1. 前言

在Python中啟用隨機(jī)種子（random seed）是為了確保你的隨機(jī)數(shù)生成過程是可重復(fù)的。通過設(shè)置隨機(jī)種子，你可以保證每次運(yùn)行代碼時生成的隨機(jī)數(shù)序列都是相同的。這在調(diào)試、測試或者需要可重復(fù)結(jié)果的科學(xué)計算中非常有用。

Python的random模塊和numpy庫的隨機(jī)數(shù)生成器都支持設(shè)置隨機(jī)種子。以下介紹如何在這兩個模塊中設(shè)置隨機(jī)種子的方法。

2. 使用 random 模塊

Python標(biāo)準(zhǔn)庫中的random模塊用于生成偽隨機(jī)數(shù)。你可以通過random.seed()函數(shù)來設(shè)置隨機(jī)種子。

import random  
  
# 設(shè)置隨機(jī)種子  
random.seed(42)  
  
# 生成隨機(jī)數(shù)  
print(random.random())  
print(random.randint(1, 10))  

在這個例子中，random.seed(42)設(shè)置了隨機(jī)種子為42。每次運(yùn)行這段代碼時，random.random()和random.randint(1, 10)都會生成相同的輸出。

3. 使用 numpy 庫的隨機(jī)數(shù)生成器

numpy是一個強(qiáng)大的科學(xué)計算庫，它有自己的隨機(jī)數(shù)生成模塊numpy.random。同樣，你可以通過numpy.random.seed()來設(shè)置隨機(jī)種子。

import numpy as np  
  
# 設(shè)置隨機(jī)種子  
np.random.seed(42)  
  
# 生成隨機(jī)數(shù)  
print(np.random.rand())  # 示例輸出：0.6394267985610321  
print(np.random.randint(1, 10))  # 示例輸出：4

 與random模塊類似，設(shè)置隨機(jī)種子后，np.random.rand()和np.random.randint(1, 10)每次都會生成相同的輸出。

注意事項(xiàng)

• 一旦設(shè)置了隨機(jī)種子，直到你再次調(diào)用seed()函數(shù)設(shè)置一個新的種子或顯式地重置（如果有提供重置功能的話），隨機(jī)數(shù)生成器將保持可預(yù)測的狀態(tài)。
• 在并行或分布式計算環(huán)境中，確保每個進(jìn)程或線程使用不同的隨機(jī)種子是很重要的，以避免生成相同的隨機(jī)數(shù)序列。

通過設(shè)置隨機(jī)種子，你可以提高代碼的可重復(fù)性，尤其重要的是你可以得到解決問題中所需要問題現(xiàn)象再現(xiàn)性，這對于科學(xué)研究、數(shù)據(jù)分析和機(jī)器學(xué)習(xí)等領(lǐng)域非常重要。

4. 如何得到隨機(jī)種子？

以上描述的是如何人為地設(shè)置隨機(jī)種子。但是，在另外一種場景下，希望程序每次重新都能從一個隨機(jī)選擇的隨機(jī)種子開始，以確保每次運(yùn)行不是基于完全相同的隨機(jī)數(shù)據(jù)序列，應(yīng)該怎么辦呢？

如果希望在每次模擬運(yùn)行時都使用不同的隨機(jī)種子，而又不希望手動設(shè)置隨機(jī)種子，那么可以讓程序自動生成一個隨機(jī)種子。但是，請注意，如果只是簡單地調(diào)用隨機(jī)數(shù)生成器而不設(shè)置種子，那么在某些情況下（特別是當(dāng)程序在短時間內(nèi)多次重啟或重復(fù)運(yùn)行時），由于計算機(jī)內(nèi)部狀態(tài)或操作系統(tǒng)調(diào)度的影響，生成的隨機(jī)數(shù)序列可能會表現(xiàn)出某種程度的可預(yù)測性或重復(fù)性。

為了避免這種情況，并確保每次運(yùn)行都能得到真正不同的隨機(jī)數(shù)序列，你可以采取以下幾種策略之一：

4.1 使用時間戳作為種子

使用當(dāng)前時間的時間戳（通常是自某個固定時間點(diǎn)以來的秒數(shù)或毫秒數(shù)）作為隨機(jī)種子。由于時間戳在每次運(yùn)行時都會不同，因此這可以確保每次運(yùn)行都得到不同的隨機(jī)數(shù)序列。

import random  
import time  

# 使用當(dāng)前時間的時間戳作為種子  
seed = int(time.time())  
random.seed(seed)  

# 現(xiàn)在你可以生成隨機(jī)數(shù)了  
print(random.random())

 然而，這種方法的一個潛在問題是，如果兩次運(yùn)行之間的時間非常接近（例如，在同一秒內(nèi)），那么它們可能會得到相同的種子。

4.2 使用系統(tǒng)隨機(jī)數(shù)生成器

某些操作系統(tǒng)提供了訪問系統(tǒng)級隨機(jī)數(shù)生成器的接口。在Python中，你可以使用os.urandom()函數(shù)來獲取一定數(shù)量的隨機(jī)字節(jié)，然后將其轉(zhuǎn)換為整數(shù)作為種子。 

import random  
import os  

# 從系統(tǒng)隨機(jī)數(shù)生成器獲取一個隨機(jī)種子  
seed = int.from_bytes(os.urandom(4), 'big')  # 獲取4個字節(jié)的隨機(jī)數(shù)據(jù)，并轉(zhuǎn)換為大端格式的整數(shù)  
random.seed(seed)  

# 現(xiàn)在你可以生成隨機(jī)數(shù)了  
print(random.random())

這種方法通常更安全，因?yàn)樗蕾囉诓僮飨到y(tǒng)提供的底層隨機(jī)數(shù)生成機(jī)制，這些機(jī)制通常設(shè)計得更加健壯和不可預(yù)測。

4.3 不設(shè)置種子（但通常不推薦）

如果你只是簡單地調(diào)用random模塊或numpy.random模塊的函數(shù)而不設(shè)置種子，那么Python將使用其內(nèi)部的默認(rèn)種子生成機(jī)制。然而，這種機(jī)制可能會受到程序啟動時的各種因素的影響，因此在某些情況下可能會表現(xiàn)出可預(yù)測性。因此，通常不建議依賴這種默認(rèn)行為來獲取不可預(yù)測的隨機(jī)數(shù)序列。

4.4 小結(jié)

綜上所述，為了確保每次模擬運(yùn)行都能得到真正不同的隨機(jī)數(shù)序列，建議使用第一種或第二種方法中的一種來生成隨機(jī)種子。如果你對安全性的要求非常高（例如，在密碼學(xué)應(yīng)用中），那么你可能需要研究更加專業(yè)的隨機(jī)數(shù)生成技術(shù)和庫。

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