用 Python 标准库处理随机：random（选择、采样、洗牌、可复现性）
系列 04 – 随机数生成与数据随机化
“随便挑一个”， “打乱顺序”， “不重复地挑几个”， “给不同概率的选项分配权重”。 这些功能在游戏、测试数据生成、简单仿真、数据拆分等场景中经常出现。
Python 标准库中的 random 模块可以用简短代码完成这些需求。
但需要注意的是，random 并不适合安全用途。
1. random 产生的“随机”到底是什么？
random 生成的是伪随机数（PRNG）。它不是完全不可预测的真随机数，而是基于内部状态生成“看似随机”的数列。
- 同一初始状态（种子）会得到相同的结果。
- 这使得调试和实验复现变得容易。
- 但在攻击者可以推断其内部状态的安全场景中并不合适（后面会介绍
secrets）。
2. 基础随机数：数值生成
2.1 0 ≤ x < 1 的浮点数：random()
import random
x = random.random()
print(x) # 0.0 <= x < 1.0
2.2 整数范围：randint(a, b) / randrange()
import random
print(random.randint(1, 6)) # 1~6（两端都包含）
print(random.randrange(0, 10, 2)) # 0,2,4,6,8 中的一个
randint(a, b)包含 a 与 b。randrange(start, stop, step)与 range 规则相同（stop 不包含）。
2.3 浮点数范围：uniform(a, b)
import random
print(random.uniform(1.5, 3.5))
3. 在集合中挑选：选择、采样、洗牌
3.1 随机挑一个：choice()
import random
items = ["rock", "paper", "scissors"]
print(random.choice(items))
3.2 随机挑多个（不重复）：sample()
import random
nums = list(range(1, 46))
picked = random.sample(nums, k=6) # 不重复地挑 6 个
print(picked)
sample()不修改原始列表。- 结果 不重复。
3.3 列表洗牌：shuffle()（原地修改）
import random
deck = list(range(10))
random.shuffle(deck)
print(deck)
shuffle()直接 原地 修改列表。- 若想保留原始列表，可用
sample()生成一个打乱后的副本。
import random
deck = list(range(10))
shuffled = random.sample(deck, k=len(deck))
print(deck)
print(shuffled)
4. 根据不同权重进行概率选择：choices()
当你想实现“常见、稀有、传奇”之类的选择时非常有用。
import random
items = ["common", "rare", "legendary"]
weights = [85, 14, 1] # 也可以直接使用 0~1 的概率
result = random.choices(items, weights=weights, k=10)
print(result)
choices()默认 允许重复。weights可以是概率（0~1）或比例。
5. 结果的可复现性：seed()
给定相同的种子，结果会完全一致，尤其在示例或测试中非常实用。
import random
random.seed(42)
print(random.randint(1, 100))
print(random.randint(1, 100))
即使调用了多种函数，只要其调用顺序保持一致，结果也会相同。
提示：
seed()影响全局状态。若不想干扰全局，可单独创建random.Random()实例。
6. 本地随机数生成器：random.Random()
不想改动全局状态时，可以使用本地 RNG。
import random
rng = random.Random(42) # 本地 RNG
print(rng.randint(1, 100))
print(rng.randint(1, 100))
此模式在库代码或多个模块共享随机数时尤为有用。
7. 安全随机数：使用 secrets 而非 random
random 是伪随机，存在可预测性。对于令牌、验证码、密码重置链接等安全用途，推荐使用 secrets。
import secrets
token = secrets.token_urlsafe(16)
print(token)
secrets采用系统安全随机源。
8. 常用模式示例
8.1 从数据中随机挑选一个或多个元素
import random
users = ["u1", "u2", "u3", "u4", "u5"]
print(random.choice(users)) # 1 人
print(random.sample(users, k=2)) # 2 人（不重复）
8.2 随机打乱后获取前部元素
import random
data = list(range(100))
random.shuffle(data)
train = data[:80]
test = data[80:]
8.3 简单的“加权轮盘”
import random
prizes = ["A", "B", "C", "D"]
weights = [1, 3, 10, 86] # D 最常出现
print(random.choices(prizes, weights=weights, k=1)[0])
9. 小结
random 是一个通过简洁的 API 满足“随机选择”这一广泛需求的模块。
- 单个挑选：
choice - 不重复挑选：
sample - 列表洗牌：
shuffle - 加权挑选：
choices - 可复现：
seed或random.Random() - 安全随机：
secrets
下一期将继续探讨 statistics、math 等数值处理的标准库。
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