先说结论:不止Python的random内置模块,还包括numpy的随机抽样子模块random,以及其他编程语言的随机数生成器,例如java.Math.Random()函数,所有这些随机数生成器生成的随机数都不是真正的随机数,而是伪随机数。
什么是真随机数呢?真随机数的典型特征是不可预测性。上面所说的这些随机数生成器都是在一个封闭的系统内,使用固定的算法(通常是线性同余或平方取中),通过一个种子(通常用时钟代替)生成随机数。这意味着,如果知道了种子和已经产生的随机数,就可能获得接下来随机数序列的信息,这就是伪随机数的可预测性。
下面的代码,很容易证明Python的random内置模块所生成随机数的伪随机性。
>>> import random>>> random.seed(12345)>>> [random.random() for i in range(3)][0.41661987254534116, 0.010169169457068361, 0.8252065092537432]
random.seed() 函数指定伪随机数生成器的初始化种子为12345,在该条件下生成的随机数序列是固定的。上面的代码显示了前3个随机数。在任意时刻,再次使用相同的种子初始化伪随机数生成器,那么接下来生成的随机数就是可预测的(已知的)。
>>> random.seed(12345)>>> random.random()0.41661987254534116>>> random.random()0.010169169457068361>>> random.random()0.8252065092537432
可见,random生成随机数的确是伪随机数。那么,如何生成真正意义上的随机数呢?在一个封闭的系统内,因为计算机硬件是确定的,代码是固定的,算法是准确的,通过这些确定的、固定的、准确的东西不会产生真正的随机数,除非引入这个封闭系统以外的因素,比如天空云朵的形状、邻居家无线网络信号的强度、海岸线形状等。
不过,要想引入封闭系统之外的随机因子并非易事。在某些计算机系统中,使用电路的热噪声来产生真随机数。这究竟是不是真正意义上的随机数,我对此持怀疑态度,因为热噪声的某些特性是可预知的,比如,芯片功耗越大,发热量越大;环境温度越高,散热效果越差。
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