不間斷 Python 挑戰 Day 7 - random()模組

閱讀時間約 6 分鐘
當我們需要在程式中模擬或實作一些隨機發生的事件,例如模擬猜拳、丟骰子的結果,便需要程式可以根據開發者輸入的數值範圍、型態等,隨機產生一個結果,而Python的random()函數便是用於實現這個功能。

調用random()函數

使用import導入random模組。
import random

產生隨機整數

以下幾個方法可以產生指定區間的隨機整數:
randrange([start, ]stop[, step])
  • start:指定區間的起始值,若沒有輸入則預設為0。
  • stop:指定區間的結束值,不包含stop。
  • step:區間遞增的間隔,若沒有輸入則預設為1。
randint(a, b)
  • 產生一個[a, b]區間內的隨機整數。
例如,以下的程式碼會隨機產生1到9之間的整數:
# generate a random integer between 1 and 9
rand_int = random.randrange(1, 10, 1)
print(rand_int)

# generate a random interger between 1 and 9
rand_int = random.randint(1, 9)
print(rand_int)
輸出結果每個人會不同:
5
1

產生隨機浮點數

以下幾個方法可以產生隨機浮點數:
random.random()
  • 產生一個[0.0, 1.0)區間內的隨機浮點數。
random.uniform(a,b)
  • 產生一個[a, b](如果a ≤ b)或[b, a](如果b < a)區間內的隨機浮點數。
random.expovariate(λ)
  • 產生一個服從母數為λ的指數分布區間內的隨機浮點數。
random.gauss(μ, σ)
random.normalvariate(μ, σ)
  • 產生一個平均為μ、標準差為σ的常態分布區間內的隨機浮點數。
以下範例產生隨機浮點數:
# generate a random floating point between [0.0, 1.0)
rand_float = random.random()
print(rand_float)

# generate a random floating point corresponding to an uniform distribution between [0, 1]
rand_float = random.uniform(0, 1)
print(rand_float)

# generate a random floating point corresponding to a exponential distribution with lambda = 0.1
rand_float = random.expovariate(0.1)
print(rand_float)

# generate a random floating point corresponding to a gaussian distribution with mean = 0 and standard deviation = 1
rand_float = random.gauss(0, 1)
print(rand_float)

# generate a random floating point corresponding to a normal distribution with mean = 0 and standard deviation = 1
rand_float = random.normalvariate(0, 1)
print(rand_float)
輸出結果同樣每個人會不同:
0.9994071238802772
0.32634858726972726
25.89070912867779
-0.010389111766063115
-0.564451531564574

產生隨機序列

和隨機整數及隨機浮點數相同,我們也可在一組序列資料中隨機取出一筆資料或資料集合:
random.shuffle(x)
  • 使序列資料x重新隨機排列。
random.choice(x)
  • 從序列資料x中隨機取出一個元素。
random.choices(x, weights, cum_weights, k)
  • 從序列資料x中隨機取出k個元素,並可設定每個元素取出的權重(weights)或累積權重(cum_weights)。
random.sample(x, k)
  • 從序列資料x中隨機取出k個元素。
以下範例以之前在串列提過的例子,展示隨機序列的結果:
# random list
cities = ["台北", "桃園", "新竹", "台中", "台南"]
random.shuffle(cities)
print(cities)

# random item from a list
rand_city = random.choice(cities)
print(rand_city)

# random items from a list with different weights
rand_city = random.choices(cities, [10, 20, 30, 40, 50], k=2)
print(rand_city)

# random sample from a list
rand_city = random.sample(cities, 2)
print(rand_city)
輸出結果也是每個人會不同:
['台南', '桃園', '新竹', '台北', '台中']
台南
['台北', '台南']
['台中', '新竹']

程式範例

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當我們需要重複一系列有規則的行為,例如從1加到100,或是取得物件裡面的每一個元素,例如將串列裡面的每個元素印出,重複地撰寫程式碼顯然不切實際,for迴圈便是可以讓程式對可迭代物件(iterable object)執行迭代(iteration)的工具。
前面提到變數為程式儲存資料的地方,一個變數可以儲存一個學生的成績、一個人的身高、或是一個人名等,但如果多人的資料要管理,為每個人設計一個變數顯然就有點不切實際,串列就是用來解決這樣的問題。
當我們的程式需要根據某些狀況做出判斷,例如某些條件成立的話,程式就對應做出某種行為,這時單純從頭執行到尾的程式便無法滿足我們的需求,因此便需引進流程控制的概念,也就是if敘述以及其相關的語法,來讓程式可以完成更複雜的工作。
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