Python编程：函数、随机数与标准库的深度探索

### Python编程：函数、随机数与标准库的深度探索 #### 1. Python内置的max和min函数 在Python中，许多常见任务所需的功能已经内置。例如，`max`和`min`函数可以分别确定两个或多个参数中的最大值和最小值。这两个函数也可以接收可迭代参数，如列表或字符串。使用内置函数或Python标准库模块中的函数，而不是自己编写代码，可以减少开发时间，提高程序的可靠性、可移植性和性能。Python内置函数和模块列表可查看：[https://docs.python.org/3/library/index.html](https://docs.python.org/3/library/index.html) 。 示例代码： ```python In [6]: max('yellow', 'red', 'orange', 'blue', 'green') Out[6]: 'yellow' In [7]: min(15, 9, 27, 14) Out[7]: 9 ``` #### 2. 随机数生成 ##### 2.1 模拟掷六面骰子 可以通过Python标准库的`random`模块引入随机性。以下代码模拟掷六面骰子10次： ```python In [1]: import random In [2]: for roll in range(10): ...: print(random.randrange(1, 7), end=' ') ...: 4 2 5 5 4 6 4 6 1 5 In [3]: for roll in range(10): ...: print(random.randrange(1, 7), end=' ') ...: 4 5 4 5 1 4 1 4 6 5 ``` `randrange`函数生成从第一个参数值到第二个参数值（不包括）之间的整数。 ##### 2.2 模拟掷六面骰子6000000次 为了验证`randrange`生成的整数是随机的，且每个数字出现的概率相等，以下脚本模拟掷六面骰子6000000次： ```python # fig04_01.py """Roll a six-sided die 6,000,000 times.""" import random # face frequency counters frequency1 = 0 frequency2 = 0 frequency3 = 0 frequency4 = 0 frequency5 = 0 frequency6 = 0 # 6,000,000 die rolls for roll in range(6_000_000): # note underscore separators face = random.randrange(1, 7) # increment appropriate face counter if face == 1: frequency1 += 1 elif face == 2: frequency2 += 1 elif face == 3: frequency3 += 1 elif face == 4: frequency4 += 1 elif face == 5: frequency5 += 1 elif face == 6: frequency6 += 1 print(f'Face{"Frequency":>13}') print(f'{1:>4}{frequency1:>13}') print(f'{2:>4}{frequency2:>13}') print(f'{3:>4}{frequency3:>13}') print(f'{4:>4}{frequency4:>13}') print(f'{5:>4}{frequency5:>13}') print(f'{6:>4}{frequency6:>13}') ``` 运行结果示例： ```plaintext Face Frequency 1 998686 2 1001481 3 999900 4 1000453 5 999953 6 999527 ``` 此程序使用嵌套控制语句（`for`语句中嵌套`if...elif`语句）来确定每个骰子面出现的次数。注意，`range(6_000_000)`使用了下划线分隔符，以提高可读性，而`range(6,000,000)`会被Python视为调用`range`函数，传入三个参数6、0和0。 ##### 2.3 为随机数生成器设置种子以实现可重复性 `randrange`实际上生成的是伪随机数，基于一个称为种子的数值进行内部计算。每次启动新的交互式会话或执行使用`random`模块函数的脚本时，Python内部使用不同的种子值。在调试使用随机生成数据的程序时，可以使用`random`模块的`seed`函数设置种子，使`randrange`从指定的种子开始计算伪随机数序列。 示例代码： ```python In [4]: random.seed(32) In [5]: for roll in range(10): ...: print(random.randrange(1, 7), end=' ') ...: 1 2 2 3 6 2 4 1 6 1 In [6]: for roll in range(10): ...: print(random.randrange(1, 7), end=' ') ...: 1 3 5 3 1 5 6 4 3 5 In [7]: random.seed(32) In [8]: for roll in range(10): ...: print(random.randrange(1, 7), end=' ') ...: 1 2 2 3 6 2 4 1 6 1 ``` 由于代码块[4]和[7]使用了相同的种子（32），代码块[5]和[8]产生相同的结果。代码块[6]生成不同的值，因为它继续了代码块[5]开始的伪随机数序列。 #### 3. 案例研究：机会游戏“双骰子赌博” 此部分模拟流行的骰子游戏“双骰子赌博”（craps）。游戏规则如下：掷两个六面骰子，计算两个朝上的面的点数之和。如果第一次掷出的和为7或11，则获胜；如果和为2、3或12，则失败；如果和为4、5、6、8、9或10，则该和成为“点数”，需要继续掷骰子，直到再次掷出该点数则获胜，掷出7则失败。 以下是模拟该游戏的代码： ```python # fig04_02.py """Simulating the dice game Craps.""" import random def roll_dice(): """Roll two dice and return their face values as a tuple.""" die1 = random.randrange(1, 7) die2 = random.randrange(1, 7) return (die1, die2) # pack die face values into a tuple def display_dice(dice): """Display one roll of the two dice.""" die1, die2 = dice # unpack the tuple into variables die1 and die2 print(f'Player rolled {die1} + {die2} = {sum(dice)}') die_values = roll_dice() # first roll display_dice(die_values) # determine game status and point, based on first roll sum_of_dice = s ```