Pythonでランダムな変数を作成する方法

Pythonでランダムな変数を作成する方法について紹介します。

標準で使えるrandomモジュールと、Numpyのrandomパッケージの2つの方法について紹介します。

標準randomモジュールを使う方法

Pythonにデフォルトでインストールされる標準モジュールrandomを使った方法です。

まずは事前にインポートしておきます。

import random

ランダムな整数を1つ作成する

ランダムな値を作成する場合、randint()関数を使います。

50〜100までのランダムな数値を作成したい場合は、こんな感じで第1引数に最低値を、第2引数に最大値を指定します。

>>> random.randint(50, 100)
94

ランダムな少数を1つ作成する

ランダムな少数を1つ作成する場合、random()関数を使います。

random()関数に引数は指定できず、0以上1未満のランダムな少数値を作成します。

>>> random.random()
0.18448240416445205

0以上1未満ではなくて、たとえば1以上2以下のランダムな少数を作成したい場合は、uniform()関数を使います。

>>> random.uniform(1, 2)
1.6074269877987506

ランダムなアルファベットを作成する

これは少し応用で、a〜zまでのアルファベットをランダムに作成したいような場合は、文字コードをランダムに生成してから文字に変換することで実現できます。

文字コードの取得はord()関数で、数値から文字コードへはchr()関数です。

>>> a = ord('a')
>>> a
97
>>> z = ord('z')
>>> z
122
>>> some_char = random.randint(a, z)
>>> some_char
107
>>> chr(some_char)
'k'

numpyを使う方法

Python標準ライブラリでは変数を1つずつ作成することはできましたが、ランダムな値の配列を作成したい場合はNumpyを使うと便利です。

前準備

Numpyのライブラリをインストールしておきます。

pip install numpy

そしてプログラムでは、numpy.default_rngをインポートして、ランダムジェネレータであるnumpy.random.Generatorのインスタンスを作成しておきます。

# Numpyのインポート
import numpy as np
# ランダムジェネレータのインポート
from numpy.random import default_rng

# ランダムジェネレータのインスタンス化
rng = default_rng()

これで、以下で紹介する方法を利用できるようになります。

ランダムな整数の配列を作成する

Numpyでランダムな整数を作成するには、numpy.random.Generator.integers()メソッドを使います。

Numpyは配列を効率よく扱うことを目的としたライブラリのため、ランダムな値もNumpy配列(numpy.ndarray)で生成されます。

次の例では、1〜9までの数値を含んだ長さ10のndarrayを生成しています。

>>> values = rng.integers(low=1, high=10, size=10)
>>> values
array([3, 9, 3, 3, 6, 6, 9, 1, 8, 4])

ランダムな整数を1つ作成する

配列ではなく整数で作成したい場合も、同様にnumpy.random.Generator.integers()メソッドを使いますが、左辺代入で配列を展開するように工夫した記述が必要です。

>>> a, = rng.integers(low=1, high=10, size=1)
>>> a
3

同様に、変数2つに割り当てたい場合はこんな感じで。

>>> a, b = rng.integers(low=1, high=10, size=2)
>>> a
6
>>> b
3

ランダムな少数の配列を作成する

整数ではなく少数を作成したい場合は、numpy.random.Generator.random()メソッドを使います。

このメソッドは、0〜1までの間（1は含まない）の値の配列を作成します。

>>> rng.random(10)
array([0.4067598 , 0.21243005, 0.38749953, 0.30738665, 0.24476233,
       0.53791747, 0.47890178, 0.31185431, 0.71643237, 0.56840805])

小数点以下1桁にしたい場合は、floor関数を使いつつ、面倒だけど10で掛けたり割ったりが必要みたいです。

>>> a = rng.random(10)
>>> np.floor(a * 10) / 10
array([0.7, 0.6, 0.8, 0.7, 0. , 0.2, 0.4, 0.8, 0.5, 0.9])

ランダムな少数を1つ作成する

ランダムな整数の時と同様に、左辺代入で配列を展開すれば、配列ではなく直接変数に代入できます。

>>> a, = rng.random(1)
>>> a
0.8942128137437866

ランダムな文字の配列を作成する

標準モジュールで'a'〜'z'までのランダムなアルファベットを作成したように、Numpyではランダムな文字の配列を作成してみましょう。

これも応用が必要で、プログラムもちょっと長くなっちゃいます。

numpy.random.Generator.integers()メソッドを使って、'a'(intで97)〜'z'(intで122)の間のint配列を作成して、それをnumpy.vectorize()関数を使いそれぞれの値にchr()関数を適用して文字に変更することで、ようやくお目当てである文字の配列が出来上がります。

>>> b = rng.integers(low=ord('a'), high=ord('z')+1, size=10)
>>> b
array([113, 118, 117, 109, 102, 112, 103, 102, 109, 104])
>>> myfunc = lambda x: chr(x)
>>> vec = np.vectorize(myfunc)
>>> c = vec(b)
>>> c
array(['q', 'v', 'u', 'm', 'f', 'p', 'g', 'f', 'm', 'h'], dtype='<U1')