NumPy随机数生成函数的多种实现方法

NumPy 的 numpy.random 模块提供了丰富的随机数生成函数，覆盖基础随机数组、概率分布抽样和随机排列等功能。以下是常用函数的详细解析：

一、基础随机数生成函数

1.np.random.rand(d0, d1, ..., dn)

• 功能：生成 [0, 1) 均匀分布的随机浮点数数组
• 参数：d0, d1... 为数组维度（整数）
• 示例：

  np.random.rand(2, 3)  # 生成 2行3列的随机数组
  # 输出：array([[0.12, 0.34, 0.56], [0.78, 0.90, 0.23]])
  

2.np.random.randn(d0, d1, ..., dn)

• 功能：生成符合标准正态分布（μ=0, σ=1）的随机数
• 参数：同 rand()
• 示例：

  np.random.randn(2)  # 生成2个标准正态分布随机数
  # 输出：array([-0.45, 1.23])
  

3.np.random.randint(low, high=None, size=None, dtype=int)

• 功能：生成 [low, high) 区间的整数随机数
• 参数：
  • low：下限（包含）
  • high：上限（不包含，若未提供则从0开始）
  • size：输出形状
• 示例：

  np.random.randint(1, 10, size=(3,))  # 生成3个1-9的整数
  # 输出：array([5, 2, 8])
  

4.np.random.random(size=None)

• 功能：生成 [0.0, 1.0) 均匀分布的随机浮点数（单个数或数组）
• 示例：

  np.random.random((2,2))  # 2x2随机矩阵
  # 输出：array([[0.45, 0.78], [0.12, 0.90]])
  

二、概率分布抽样函数

1.np.random.uniform(low=0.0, high=1.0, size=None)

• 功能：生成指定区间 [low, high) 的均匀分布随机数
• 示例：

  np.random.uniform(-1, 1, size=3)  # 3个[-1,1)的均匀分布数
  # 输出：array([-0.23, 0.56, -0.89])
  

2.np.random.normal(loc=0.0, scale=1.0, size=None)

• 功能：生成指定均值（loc）和标准差（scale）的正态分布
• 示例：

  np.random.normal(loc=5, scale=2, size=2)  # N(5, 2²)的2个样本
  # 输出：array([4.89, 6.12])
  

3.np.random.binomial(n, p, size=None)

• 功能：生成二项分布（n次试验，成功概率p）的随机数
• 示例：

  np.random.binomial(n=10, p=0.5, size=3)  # 3次10重伯努利试验的成功次数
  # 输出：array([5, 7, 4])
  

4.np.random.poisson(lam=1.0, size=None)

• 功能：生成泊松分布（λ=lam）的随机数
• 示例：

  np.random.poisson(lam=3, size=4)  # λ=3的4个泊松样本
  # 输出：array([2, 4, 3, 5])
  

三、随机抽样与排列

1.np.random.choice(a, size=None, replace=True, p=None)

• 功能：从序列 a 中随机抽样
• 参数：
  • replace：是否允许重复抽样（默认True）
  • p：各元素抽样概率（需与a长度相同）
• 示例：

  np.random.choice([1,2,3,4], size=3, p=[0.1,0.2,0.3,0.4])
  # 按概率抽样3个元素，输出：array([3,4,4])
  

2.np.random.shuffle(x)

• 功能：原地打乱数组x（修改原数组）
• 示例：

  arr = np.array([1,2,3,4])
  np.random.shuffle(arr)  # arr变为 [3,1,4,2]
  

3.np.random.permutation(x)

• 功能：生成数组x的随机排列（不修改原数组）
• 示例：

  np.random.permutation([1,2,3,4])  # 输出：array([2,4,1,3])
  

四、随机种子设置

np.random.seed(42)  # 设置随机种子，保证结果可复现
np.random.rand(2)   # 每次运行结果相同：array([0.37, 0.95])

关键区别总结

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