Question

我对random.random（）函数在python中的工作方式有点困惑。

docs表示它'返回[0.0，1.0）范围内的下一个随机浮点数。我知道伪随机数生成器通过对值执行某些操作来工作。通常，此值是生成器生成的先前数字。所以我认为'下一个随机浮点'在这里意味着什么。（如果我错了，请纠正我）

但是当我看到随机库的source code时，class Random中没有定义随机函数。相反，它在class SystemRandom中定义如下（代码的第671行）：

 def random(self):
        """Get the next random number in the range [0.0, 1.0)."""
        return (int.from_bytes(_urandom(7), 'big') >> 3) * RECIP_BPF

如果我理解正确，这个函数使用os.urandom生成一个随机数。根据{{3}}，返回来自OS特定随机源的随机字节。所以这不会给'下一个'浮点随机数。

两者如何相连？或者他们是两个不同的东西？

我在这里很困惑。任何形式的帮助将不胜感激。

谢谢！

Answer 1

Python中的random模块包含pseudorandom number generators(PRNGs)的两个接口（类）。您可以将其视为生成随机数的两种方式。

随机使用Mersenne Twister PRNG。它在密码上不不安全
SystemRandom 使用/dev/urandom系统上的POSIX文件或CryptGenRandom()系统上的Windows NT函数。两者都是Cryptographically secure PRNGs。

Random.random（）如何工作？

random.random（）在第749行的“ random.py”模块中定义（对我来说）

_inst = Random()
...
random = _inst.random

类random.Random()本身并没有定义random()方法，而是继承了_random.Random()（它确实定义了称为random()的方法），它是名为{{ 1}}位于模块Random()上。

_random（它是一个内置模块）模块的C源代码可以在here（实际上称为_random）中找到。请参见下面的说明）

Naming convention for modules in C/C++

（从历史上看，如果模块称为垃圾邮件，则C文件包含   实现称为spammodule.c;如果模块名称非常   很长，就像spammify一样，模块名称可以只是spammify.c。）

_randommodule.c（或_random.Random.random()）方法在random.random()文件中定义为_random_Random_random_impl()。

_randommodule.c

static PyObject * _random_Random_random_impl(RandomObject *self) { uint32_t a=genrand_int32(self)>>5, b=genrand_int32(self)>>6; return PyFloat_FromDouble((a*67108864.0+b)*(1.0/9007199254740992.0)); }是由Mersenne Twister PRNG实现定义的函数，该函数返回4字节数字。

SystemRandom（）。random（）如何工作？

（我知道您没有要求SystemRandom（），但是在我写这篇文章时，我还没有意识到）

我将这张图片作为我的答案的概述（但是，我鼓励您阅读所有内容）

genrand_int32()在模块SystemRandom().random()中定义。

random.py

该函数使用模块... def random(self): """Get the next random number in the range [0.0, 1.0).""" return (int.from_bytes(_urandom(7), 'big') >> 3) * RECIP_BPF**strong text**

中定义的另一个名为urandom（）的函数。

os.py

from os import urandom as _urandom模块并未定义函数os.py本身，而是从内置模块导入的。如果您使用POSIX OS，则urandom()将导入os.py内置模块，如果您使用的是Windows NT OS，则将导入posix内置模块。这些模块包含urandom（）的定义。

nt

OR

if 'posix' in _names:
    name = 'posix'
    linesep = '\n'
    from posix import *

elif 'nt' in _names: name = 'nt' linesep = '\r\n' from nt import *和posix是内置模块，因此它们没有 nt属性。

潜入source code：

POSIX

__file__在urandom()中定义为os_urandom_impl()，它调用_PyOS_URandom()。

posixmodule.c

static PyObject * os_urandom_impl(PyObject *module, Py_ssize_t size) { ... bytes = PyBytes_FromStringAndSize(NULL, size); ... result = _PyOS_URandom(PyBytes_AS_STRING(bytes), PyBytes_GET_SIZE(bytes)); ... return bytes }在_PyOS_URandom()文件中定义，然后调用pyurandom()

bootstrap_hash.c

int _PyOS_URandom(void *buffer, Py_ssize_t size) { return pyurandom(buffer, size, 1, 1); }在pyurandom()文件中定义，然后调用dev_urandom()。

bootstrap_hash.c

static int pyurandom(void *buffer, Py_ssize_t size, int blocking, int raise) { ... return dev_urandom(buffer, size, raise); ... }在dev_urandom文件中定义，然后使用bootstrap_hash.c目录获取随机字节。

/dev/urandom

Windows NT

它可能看起来有点怪（我也以为是），但是static int dev_urandom(char *buffer, Py_ssize_t size, int raise) { ... fd = _Py_open("/dev/urandom", O_RDONLY); ... do { n = _Py_read(fd, buffer, (size_t)size); ... } while (0 < size); ... }文件也用于NT系统，这是文件开头的引号（注释）

此文件还用于Windows NT / MS-Win。在这种情况下
  模块实际上称自己为“ nt”，而不是“ posix”，还有一些函数   没有实现或实现方式不同。来源
  假设对于Windows NT，定义了宏“ MS_WINDOWS”   独立于所使用的编译器。不同的编译器定义它们的   自己的功能测试宏，例如'_MSC_VER'。

对于Windows NT，直到pyurandom（）函数，函数调用链与POSIX相同

posixmodule.c在pyurandom()文件中定义，然后调用win32_urandom()。

bootstrap_hash.c

static int pyurandom(void *buffer, Py_ssize_t size, int blocking, int raise) { ... #ifdef MS_WINDOWS return win32_urandom((unsigned char *)buffer, size, raise); #else ... }在win32_urandom()文件中定义，然后调用bootstrap_hash.c。

CryptGenRandom()

static int win32_urandom(unsigned char *buffer, Py_ssize_t size, int raise) { ... if (!CryptGenRandom(hCryptProv, chunk, buffer)) { ... } ... return 0; }在CryptGenRandom()文件中声明，并在wincrypt.h和Advapi32.lib库中定义（这些文件由Microsoft提供）

Answer 2

random.random()实际定义为here：

random = _inst.random

但是，它只是对C实现的引用。

以下是来源：

关于底层Mersenne Twister核心生成器的一般说明：


期限是2 ** 19937-1。

它是现存最广泛测试的发电机之一。

random（）方法在C中实现，在单个Python步骤中执行，因此是线程安全的。

您可能希望查看Mersenne Twister上的文章。简单地说，发电机的状态与“之前的数字”不一样，它要复杂得多。所以你错了«...伪随机数生成器通过对值执行某些操作来工作。通常，此值是生成器生成的先前数字»。

至于SystemRandom.random()，它与random.random()无关。在Python中，从不同模块导入的具有相同名称的函数是不同的，因此您不能在此处依赖函数的名称。

Answer 3

这是你错过的片段（CPython32）：

import _random

class Random(_random.Random):

_random.Random类

>>> import _random
>>> dir(_random.Random)
[(...) 'getrandbits', 'getstate', 'jumpahead', 'random', 'seed', 'setstate']

，并且来自同一个random.py实现文件

开头的docstring

关于底层Mersenne Twister核心生成器的一般说明：


期限是2 ** 19937-1。

它是现存最广泛测试的发电机之一。

random（）方法在C中实现，在单个Python步骤中执行，   因此，线程安全。

_random是一个已编译的C库，它包含一些基本操作，这些操作在random.py文件中包含的Python实现中进一步扩展。

Answer 4

你是对的，这是使用os.urandom函数

from os import urandom as _urandom

BPF = 53        # Number of bits in a float
RECIP_BPF = 2**-BPF

def random():
    """Get the next random number in the range [0.0, 1.0)."""
    return (int.from_bytes(_urandom(7), 'big') >> 3) * RECIP_BPF

print(random())
print(RECIP_BPF)
print(int.from_bytes(_urandom(7), 'big')>> 3)
print(int.from_bytes(_urandom(7), 'little') >> 3)

玩它，你会得到它。

random.random（）究竟是如何在python中运行的？

4 个答案:

Random.random（）如何工作？

Naming convention for modules in C/C++

SystemRandom（）。random（）如何工作？

潜入source code：

POSIX

Windows NT