Pythonで疑似乱数を生成する方法｜randomモジュールの使い方を徹底解説

多くのコンピュータアプリケーションでは、乱数の生成が必要になります。しかし、コンピュータが生成できるのは「真の乱数」ではなく、あくまで規則性に基づいた疑似乱数です。

Pythonも他のプログラミング言語と同様に疑似乱数ジェネレーターを使用しており、その基盤となっているのは「メルセンヌ・ツイスタ（Mersenne Twister）」というアルゴリズムです。このアルゴリズムは53ビット精度の浮動小数点数を生成し、高速かつスレッドセーフであることが特徴ですが、暗号化用途には適していません。

Pythonの標準ライブラリには random モジュールが含まれており、乱数を扱うためのさまざまな関数が定義されています。本記事では、その主要な関数の使い方をサンプルコードとともに解説します。

シードと内部状態を管理する関数

random.seed()

乱数ジェネレーターを初期化する関数です。random モジュールをインポートした時点で、システム時間をもとに自動的に初期化されます。同じ乱数列を再現したい場合は、int型・str型・bytes型・bytearray型のオブジェクトを指定して再シードできます。

random.getstate()

乱数ジェネレーターの内部状態を取得する関数です。後述の setstate() と組み合わせることで、同じ乱数データを何度でも再現できます。

random.setstate()

getstate() で取得した内部状態を復元（再設定）する関数です。

整数の乱数を生成する関数

random.randrange()

指定した範囲内からランダムな整数を1つ生成します。引数は最大3つ指定可能です。

random.randrange(start, stop, step)

start と step は省略可能で、デフォルト値はそれぞれ0と1です。step を指定すると、連続する数値の間隔を制御できます。

>>> random.randrange(10)
5
>>> random.randrange(10, 20)
17
>>> random.randrange(100, 200, 2)
188

※上記の出力結果はランダムに生成されるため、実行するたびに異なる値になります（以降の例も同様です）。

random.randint()

2つの引数の間にあるランダムな整数を生成します。step 引数がない randrange() と考えると分かりやすいでしょう。開始値は必須です。

>>> random.randint(1, 10)
6
>>> random.randint(100, 200)
134

浮動小数点数の乱数を生成する関数

random.random()

0.0以上1.0未満の範囲でランダムな浮動小数点数を生成します。

>>> random.random()
0.668544544081956

random.uniform()

2つの引数の間にあるランダムな浮動小数点数を返します。引数の大小関係は問われません。

>>> random.uniform(0.5, 1.5)
1.2760281470664903
>>> random.uniform(1, 10)
7.336985794193224
>>> random.uniform(10, 5)
7.817794757786727

シーケンス（文字列・リスト・タプル）を操作する関数

random.choice()

シーケンスから要素を1つランダムに選択します。空のシーケンスを渡すと IndexError が発生します。

>>> random.choice("Tutorialspoint")
'o'
>>> random.choice(range(10))
2
>>> random.choice([15, 31, 6, 29, 55, 5])
55
>>> random.choice((15, 31, 6, 29, 25, 55))
15

random.choices()

リストから複数の要素をランダムに選択します。第1引数にシーケンス、第2引数 k に選択する個数を指定します（重複あり）。

>>> name = "TutorialsPoint"
>>> random.choices(name, k=2)
['T', 'o']

random.shuffle()

変更可能なシーケンス（リストなど）の要素をシャッフルし、ランダムな順序に並べ替えます。元のオブジェクト自体が変更される点に注意してください。

>>> num = [10, 20, 30, 40, 50]
>>> random.shuffle(num)
>>> num
[50, 20, 40, 30, 10]

random.sample()

変更不可能なシーケンスにも対応した関数で、元のシーケンスを変更せずに、ランダムに選択した要素のリストを返します（重複なし）。

>>> name = "TutorialsPoint"
>>> nm = random.sample(name, k=2)
>>> name, nm
('TutorialsPoint', ['i', 'a'])

このように、random モジュールには整数・浮動小数点数・シーケンス操作など、目的に応じた多彩な乱数生成関数が用意されています。用途に合わせて適切な関数を選びましょう。