывод случайного целого числа 5 Вывод случайного целого числа 2 |
В следующих разделах статьи будут рассмотрены некоторые другие способы генерации случайного числа в Python.
Выбор случайного элемента из списка Python
Предположим, вам дан python список городов, и вы хотите вывести на экран случайно выбранный элемент из списка городов. Посмотрим, как это можно сделать:
1 2 3 4 5 |
import random city_list = ['New York', 'Los Angeles', 'Chicago', 'Houston', 'Philadelphia'] print("Выбор случайного города из списка - ", random.choice(city_list)) |
Вывод:
1 |
Выбор случайного города из списка - Houston |
Python функции модуля random
Рассмотрим разнообразные функции, доступные в модуле random.
Случайное целое число — randint(a, b) модуль random
- Возвращает случайное целое число
Number
, такое чтоa <= Number <= b
; randint(a,b)
работает только с целыми числами;- Функция
randint(a,b)
принимает только два параметра, оба обязательны; - Полученное в результате случайно число больше или равно
a
, а также меньше или равноb
.
Пример использования random.randint()
в Python:
1 2 3 4 5 6 |
import random print("Использование random.randint() для генерации случайного целого числа") print(random.randint(0, 5)) print(random.randint(0, 5)) |
Вывод:
1 2 3 |
Использование random.randint() для генерации случайного целого числа 4 2 |
Генерация случайного целого числа — randrange() модуль random
Метод random.randrange()
используется для генерации случайного целого числа в пределах заданного промежутка. Скажем, для получения любого числа в диапазоне между 10 и 50.
Шаг показывает разницу между каждым числом заданной последовательности. Шаг по умолчанию равен 1, однако его значение можно изменить.
Пример использования random.randrange()
в Python:
1 2 3 4 5 6 |
import random print("Генерация случайного числа в пределах заданного промежутка") print(random.randrange(10, 50, 5)) print(random.randrange(10, 50, 5)) |
Вывод:
1 2 3 |
Генерация случайного числа в пределах заданного промежутка 10 15 |
Выбор случайного элемента из списка choice() модуль random
Метод random.choice()
используется для выбора случайного элемента из списка. Набор может быть представлен в виде списка или python строки. Метод возвращает один случайный элемент последовательности.
Пример использования random.choice()
в Python:
1 2 3 4 5 |
import random list = [55, 66, 77, 88, 99] print("random.choice используется для выбора случайного элемента из списка - ", random.choice(list)) |
Вывод:
1 |
random.choice используется для выбора случайного элемента из списка - 55 |
Метод sample(population, k) из модуля random
Метод random.sample()
используется, когда требуется выбрать несколько элементов из заданной последовательности population
.
- Метод
sample()
возвращает список уникальных элементов, которые были выбраны из последовательностиpopulation
. Итоговое количество элементов зависит от значенияk
; - Значение в
population
может быть представлено в виде списка или любой другой последовательности.
Пример использования random.sample()
в Python:
1 2 3 4 5 |
import random list = [2, 5, 8, 9, 12] print ("random.sample() ", random.sample(list,3)) |
Вывод:
1 |
random.sample() [5, 12, 2] |
Случайные элементы из списка — choices() модуль random
random.choices(population, weights=None, *, cum_weights=None, k=1)
- Метод
random.choices()
используется, когда требуется выбрать несколько случайных элементов из заданной последовательности. - Метод
choices()
был введен в версии Python 3.6. Он также позволяет повторять несколько раз один и тот же элемент.
Пример использования random.choices()
в Python:
1 2 3 4 5 6 7 8 |
import random # Выборка с заменой list = [20, 30, 40, 50 ,60, 70, 80, 90] sampling = random.choices(list, k=5) print("Выборка с методом choices ", sampling) |
Вывод:
1 |
Выборка с методом choices [30, 20, 40, 50, 40] |
Генератор псевдослучайных чисел — seed() модуль random
- Метод
seed()
используется для инициализации генератора псевдослучайных чисел в Python; - Модуль
random
использует значение изseed
, или отправной точки как основу для генерации случайного числа. Если значенияseed
нет в наличии, тогда система будет отталкиваться от текущего времени.
Пример использования random.seed()
в Python:
1 2 3 4 5 6 7 |
import random random.seed(6) print("Случайное число с семенем ",random.random()) print("Случайное число с семенем ",random.random()) |
Вывод:
1 2 |
Random number with seed 0.793340083761663 Random number with seed 0.793340083761663 |
Перемешивание данных — shuffle() из модуля random
Метод random.shuffle()
используется для перемешивания данных списка или другой последовательности. Метод shuffle()
смешивает элементы списка на месте. Самый показательный пример использования — тасование карт.
Пример использования random.shuffle()
в Python:
1 2 3 4 5 |
list = [2, 5, 8, 9, 12] random.shuffle(list) print ("Вывод перемешанного списка ", list) |
Вывод:
1 |
Вывод перемешанного списка [8, 9, 2, 12, 5] |
Генерации числа с плавающей запятой — uniform() модуль random
random.uniform()
используется для генерации числа с плавающей запятой в пределах заданного промежутка- Значение конечной точки может включаться в диапазон, но это не обязательно. Все зависит от округления значения числа с плавающей запятой;
- Метод может, например, сгенерировать случайно вещественное число в промежутке между 10.5 и 25.5.
Пример использования random.uniform()
в Python:
1 2 3 4 5 |
import random print("Число с плавающей точкой в пределах заданного промежутка") print(random.uniform(10.5, 25.5)) |
Вывод:
1 2 |
Число с плавающей точкой в пределах заданного промежутка 22.095283175159786 |
triangular(low, high, mode) из модуля random
Функция random.triangular()
возвращает случайное вещественное число N
с плавающей запятой, которое соответствует условию lower <= N <= upper
, а также уточняющему значению mode
.
Значение нижнего предела по умолчанию равно нулю, в верхнего — единице. Кроме того, пик аргумента по умолчанию установлен на середине границ, что обеспечивает симметричное распределение.
Функция random.triangular()
используется в генерации случайных чисел для треугольного распределения с целью использования полученных значений в симуляции. Это значит, что в при генерации значения применяется треугольное распределение вероятности.
Пример использования random.triangular()
в Python:
1 2 3 4 5 |
import random print("Число с плавающей точкой через triangular") print(random.triangular(10.5, 25.5, 5.5)) |
Вывод:
1 2 |
Число с плавающей точкой через triangular 16.7421565549115 |
Генератор случайной строки в Python
В данном разделе будет подробно расписано, как сгенерировать случайную строку фиксированной длины в Python.
Основные аспекты раздела:
- Генерация случайной строки фиксированной длины;
- Получение случайной алфавитно-цифровой строки, среди элементов которой будут как буквы, так и числа;
- Генерация случайного пароля, который будет содержать буквы, цифры и специальный символы.
Криптографическая зашита генератора случайных данных в Python
Случайно сгенерированные числа и данные, полученные при помощи модуля random в Python, лишены криптографической защиты. Следовательно, возникает вопрос — как добиться надежной генерации случайных чисел?
Криптографически надежный генератор псевдослучайных чисел представляет собой генератор чисел, который обладает особенностями, что делают его подходящим для использования в криптографических приложениях, где безопасность данных имеет первостепенное значение.
- Все функции криптографически надежного генератора возвращают полученные случайным образом байты;
- Значение случайных байтов, полученных в результате использования функции, зависит от источников ОС.
- Качество генерации также зависит от случайных источников ОС.
Для обеспечения криптографической надежности генерации случайных чисел можно использовать следующие подходы:
- Применение модуля secrets для защиты случайных данных;
- Использование из модуля os
os.urandom()
; - Использование класса
random.SystemRandom
.
Пример криптографически надежной генерации данных в Python:
1 2 3 4 5 6 7 8 |
import random import secrets number = random.SystemRandom().random() print("Надежное число ", number) print("Надежный токен байтов", secrets.token_bytes(16)) |
Вывод:
1 2 3 |
Надежное число 0.11139538267693572 Надежный токен байтов b'\xae\xa0\x91*.\xb6\xa1\x05=\xf7+>\r;Y\xc3' |
getstate() и setstate() в генераторе случайных данных Python
Функции getstate()
и setstate()
модуля random позволяют зафиксировать текущее внутреннее состояние генератора.
Используя данные функции, можно сгенерировать одинаковое количество чисел или последовательностей данных.
Состояние генератора getstate() модуль random
Функция getstate()
возвращает определенный объект, зафиксировав текущее внутреннее состояние генератора случайных данных. Данное состояние передается методу setstate()
для восстановления полученного состояния в качестве текущего.
На заметку: Изменив значение текущего состояния на значение предыдущего, мы можем получить случайные данные вновь. Например, если вы хотите получить аналогичную выборку вновь, можно использовать данные функции.
Восстанавливает внутреннее состояние генератора — setstate() модуль random
Функция setstate()
восстанавливает внутреннее состояние генератора и передает его состоянию объекта. Это значит, что вновь будет использован тот же параметр состояния state
. Объект state
может быть получен при помощи вызова функции getstate()
.
Зачем нужны функции getstate() и setstate() ?
Если вы получили предыдущее состояние и восстановили его, тогда вы сможете оперировать одними и теми же случайными данными раз за разом. Помните, что использовать другую функцию random в данном случае нельзя. Также нельзя изменить значения заданных параметров. Сделав это, вы измените значение состояния state
.
Для закрепления понимания принципов работы getstate()
и setstate()
в генераторе случайных данных Python рассмотрим следующий пример:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 |
import random number_list = [3, 6, 9, 12, 15, 18, 21, 24, 27, 30] print("Первая выборка ", random.sample(number_list,k=5)) # хранит текущее состояние в объекте state state = random.getstate() print("Вторая выборка ", random.sample(number_list,k=5)) # Восстанавливает состояние state, используя setstate random.setstate(state) #Теперь будет выведен тот же список второй выборки print("Третья выборка ", random.sample(number_list,k=5)) # Восстанавливает текущее состояние state random.setstate(state) # Вновь будет выведен тот же список второй выборки print("Четвертая выборка ", random.sample(number_list,k=5)) |
Вывод:
1 2 3 4 |
Первая выборка [18, 15, 30, 9, 6] Вторая выборка [27, 15, 12, 9, 6] Третья выборка [27, 15, 12, 9, 6] Четвертая выборка [27, 15, 12, 9, 6] |
Как можно заметить в результате вывода — мы получили одинаковые наборы данных. Это произошло из-за сброса генератора случайных данных.
Numpy.random — Генератор псевдослучайных чисел
PRNG является англоязычным акронимом, который расшифровывается как «pseudorandom number generator» — генератор псевдослучайных чисел. Известно, что в Python модуль random можно использовать для генерации случайных скалярных числовых значений и данных.
- Для генерации массива случайных чисел необходимо использовать
numpy.random()
; - В модуле numpy есть пакет
numpy.random
, который содержит обширный набор функций для генерации случайных n-мерных массивов для различных распределений.
Рассмотрим несколько примеров использования numpy.random
в Python.
Генерация случайного n-мерного массива вещественных чисел
- Использование
numpy.random.rand()
для генерации n-мерного массива случайных вещественных чисел в пределах[0.0, 1.0)
- Использование
numpy.random.uniform()
для генерации n-мерного массива случайных вещественных чисел в пределах[low, high)
1 2 3 4 5 6 7 8 |
import numpy random_float_array = numpy.random.rand(2, 2) print("2 X 2 массив случайных вещественных чисел в [0.0, 1.0] \n", random_float_array,"\n") random_float_array = numpy.random.uniform(25.5, 99.5, size=(3, 2)) print("3 X 2 массив случайных вещественных чисел в [25.5, 99.5] \n", random_float_array,"\n") |
Вывод:
1 2 3 4 5 6 7 8 |
2 X 2 массив случайных вещественных чисел в [0.0, 1.0] [[0.08938593 0.89085866] [0.47307169 0.41401363]] 3 X 2 массив случайных вещественных чисел в [25.5, 99.5] [[55.4057854 65.60206715] [91.62185404 84.16144062] [44.348252 27.28381058]] |
Генерация случайного n-мерного массива целых чисел
Для генерации случайного n-мерного массива целых чисел используется numpy.random.random_integers()
:
1 2 3 4 5 6 7 8 |
import numpy random_integer_array = numpy.random.random_integers(1, 10, 5) print("1-мерный массив случайных целых чисел \n", random_integer_array,"\n") random_integer_array = numpy.random.random_integers(1, 10, size=(3, 2)) print("2-мерный массив случайных целых чисел \n", random_integer_array) |
Вывод:
1 2 3 4 5 6 7 |
1-мерный массив случайных целых чисел [10 1 4 2 1] 2-мерный массив случайных целых чисел [[ 2 6] [ 9 10] [ 3 6]] |
Выбор случайного элемента из массива чисел или последовательности
- Использование
numpy.random.choice()
для генерации случайной выборки; - Использование данного метода для получения одного или нескольких случайных чисел из n-мерного массива с заменой или без нее.
Рассмотрим следующий пример:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 |
import numpy array =[10, 20, 30, 40, 50, 20, 40] single_random_choice = numpy.random.choice(array, size=1) print("один случайный выбор из массива 1-D", single_random_choice) multiple_random_choice = numpy.random.choice(array, size=3, replace=False) print("несколько случайных выборов из массива 1-D без замены", multiple_random_choice) multiple_random_choice = numpy.random.choice(array, size=3, replace=True) print("несколько случайных выборов из массива 1-D с заменой", multiple_random_choice) |
Вывод:
1 2 3 |
один случайный выбор из массива 1-D [40] несколько случайных выборов из массива 1-D без замены [10 40 50] несколько случайных выборов из массива 1-D с заменой [20 20 10] |
В будущих статьях будут описаны другие функции пакета random
из nympy
и способы их использования.
Генерация случайных универсально уникальных ID
Модуль Python UUID предоставляет неизменяемые UUID объекты. UUID является универсально уникальным идентификатором.
У модуля есть функции для генерации всех версий UUID. Используя функцию uuid.uuid4()
, можно получить случайно сгенерированное уникальное ID длиной в 128 битов, которое к тому же является криптографически надежным.
Полученные уникальные ID используются для идентификации документов, пользователей, ресурсов и любой другой информации на компьютерных системах.
Пример использования uuid.uuid4()
в Python:
1 2 3 4 5 6 |
import uuid # получить уникальный UUID safeId = uuid.uuid4() print("безопасный уникальный id ", safeId) |
Вывод:
1 |
безопасный уникальный id fb62463a-cd93-4f54-91ab-72a2e2697aff |
Игра в кости с использованием модуля random в Python
Далее представлен код простой игры в кости, которая поможет понять принцип работы функций модуля random. В игре два участника и два кубика.
- Участники по очереди бросают кубики, предварительно встряхнув их;
- Алгоритм высчитывает сумму значений кубиков каждого участника и добавляет полученный результат на доску с результатами;
- Участник, у которого в результате большее количество очков, выигрывает.
Код программы для игры в кости Python:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 |
import random PlayerOne = "Анна" PlayerTwo = "Алекс" AnnaScore = 0 AlexScore = 0 # У каждого кубика шесть возможных значений diceOne = [1, 2, 3, 4, 5, 6] diceTwo = [1, 2, 3, 4, 5, 6] def playDiceGame(): """Оба участника, Анна и Алекс, бросают кубик, используя метод shuffle""" for i in range(5): #оба кубика встряхиваются 5 раз random.shuffle(diceOne) random.shuffle(diceTwo) firstNumber = random.choice(diceOne) # использование метода choice для выбора случайного значения SecondNumber = random.choice(diceTwo) return firstNumber + SecondNumber print("Игра в кости использует модуль random\n") #Давайте сыграем в кости три раза for i in range(3): # определим, кто будет бросать кости первым AlexTossNumber = random.randint(1, 100) # генерация случайного числа от 1 до 100, включая 100 AnnaTossNumber = random.randrange(1, 101, 1) # генерация случайного числа от 1 до 100, не включая 101 if( AlexTossNumber > AnnaTossNumber): print("Алекс выиграл жеребьевку.") AlexScore = playDiceGame() AnnaScore = playDiceGame() else: print("Анна выиграла жеребьевку.") AnnaScore = playDiceGame() AlexScore = playDiceGame() if(AlexScore > AnnaScore): print ("Алекс выиграл игру в кости. Финальный счет Алекса:", AlexScore, "Финальный счет Анны:", AnnaScore, "\n") else: print("Анна выиграла игру в кости. Финальный счет Анны:", AnnaScore, "Финальный счет Алекса:", AlexScore, "\n") |
Вывод:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 |
Игра в кости использует модуль random Анна выиграла жеребьевку. Анна выиграла игру в кости. Финальный счет Анны: 5 Финальный счет Алекса: 2 Анна выиграла жеребьевку. Анна выиграла игру в кости. Финальный счет Анны: 10 Финальный счет Алекса: 2 Алекс выиграл жеребьевку. Анна выиграла игру в кости. Финальный счет Анны: 10 Финальный счет Алекса: 8 |
Вот и все. Оставить комментарии можете в секции ниже.
Являюсь администратором нескольких порталов по обучению языков программирования Python, Golang и Kotlin. В составе небольшой команды единомышленников, мы занимаемся популяризацией языков программирования на русскоязычную аудиторию. Большая часть статей была адаптирована нами на русский язык и распространяется бесплатно.
E-mail: vasile.buldumac@ati.utm.md
Образование
Universitatea Tehnică a Moldovei (utm.md)
- 2014 — 2018 Технический Университет Молдовы, ИТ-Инженер. Тема дипломной работы «Автоматизация покупки и продажи криптовалюты используя технический анализ»
- 2018 — 2020 Технический Университет Молдовы, Магистр, Магистерская диссертация «Идентификация человека в киберпространстве по фотографии лица»