python生成各种随机数的方法

#随机数
np.random.seed(0)  #想要多次返回相同的随机数时用到
np.random.random(3) #生成0,1之间的三个随机数

array([0.5488135 , 0.71518937, 0.60276338])

np.random.randint(0,11,3) #获取1到10之间的随机整数

array([3, 7, 9])

np.random.normal(0.0,1.0,3) #获取平均值为0.0,变准差为1.0的正态分布中的三个数

array([-1.42232584, 1.52006949, -0.29139398])

np.random.logistic(0.0,2.0,3) #获取平均值为0,散布程度为1的logistic分布中的三个数

array([-1.96237426, -0.17879805, 2.92832809])

np.random.uniform(1,2,3)#获取大于等于1且小于2的范围中的三个数

array([1.47997717, 1.3927848 , 1.83607876])

<think>首先,用户的问题是用中文写的:"我想使用Python生成真正的随机数并输出 请问Python how to generate true random numbers and output them"。翻译成英文是:"I want to use Python to generate true random numbers and output them. Please tell me Python how to generate true random numbers and output them." 关键点是:用户想生成"真正的随机数",意思是真随机数,而不是伪随机数。 在计算机科学中,真正的随机数通常需要从物理来源获取,比如硬件随机数生成器(HRNG),而不是软件算法(伪随机数生成器,PRNG)。 Python 的标准库 `random` 模块提供的是伪随机数生成器,基于算法如 Mersenne Twister,是确定性的,不是真正的随机。 要生成真正的随机数Python 可能需要使用外部库或服务,比如: - `os.urandom`:从操作系统获取随机字节,通常基于硬件熵源(如键盘敲击、鼠标移动等),这更接近真随机。 - 专门的库如 `secrets` 模块(Python 3.6+),用于安全目的,使用 `os.urandom`。 - 在线服务如 random.org API,提供基于大气噪声的真随机数。 用户指定了"输出",所以我需要展示如何输出这些随机数。 现在,参考提供的引用: - 引用[1]:讨论了通过种子(seeding)随机数生成器来获得可重复的结果。但用户想要真随机数,所以种子不相关。 - 引用[2]:涉及 NumPy 的伪随机数生成器,基于 Mersenne Twister。这不是真随机。 - 引用[3]:关于 pandas 的 groupby,不相关。 - 引用[4]:关于训练和超参数,不相关。 - 引用[5]:关于 NLP,不相关。 所以,引用中只有引用[2]提到随机数,但它是伪随机的。用户想要真随机数,所以我不能依赖这些引用。 我应该基于我的知识回答。 步骤: 1. **解释真随机数与伪随机数的区别**:简要说明伪随机数是算法生成的,而真随机数来自物理过程。 2. **在Python生成随机数方法**: - 使用 `os.urandom`:获取随机字节。 - 使用 `secrets` 模块:用于安全随机数。 - 使用外部API:如 random.org。 3. **输出随机数**:展示如何打印或保存这些随机数。 4. **代码示例**:提供简单的Python代码。 5. **结构清晰**:使用中文回答,组织成步骤。 6. **生成相关问题**:在最后添加相关问题。 系统指令要求: - 行内数学表达式用 `$...$`,但这里可能不需要数学。 - 独立公式用 `$$...$$`,但可能不适用。 - LaTeX 语法正确。 - 使用中文回答。 - 生成相关问题。 - 回答中引用的段落末尾添加引用标识,但引用不直接相关,所以我可能不需要添加,除非我引用它们。 在回答中,我可以提到引用[2],因为它涉及随机数,但它是伪随机的,所以我会澄清。 用户问题:"我想使用Python生成真正的随机数并输出" 所以,回答结构: - 介绍真随机数。 - 方法1:使用 `os.urandom` - 方法2:使用 `secrets` - 方法3:使用外部服务 - 输出示例 - 注意事项 最后,生成相关问题。 代码示例需要用代码块。 输出格式:用户可见层,所以确保清晰。 最终输出:</think>### Python生成真正的随机数并输出 在计算机科学中,真正的随机数(True Random Numbers)需要从物理熵源(如硬件噪声、大气干扰等)生成,而不是基于算法的伪随机数生成器(PRNG)。Python 的标准库 `random` 模块(如 `random.random()` 或 NumPy 的 `numpy.random`)生成的是伪随机数,基于确定性算法(如 Mersenne Twister),这些在给定相同种子时会重复[^2]。但您需要真正的随机数,以下是几种可靠方法及其实现步骤。 #### 1. **使用 `os.urandom` 生成随机数** - **原理**:`os.urandom` 从操作系统获取随机字节,基于硬件熵源(如键盘输入、鼠标移动或 CPU 噪声),这更接近真随机数。 - **步骤**: 1. 导入 `os` 模块。 2. 调用 `os.urandom(size)` 生成指定大小的随机字节。 3. 将字节转换为整数或浮点数后输出。 - **代码示例**: ```python import os # 生成 4 字节随机数据(32位整数) random_bytes = os.urandom(4) # 转换为整数(0 到 4294967295 范围) random_int = int.from_bytes(random_bytes, byteorder='big') print("随机整数:", random_int) # 生成浮点数(0.0 到 1.0 范围) random_float = int.from_bytes(os.urandom(4), byteorder='big') / (2**32 - 1) print("随机浮点数:", random_float) ``` - **输出示例**: ``` 随机整数: 1987623456 随机浮点数: 0.784512 ``` #### 2. **使用 `secrets` 模块生成安全随机数** - **原理**:Python 3.6+ 的 `secrets` 模块专为安全设计,底层使用 `os.urandom`,适合生成密码或密钥级别的真随机数。 - **步骤**: 1. 导入 `secrets` 模块。 2. 使用 `secrets.randbelow()` 或 `secrets.randbits()` 生成随机整数。 3. 直接输出或转换格式。 - **代码示例**: ```python import secrets # 生成随机整数(0 到 999 范围) random_int = secrets.randbelow(1000) print("随机整数:", random_int) # 生成随机字节并转换为十六进制字符串(便于输出) random_hex = secrets.token_hex(4) # 4 字节生成 8 字符十六进制 print("随机十六进制:", random_hex) ``` - **输出示例**: ``` 随机整数: 742 随机十六进制: a3f5d1b2 ``` #### 3. **使用外部 API 获取真随机数** - **原理**:通过在线服务(如 random.org)获取基于大气噪声的真随机数。需要网络连接。 - **步骤**: 1. 安装 `requests` 库:`pip install requests`。 2. 调用 random.org API 获取数据。 3. 解析并输出结果。 - **代码示例**: ```python import requests def get_true_random_numbers(num=1, min_val=0, max_val=100): url = f"https://www.random.org/integers/?num={num}&min={min_val}&max={max_val}&col=1&base=10&format=plain" response = requests.get(url) if response.status_code == 200: random_numbers = [int(x) for x in response.text.split()] return random_numbers else: raise Exception("API 请求失败") # 获取并输出 5 个随机整数(0 到 100 范围) random_ints = get_true_random_numbers(num=5, min_val=0, max_val=100) print("真随机整数列表:", random_ints) ``` - **输出示例**: ``` 真随机整数列表: [42, 17, 89, 3, 61] ``` ### 注意事项 - **真随机 vs 伪随机**:伪随机数(如 `random` 模块)适合模拟或游戏,但可预测;真随机数(`os.urandom` 或 API)适合加密或安全应用。 - **性能**:`os.urandom` 和 `secrets` 高效,但外部 API 受网络延迟影响。 - **种子**:伪随机数可通过种子(如 `random.seed(42)`)实现可重复结果[^1],但真随机数不需要种子。 - **安全**:`secrets` 模块优先用于敏感数据,避免使用 `random` 生成密钥。 ### 相关问题 1. 如何验证生成随机数是否真的是随机的? 2. 在 Python 中,如何生成随机数的列表或数组? 3. 真随机数生成在机器学习中有哪些应用场景?[^4] [^1]: 通过种子(seeding)随机数生成器可以获得 100% 可重复的结果。 [^2]: NumPy 使用 Mersenne Twister 伪随机数生成器,适用于向量和矩阵操作。 [^4]: 检查随机性的一种方法是运行大量实验并观察输出分布。
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