ฟังก์ชันที่เกี่ยวข้องกับการสุ่มใน python
เขียนเมื่อ 2016/05/08 20:11
แก้ไขล่าสุด 2021/09/28 16:42
โดยทั่วไปแล้วเวลาเขียนโปรแกรมแล้วรันผลที่ได้มักจะต้องเหมือนเดิมตลอด เพราะคอมพิวเตอร์ทำงานอย่างแม่นยำ
แต่ในบางครั้งเราก็อาจจะต้องการให้มีความไม่แน่นอนเกิดขึ้นบ้าง นั่นคือมีการสุ่ม
ภาษา python มีมอดูลที่เก็บฟังก์ชันที่ทำหน้าที่เกี่ยวกับการสุ่มต่างๆไว้โดยเฉพาะ มอดูลนั้นมีชื่อว่า random
ก่อนอื่นต้องทำการเรียกใช้ด้วยการ import
ฟังก์ชันในมอดูลนี้มีอยู่หลายตัว ในที่นี้จะขอแนะนำตัวที่เด่นๆที่น่าจะมีโอกาสได้ใช้บ่อยขึ้นมาให้ได้ทำความรู้จักเอาไว้
random.random
เป็นฟังก์ชันที่คืนค่าสุ่มตั้งแต่ 0 จนถึงไม่เกิน 1 โดยแต่ละค่ามีโอกาสได้เท่ากันหมด
นั่นคือ random.random() จะได้ค่าในช่วง 0 <= x < 1.0
ผลลัพธ์
ลองสุ่มเยอะๆแล้วนำมาทำเป็นฮิสโทแกรมจะเห็นชัดว่าการแจกแจงเท่ากันหมดตั้ง 0 ถึง 1
ภาพนี้เขียนด้วย matplotlib แต่ขอไม่พูดถึงวิธีการใช้ในที่นี้
random.uniform()
เป็นฟังก์ชันที่สุ่มค่าในช่วงที่กำหนดโดยโอกาสได้แต่ละค่าในช่วงมีเท่ากัน โดย random.uniform(a,b) จะได้ค่าอยู่ในช่วง [a,b] (a <= ค่า <= b) (แต่ถ้า b น้อยกว่า a จะได้ b <= x <= a)
ตัวอย่าง
ผลลัพธ์
random.randint
สุ่มค่าจำนวนเต็มในช่วง โดย random.randint(a,b) จะได้ค่าอยู่ในช่วง [a,b] (a <= ค่า <= b)
ตัวอย่าง
ได้
random.randrange
สุ่มค่าจำนวนเต็มจากในช่วง โดยเหมือนการสุ่มค่าที่ได้จาก range มาตัวหนึ่ง อาร์กิวเมนต์จะเหมือนกับ range นั่นคือ random.randrange(a,b,c)
โดยที่ a คือค่าเริ่มต้น b คือค่าหยุด และ c คือระยะเว้น หากไม่มีได้ใส่ c ก็จะเว้น 1
ได้
random.triangular
สุ่มค่าภายในช่วงที่กำหนด โดยที่ตรงกลางช่วงจะมีโอกาสสุ่มได้มากที่สุด และค่อยๆน้อยลงเมื่อห่างจากใจกลาง และเป็น 0 ที่ปลายช่วง โดยการลดลงนั้นเป็นเชิงเส้น
อาร์กิวเมนต์ที่ต้องใส่มี ๒ ตัวคือค่าเริ่มกับค่าปลาย random.triangular(a,b) โดยที่ a และ b คือค่าขอบปลายทั้งสอง อันไหนจะมากกว่าก็ได้
ตัวอย่าง
เอามาเขียนแผนภูมิแท่งแจกแจงจำนวนก็จะได้เป็นสามเหลี่ยมอย่างชัดเจน โดยใจกลางคือ 75
random.gauss
สุ่มค่าโดยมีความน่าจะเป็นที่จะได้เป็นแบบเกาส์ หรือเรียกว่าการแจกแจงความน่าจะเป็นแบบปกติ คือที่ใจกลางจะมีค่าสูงสุดและค่อยๆน้อยลงเมื่อห่างใจกลาง
อาร์กิวเมนต์ที่ต้องใส่มี ๒ ตัว random.gauss(μ,σ) ในที่นี้ μ คือค่าใจกลาง และ σ คือความกว้างของการกระจาย
ตัวอย่าง
เขียนกราฟจะได้แบบนี้ จะเห็นว่ามีการกระจายที่ดูเป็นธรรมชาติ
random.choice
ในบางครั้งสิ่งที่เราต้องการสุ่มก็อาจไม่ได้มีแค่ตัวเลข แต่ต้องการสุ่มเลือกของบางอย่างจากกลุ่ม
กรณีแบบนี้เราอาจจะทำได้ด้วยการเก็บชื่อของสิ่งต่างๆเอาไว้เป็นลิสต์ จากนั้นก็จะใช้ random.randint เพื่อสุ่มหมายเลขแล้วค่อยแสดงผลลัพธ์
แต่มีวิธีที่ง่ายกว่านั้น คือใช้ฟังก์ชัน random.choice ฟังก์ชันนี้จะสุ่มของชิ้นหนึ่งออกมาจากกลุ่มข้อมูล
กลุ่มข้อมูลที่ใช้อาจเป็นลิสต์, ทูเพิล หรือสายอักขระก็ได้
ผลลัพธ์
random.sample
เป็นฟังก์ชันที่จะสุ่มหยิบของออกมาจากกลุ่มตามจำนวนที่กำหนด โดยจะหยิบไม่ซ้ำอันกันในแต่ละรอบ
อาร์กิวเมนต์ ที่ต้องใส่มี ๒ ตัวคือชุดข้อมูลและจำนวนที่จะหยิบ จำนวนที่หยิบจะต้องไม่เกินจำนวนข้อมูลในชุด หากหยิบชิ้นเดียวก็จะให้ผลเหมือน random.choice
ตัวอย่าง ลองจำลองการหยิบไพ่
ผลลัพธ์
random.shuffle
เป็นฟังก์ชันที่ใช้สลับลำดับของข้อมูล เหมือนการสับไพ่ ชุดข้อมูลที่ถูกใช้ในฟังก์ชันนี้จะถูกเปลี่ยนแปลงการจัดเรียงใหม่หมดแบบสุ่ม
ตัวอย่าง
ผลลัพธ์
random.seed
บางครั้งเราอาจต้องการให้เลขมีการสุ่มแค่ครั้งเดียวแล้วหลังจากนั้นรันใหม่ก็ ยังอยากให้ได้ผลลัพธ์เหมือนเดิม กรณีนี้สามารถใช้ฟังก์ชัน seed ได้
ฟังก์ชันนี้มีไว้สร้างเมล็ดสำหรับการสุ่มขึ้นมาแล้วเก็บเอาไว้เพื่อให้ได้ค่าเหมือนเดิมทุกครั้ง
ชุดของเมล็ดระบุด้วยตัวอาร์กิวเมนต์ที่ใส่ลงไป ตัวฟังก์ชันต้องการอาร์กิวเมนต์ตัวนึง จะใส่เป็นอะไรได้ก็ได้ซึ่งจะทำหน้าที่เป็นตัวระบุถึงชุดข้อมูล ใช้คำสั่งนี้วางก่อนคำสั่งที่ใช้ในการสุ่ม
ใช้คำสั่งนี้ก่อนเริ่มการสุ่มแต่ละครั้งจะพบว่าแต่ละครั้งได้ค่าเดิมตลอด
ผลลัพธ์
ลองรันดูหลายๆรอบจะได้ค่าเดิมตลอด
ลองลบ random.seed(1) ออกแล้วรันใหม่จะพบว่าค่าที่ได้เปลี่ยนไปตลอด
หากต้องการให้มีการสุ่มหลายชุดก็แค่เปลี่ยนอาร์กิวเมนต์ให้หลากหลาย
ผลลัพธ์
อ้างอิง
แต่ในบางครั้งเราก็อาจจะต้องการให้มีความไม่แน่นอนเกิดขึ้นบ้าง นั่นคือมีการสุ่ม
ภาษา python มีมอดูลที่เก็บฟังก์ชันที่ทำหน้าที่เกี่ยวกับการสุ่มต่างๆไว้โดยเฉพาะ มอดูลนั้นมีชื่อว่า random
ก่อนอื่นต้องทำการเรียกใช้ด้วยการ import
import random
ฟังก์ชันในมอดูลนี้มีอยู่หลายตัว ในที่นี้จะขอแนะนำตัวที่เด่นๆที่น่าจะมีโอกาสได้ใช้บ่อยขึ้นมาให้ได้ทำความรู้จักเอาไว้
random.random
เป็นฟังก์ชันที่คืนค่าสุ่มตั้งแต่ 0 จนถึงไม่เกิน 1 โดยแต่ละค่ามีโอกาสได้เท่ากันหมด
นั่นคือ random.random() จะได้ค่าในช่วง 0 <= x < 1.0
print(['%.2f'%random.random() for i in range(5)])
ผลลัพธ์
['0.82', '0.27', '0.59', '0.92', '0.39']
ลองสุ่มเยอะๆแล้วนำมาทำเป็นฮิสโทแกรมจะเห็นชัดว่าการแจกแจงเท่ากันหมดตั้ง 0 ถึง 1
ranran = [random.random() for i in range(100000)]
ภาพนี้เขียนด้วย matplotlib แต่ขอไม่พูดถึงวิธีการใช้ในที่นี้
random.uniform()
เป็นฟังก์ชันที่สุ่มค่าในช่วงที่กำหนดโดยโอกาสได้แต่ละค่าในช่วงมีเท่ากัน โดย random.uniform(a,b) จะได้ค่าอยู่ในช่วง [a,b] (a <= ค่า <= b) (แต่ถ้า b น้อยกว่า a จะได้ b <= x <= a)
ตัวอย่าง
print(' '.join(['%.2f'%random.uniform(50,100) for i in range(10)]))
ผลลัพธ์
56.71 68.28 51.79 74.74 62.90 83.60 88.95 92.76 71.06 91.67
random.randint
สุ่มค่าจำนวนเต็มในช่วง โดย random.randint(a,b) จะได้ค่าอยู่ในช่วง [a,b] (a <= ค่า <= b)
ตัวอย่าง
print('-'.join(['%d'%random.randint(93,99) for i in range(12)]))
ได้
93-97-99-97-95-96-98-98-98-94-95-96
random.randrange
สุ่มค่าจำนวนเต็มจากในช่วง โดยเหมือนการสุ่มค่าที่ได้จาก range มาตัวหนึ่ง อาร์กิวเมนต์จะเหมือนกับ range นั่นคือ random.randrange(a,b,c)
โดยที่ a คือค่าเริ่มต้น b คือค่าหยุด และ c คือระยะเว้น หากไม่มีได้ใส่ c ก็จะเว้น 1
print('>'.join(['%d'%random.randrange(1,9,2) for i in range(11)]))
ได้
5>5>5>7>1>1>1>5>5>7>5
random.triangular
สุ่มค่าภายในช่วงที่กำหนด โดยที่ตรงกลางช่วงจะมีโอกาสสุ่มได้มากที่สุด และค่อยๆน้อยลงเมื่อห่างจากใจกลาง และเป็น 0 ที่ปลายช่วง โดยการลดลงนั้นเป็นเชิงเส้น
อาร์กิวเมนต์ที่ต้องใส่มี ๒ ตัวคือค่าเริ่มกับค่าปลาย random.triangular(a,b) โดยที่ a และ b คือค่าขอบปลายทั้งสอง อันไหนจะมากกว่าก็ได้
ตัวอย่าง
rantri = [random.triangular(50,100) for i in range(100000)]
เอามาเขียนแผนภูมิแท่งแจกแจงจำนวนก็จะได้เป็นสามเหลี่ยมอย่างชัดเจน โดยใจกลางคือ 75
random.gauss
สุ่มค่าโดยมีความน่าจะเป็นที่จะได้เป็นแบบเกาส์ หรือเรียกว่าการแจกแจงความน่าจะเป็นแบบปกติ คือที่ใจกลางจะมีค่าสูงสุดและค่อยๆน้อยลงเมื่อห่างใจกลาง
อาร์กิวเมนต์ที่ต้องใส่มี ๒ ตัว random.gauss(μ,σ) ในที่นี้ μ คือค่าใจกลาง และ σ คือความกว้างของการกระจาย
ตัวอย่าง
rangau = [random.gauss(75,7.5) for i in range(100000)]
เขียนกราฟจะได้แบบนี้ จะเห็นว่ามีการกระจายที่ดูเป็นธรรมชาติ
random.choice
ในบางครั้งสิ่งที่เราต้องการสุ่มก็อาจไม่ได้มีแค่ตัวเลข แต่ต้องการสุ่มเลือกของบางอย่างจากกลุ่ม
กรณีแบบนี้เราอาจจะทำได้ด้วยการเก็บชื่อของสิ่งต่างๆเอาไว้เป็นลิสต์ จากนั้นก็จะใช้ random.randint เพื่อสุ่มหมายเลขแล้วค่อยแสดงผลลัพธ์
แต่มีวิธีที่ง่ายกว่านั้น คือใช้ฟังก์ชัน random.choice ฟังก์ชันนี้จะสุ่มของชิ้นหนึ่งออกมาจากกลุ่มข้อมูล
กลุ่มข้อมูลที่ใช้อาจเป็นลิสต์, ทูเพิล หรือสายอักขระก็ได้
tualueak = 'กขคง'
print([random.choice(tualueak) for i in range(20)])
print([random.choice(tualueak) for i in range(20)])
ผลลัพธ์
['ข', 'ก', 'ค', 'ง', 'ค', 'ก', 'ข', 'ก', 'ก', 'ข', 'ก', 'ก', 'ค', 'ก', 'ข', 'ก', 'ก', 'ข', 'ข', 'ง']
random.sample
เป็นฟังก์ชันที่จะสุ่มหยิบของออกมาจากกลุ่มตามจำนวนที่กำหนด โดยจะหยิบไม่ซ้ำอันกันในแต่ละรอบ
อาร์กิวเมนต์ ที่ต้องใส่มี ๒ ตัวคือชุดข้อมูลและจำนวนที่จะหยิบ จำนวนที่หยิบจะต้องไม่เกินจำนวนข้อมูลในชุด หากหยิบชิ้นเดียวก็จะให้ผลเหมือน random.choice
ตัวอย่าง ลองจำลองการหยิบไพ่
phai = ['A','2','3','4','5','6','7','8','9','10','J','Q','K']
for i in range(4):
print(random.sample(phai,5))
for i in range(4):
print(random.sample(phai,5))
ผลลัพธ์
['6', '3', '8', '9', '2']
['Q', '7', '4', '6', '2']
['8', 'K', '3', 'J', '7']
['6', 'A', '2', 'Q', '3']
['Q', '7', '4', '6', '2']
['8', 'K', '3', 'J', '7']
['6', 'A', '2', 'Q', '3']
random.shuffle
เป็นฟังก์ชันที่ใช้สลับลำดับของข้อมูล เหมือนการสับไพ่ ชุดข้อมูลที่ถูกใช้ในฟังก์ชันนี้จะถูกเปลี่ยนแปลงการจัดเรียงใหม่หมดแบบสุ่ม
ตัวอย่าง
phai = ['A','2','3','4','5','6','7','8','9','10','J','Q','K']
for i in range(4):
random.shuffle(phai)
print(phai)
for i in range(4):
random.shuffle(phai)
print(phai)
ผลลัพธ์
['2', '9', '7', 'A', 'J', 'K', '10', 'Q', '4', '5', '6', '3', '8']
['A', '9', '4', 'K', 'Q', 'J', '7', '8', '6', '10', '3', '2', '5']
['7', 'J', 'Q', '3', '10', '8', '4', 'A', '6', '9', '5', 'K', '2']
['K', '3', '8', '10', '5', '9', '6', 'Q', 'J', '4', '2', '7', 'A']
['A', '9', '4', 'K', 'Q', 'J', '7', '8', '6', '10', '3', '2', '5']
['7', 'J', 'Q', '3', '10', '8', '4', 'A', '6', '9', '5', 'K', '2']
['K', '3', '8', '10', '5', '9', '6', 'Q', 'J', '4', '2', '7', 'A']
random.seed
บางครั้งเราอาจต้องการให้เลขมีการสุ่มแค่ครั้งเดียวแล้วหลังจากนั้นรันใหม่ก็ ยังอยากให้ได้ผลลัพธ์เหมือนเดิม กรณีนี้สามารถใช้ฟังก์ชัน seed ได้
ฟังก์ชันนี้มีไว้สร้างเมล็ดสำหรับการสุ่มขึ้นมาแล้วเก็บเอาไว้เพื่อให้ได้ค่าเหมือนเดิมทุกครั้ง
ชุดของเมล็ดระบุด้วยตัวอาร์กิวเมนต์ที่ใส่ลงไป ตัวฟังก์ชันต้องการอาร์กิวเมนต์ตัวนึง จะใส่เป็นอะไรได้ก็ได้ซึ่งจะทำหน้าที่เป็นตัวระบุถึงชุดข้อมูล ใช้คำสั่งนี้วางก่อนคำสั่งที่ใช้ในการสุ่ม
ใช้คำสั่งนี้ก่อนเริ่มการสุ่มแต่ละครั้งจะพบว่าแต่ละครั้งได้ค่าเดิมตลอด
for j in range(3):
random.seed(1)
for i in range(10):
print(random.randint(0,100), end=' ')
print()
random.seed(1)
for i in range(10):
print(random.randint(0,100), end=' ')
print()
ผลลัพธ์
17 72 97 8 32 15 63 97 57 60
17 72 97 8 32 15 63 97 57 60
17 72 97 8 32 15 63 97 57 60
17 72 97 8 32 15 63 97 57 60
17 72 97 8 32 15 63 97 57 60
ลองรันดูหลายๆรอบจะได้ค่าเดิมตลอด
ลองลบ random.seed(1) ออกแล้วรันใหม่จะพบว่าค่าที่ได้เปลี่ยนไปตลอด
หากต้องการให้มีการสุ่มหลายชุดก็แค่เปลี่ยนอาร์กิวเมนต์ให้หลากหลาย
for k in range(3):
for j in range(6):
for i in range(2):
random.seed((j+k)%4)
print(random.randint(0,10), end=' ')
print()
for j in range(6):
for i in range(2):
random.seed((j+k)%4)
print(random.randint(0,10), end=' ')
print()
ผลลัพธ์
6 6 2 2 0 0 3 3 6 6 2 2
2 2 0 0 3 3 6 6 2 2 0 0
0 0 3 3 6 6 2 2 0 0 3 3
2 2 0 0 3 3 6 6 2 2 0 0
0 0 3 3 6 6 2 2 0 0 3 3
อ้างอิง