Модуль random

Дробное случайное число: random() и uniform()

Простыми словами. Представьте рулетку, у которой на ободе бесконечно много делений от нуля до единицы — крутанули, и стрелка остановилась где-то между ними. Иногда программе нужно именно такое «где-то между» — не целое число, а дробное, с плавающей точкой.

Термин. За это отвечает функция random.random() — она не принимает аргументов и всегда возвращает float из диапазона [0.0, 1.0): ноль включён, единица — нет. Если нужен диапазон пошире, есть random.uniform(a, b), где оба конца включены.

import random

x = random.random()
print(x)

y = random.uniform(1.5, 4.5)
print(y)

• import random — подключаем модуль, без этой строки имя random внутри кода не существует.
• x = random.random() — вызываем функцию random из модуля random (да, они называются одинаково: слева от точки — имя модуля, справа — имя функции внутри него) и сохраняем дробное число в переменную x.
• print(x) — напечатает что-то вроде 0.374448871...: при каждом запуске программы число будет другим.
• y = random.uniform(1.5, 4.5) — просим дробное число от 1.5 до 4.5, оба конца возможны.

Случайное целое число: randint() и randrange()

Простыми словами. Это игральный кубик: бросили — получили целое число от 1 до 6, без дробей и без вариантов вроде 3.7. В программах такое нужно постоянно: случайный уровень сложности, случайный индекс, случайная позиция на поле.

Термин. random.randint(a, b) возвращает случайное целое число из диапазона от a до b включительно — в отличие от привычного вам range(), здесь второе число тоже может выпасть. Если нужна более гибкая настройка — шаг или диапазон, не включающий правую границу, — есть random.randrange(start, stop, step), она ведёт себя как range(), только возвращает не последовательность, а одно случайное число из неё.

import random

dice = random.randint(1, 6)
print(dice)

even = random.randrange(0, 10, 2)
print(even)

• dice = random.randint(1, 6) — просим целое число от 1 до 6, оба конца возможны: это ровно грани кубика.
• even = random.randrange(0, 10, 2) — строим воображаемую последовательность range(0, 10, 2), то есть 0, 2, 4, 6, 8, и берём из неё одно случайное значение; 10 в неё не входит, как и в обычном range().

Случайный выбор из вариантов: choice() и choices()

Простыми словами. Представьте шляпу с бумажками, на каждой — своё имя, и вы наугад тянете одну. Или ту же бумажку кладут обратно и тянут снова, поэтому одно и то же имя может выпасть несколько раз подряд.

Термин. random.choice(последовательность) вытаскивает один случайный элемент из списка, кортежа или строки. random.choices(последовательность, k=n) — более сильный вариант: возвращает список из n элементов, выбранных с повторениями (после каждого выбора «бумажка» кладётся обратно), а необязательный параметр weights позволяет сделать одни варианты вероятнее других.

import random

players = ["Аня", "Боря", "Вика"]
first = random.choice(players)
print(first)

rolls = random.choices([1, 2, 3, 4, 5, 6], k=3)
print(rolls)

• first = random.choice(players) — берёт ровно один элемент из списка players и кладёт его в переменную; сам список players при этом не меняется.
• rolls = random.choices([1, 2, 3, 4, 5, 6], k=3) — три раза подряд выбирает случайное число из списка граней кубика; поскольку выбор идёт с повторениями, результат может выглядеть как [4, 4, 2] — четвёрка вполне может выпасть дважды.

Без повторов: sample() и shuffle()

Простыми словами. Раздать карты из колоды — это выбор без повторов: одна и та же карта не может попасть в руки дважды. А перетасовать колоду — это оставить те же карты, но перемешать их порядок.

Термин. random.sample(последовательность, k=n) возвращает новый список из n случайных элементов, выбранных без повторений — исходная коллекция не меняется. random.shuffle(список) работает иначе: она не возвращает новый список, а перемешивает элементы прямо внутри переданного списка и отдаёт None.

import random

deck = ["6", "7", "8", "9", "10", "J", "Q", "K"]

hand = random.sample(deck, k=3)
print(hand)
print(deck)

random.shuffle(deck)
print(deck)

• hand = random.sample(deck, k=3) — забирает 3 случайные карты без повторов и складывает их в новый список hand.
• print(deck) после этого напечатает исходную колоду без изменений — sample() её не трогает, а только читает.
• random.shuffle(deck) — перемешивает сам список deck на месте; строку вида deck = random.shuffle(deck) писать не нужно и нельзя: результат вызова — None, вы потеряете колоду.

Повторяемая случайность: random.seed()

Простыми словами. Кажется странным словосочетание «повторяемая случайность», но представьте генератор случайных чисел как очень длинный список чисел, записанный заранее. Если каждый раз начинать читать этот список с одной и той же страницы, вы будете получать одну и ту же последовательность — хотя числа в ней выглядят совершенно случайными.

Термин. На самом деле компьютер не умеет быть по-настоящему случайным: random использует генератор псевдослучайных чисел (сокращённо ГПСЧ) — алгоритм, который по стартовому числу вычисляет длинную последовательность значений, выглядящих беспорядочно. Это стартовое число называется seed (по-русски — «зерно», «затравка»), и задать его вручную можно функцией random.seed(число). Если вызвать её перед серией случайных вызовов, результат при каждом запуске программы будет одинаковым — это удобно для тестов и для проверки решений на этой платформе.

import random

random.seed(42)
print(random.randint(1, 100))
print(random.randint(1, 100))

random.seed(42)
print(random.randint(1, 100))
print(random.randint(1, 100))

• random.seed(42) — задаёт стартовую точку генератора; число 42 здесь ничем не особенное, подошло бы любое.
• Первые два print(random.randint(1, 100)) напечатают какие-то два числа, например 82 и 15.
• После повторного random.seed(42) генератор снова стартует с той же точки, поэтому следующие два print() напечатают ровно 82 и 15 ещё раз — в том же порядке.

Частые ошибки

import random

options = []
pick = random.choice(options)
# IndexError: Cannot choose from an empty sequence

import random

colors = ["red", "green", "blue"]
picked = random.sample(colors, k=5)
# ValueError: Sample larger than population or is negative

import random

numbers = [1, 2, 3, 4, 5]
numbers = random.shuffle(numbers)
print(numbers)   # None, список потерян