如何生成1億個手機號碼？Python生成隨機數的22種方法，random函式太強了~

大家好，這裡是Python程式設計師晚楓。

案例解析

最近在網上看到一個python的面試題目：如何用Python生成1億個手機號碼？

我第一眼看到的時候心想，這個還不簡單？直接random.randint(1,999999999999)就完事了。

但是馬上就發現了這其中的錯誤：這個是生成1-99999999之間的隨機數，可能是1，也可能是666.

但電話號碼是11位的，而且前3位只有指定的號段，比如135、136。直接random.randint(1,999999999999)這麼做並不符合條件。

那麼如何生成呢？於是有了下面這段程式碼：

import random
def create_phone_num(num):
    all_phone_nums = set()  # 存放生成的電話號碼
    while True:  # 因為set會自動去重，因此死迴圈生成電話號碼，直到等於num個號碼停止
        start = random.choice(['135', '136', '137'])  # 存放前3位的號段，從中隨機取一個
        end = ''.join(random.sample(string.digits, 8))  # 隨機生成後面8位數字
        all_phone_nums.add(f'{start}{end}')  # 拼接前3位和後8位
        if len(all_phone_nums) >= num:  # 如果號碼個數等於num，則停止
            break

phone_num(10000 * 10000)

經過這次寫程式碼我才發現，原來Python的random裡有那麼多好用的生成隨機數的方法。

我把它們全部整理出來了，今天我們就來一起學習一下~

如有遺漏或者錯誤，歡迎大家多多指點~

隨機數是哪個檔案生成的？

在上面的程式碼第一行：import random，我們匯入了random這個標準庫。

這個庫只有一個檔案：random.py，這個檔案的結構主要分為3個部分（如下圖所示），它們的作用分別是：

• 2個主要的類：Random(_random.Random)和SystemRandom(Random)
  • 其中我們使用最多的是Random()
• 有2個測試方法：_test_generator(n, func, args)和_test(N=2000)
  • 這一部分我們用不到
• 我們呼叫的函式：使用方法如上面程式碼的random.choice、random.sample，具體使用方法，我們接下來會詳細解釋。

random提供了哪些隨機數方法？

接下來我們重點講解作為python的使用者，我們會使用到哪些random的隨機數方法，也就是上文提到的random.py檔案裡的第3部分。

如下圖的程式碼所示，random提供的方法有22個，主要分為2類：

• 普通使用者常用的方法，一共有12個；
• 科學計算常用的方法，一共有10個。

普通使用者的12個隨機數方法怎麼用？

對於上面這22個隨機數方法，我在這裡重點介紹一下普通使用者常用的那12個方法。

至於後面這個10個用於科學計算的方法，因為實在是高深，我就不在這裡浪費時間了，有興趣的同學，可以直接去翻一下數學書：《概率論》。

1. random.seed & random.getstate & random.setstate

把這3個放到一起說，是因為random本質上生成的是偽隨機數，而這3個函式，很好的體現了偽隨機數這個特性

程式碼示例:seed

# 指定seed後，生成的隨機數一樣
random.seed(1)
print('隨機數1：', random.random())
random.seed(1)
print('隨機數2：', random.random())

# output：
# 隨機數1： 0.13436424411240122
# 隨機數2： 0.13436424411240122

程式碼示例: random.getstate & random.setstate

import random

random.seed(42)

print(random.sample(range(20), k=10))

st = random.getstate()  # 取出生成上一行程式碼後，random的狀態 

print(random.sample(range(20), k=20))  # print 20

random.setstate(st)  # 恢復上一次的隨機狀態

print(random.sample(range(20), k=10))  # print same first 10
# output：
# [12, 0, 4, 3, 11, 10, 19, 1, 5, 18]
# [4, 9, 0, 3, 10, 8, 16, 7, 18, 17, 14, 6, 2, 1, 5, 11, 15, 13, 19, 12]
# [4, 9, 0, 3, 10, 8, 16, 7, 18, 17]

2. random.random

隨機生成一個[0,1)之間的浮點數

程式碼示例

float = random.random()
"""
float = 0.123565654548978
"""

3. random.uniform

產生[a,b]範圍內一個隨機浮點數

程式碼示例

float = random.uniform(11,15)
"""
float = 13.882923467738049
"""

4. random.randint

隨機生成[a,b]範圍內一個整數。

程式碼示例

int = random.randint(1, 9)
"""
int = 2
"""

5. random.choice

從非空序列中隨機選取一個數據並帶回，該序列可以是list、tuple、str、set。

程式碼示例

str = random.choice("程式設計師晚楓原創系列")
"""
str = 原
"""

6. random.choices

Python3.6版本新增。從叢集中隨機選取k次資料，返回一個列表，可以設定權重。一共有4個引數

• population：叢集，必填。
• weights：相對權重。
• cum_weights：累加權重，不常用。不能和weights共用。
• k：選取次數。

程式碼示例

str = ["程", "序", "員", "晚", "楓"]
res = random.choices(str, weights=[0, 0, 1, 0, 0], k=5)
"""
因為給【員】這個字，通過weights引數增加了特別的權重：1，而其他的權重都是0，所以不論隨機選多少次，結果都是【員】
res = ['員', '員', '員', '員', '員']
"""

7. random.randrange(a,b,step)

參考range的用法：

• 不指定step，隨機生成[a,b)範圍內一個整數。
• 指定step，step作為步長會進一步限制[a,b)的範圍，比如randrange(0,11,2)意即生成[0,11)範圍內的隨機偶數。
• 不指定a，則預設從0開始。

程式碼示例

int = random.randrange(3, 9)
"""
int = 5
"""

8. random.sample

從集合中選取k個元素，返回一個列表，叢集可以是list、tuple、str、set。

• 不會重複：可以理解為發一副撲克牌，確實是隨機發，但是不會重複。
• 隨機次數，不能超過集合的長度。發牌的時候，一副牌有54張，不可能隨機抽取100次。

程式碼示例

str = ["程", "序", "員", "晚", "楓"]
res = random.sample(str, 5)
"""
res = ['員', '序', '程', '楓', '晚']
"""

9. random.shuffle

打亂原來有順序的集合，注意：這個方法沒有返回值，它直接改變的是原集合的順序。所以如果你想改變tuple這種不可變的集合，會報錯。

程式碼示例

str = ["程", "序", "員", "晚", "楓", "有", "順", "序"]
random.shuffle(str)
"""
str = ['楓', '順', '員', '序', '有', '晚', '序', '程']
"""

10. random.getrandbits

生成指定位數大小的整數。

程式碼示例

int = random.getrandbits(8)
"""
int = 136
"""

寫在最後

雖然自己是Python程式設計師，但是最近開發中卻發現很多基礎知識自己沒掌握。

於是決定從這一篇開始，我決定帶著當時加入Python時，餵馬劈柴面朝大海的浪漫情懷，去認真的深入整理分享Python常用的知識點。

希望對你有用。