Issue #5262: Improved fix.
[python.git] / Doc / library / random.rst
blob78c3cc0bedcd8e665d80897dcf3b4c4ce2325c20
2 :mod:`random` --- Generate pseudo-random numbers
3 ================================================
5 .. module:: random
6    :synopsis: Generate pseudo-random numbers with various common distributions.
9 This module implements pseudo-random number generators for various
10 distributions.
12 For integers, uniform selection from a range. For sequences, uniform selection
13 of a random element, a function to generate a random permutation of a list
14 in-place, and a function for random sampling without replacement.
16 On the real line, there are functions to compute uniform, normal (Gaussian),
17 lognormal, negative exponential, gamma, and beta distributions. For generating
18 distributions of angles, the von Mises distribution is available.
20 Almost all module functions depend on the basic function :func:`random`, which
21 generates a random float uniformly in the semi-open range [0.0, 1.0).  Python
22 uses the Mersenne Twister as the core generator.  It produces 53-bit precision
23 floats and has a period of 2\*\*19937-1.  The underlying implementation in C is
24 both fast and threadsafe.  The Mersenne Twister is one of the most extensively
25 tested random number generators in existence.  However, being completely
26 deterministic, it is not suitable for all purposes, and is completely unsuitable
27 for cryptographic purposes.
29 The functions supplied by this module are actually bound methods of a hidden
30 instance of the :class:`random.Random` class.  You can instantiate your own
31 instances of :class:`Random` to get generators that don't share state.  This is
32 especially useful for multi-threaded programs, creating a different instance of
33 :class:`Random` for each thread, and using the :meth:`jumpahead` method to make
34 it likely that the generated sequences seen by each thread don't overlap.
36 Class :class:`Random` can also be subclassed if you want to use a different
37 basic generator of your own devising: in that case, override the :meth:`random`,
38 :meth:`seed`, :meth:`getstate`, :meth:`setstate` and :meth:`jumpahead` methods.
39 Optionally, a new generator can supply a :meth:`getrandbits` method --- this
40 allows :meth:`randrange` to produce selections over an arbitrarily large range.
42 .. versionadded:: 2.4
43    the :meth:`getrandbits` method.
45 As an example of subclassing, the :mod:`random` module provides the
46 :class:`WichmannHill` class that implements an alternative generator in pure
47 Python.  The class provides a backward compatible way to reproduce results from
48 earlier versions of Python, which used the Wichmann-Hill algorithm as the core
49 generator.  Note that this Wichmann-Hill generator can no longer be recommended:
50 its period is too short by contemporary standards, and the sequence generated is
51 known to fail some stringent randomness tests.  See the references below for a
52 recent variant that repairs these flaws.
54 .. versionchanged:: 2.3
55    Substituted MersenneTwister for Wichmann-Hill.
57 Bookkeeping functions:
60 .. function:: seed([x])
62    Initialize the basic random number generator. Optional argument *x* can be any
63    :term:`hashable` object. If *x* is omitted or ``None``, current system time is used;
64    current system time is also used to initialize the generator when the module is
65    first imported.  If randomness sources are provided by the operating system,
66    they are used instead of the system time (see the :func:`os.urandom` function
67    for details on availability).
69    .. versionchanged:: 2.4
70       formerly, operating system resources were not used.
72    If *x* is not ``None`` or an int or long, ``hash(x)`` is used instead. If *x* is
73    an int or long, *x* is used directly.
76 .. function:: getstate()
78    Return an object capturing the current internal state of the generator.  This
79    object can be passed to :func:`setstate` to restore the state.
81    .. versionadded:: 2.1
83    .. versionchanged:: 2.6
84       State values produced in Python 2.6 cannot be loaded into earlier versions.
87 .. function:: setstate(state)
89    *state* should have been obtained from a previous call to :func:`getstate`, and
90    :func:`setstate` restores the internal state of the generator to what it was at
91    the time :func:`setstate` was called.
93    .. versionadded:: 2.1
96 .. function:: jumpahead(n)
98    Change the internal state to one different from and likely far away from the
99    current state.  *n* is a non-negative integer which is used to scramble the
100    current state vector.  This is most useful in multi-threaded programs, in
101    conjunction with multiple instances of the :class:`Random` class:
102    :meth:`setstate` or :meth:`seed` can be used to force all instances into the
103    same internal state, and then :meth:`jumpahead` can be used to force the
104    instances' states far apart.
106    .. versionadded:: 2.1
108    .. versionchanged:: 2.3
109       Instead of jumping to a specific state, *n* steps ahead, ``jumpahead(n)``
110       jumps to another state likely to be separated by many steps.
113 .. function:: getrandbits(k)
115    Returns a python :class:`long` int with *k* random bits. This method is supplied
116    with the MersenneTwister generator and some other generators may also provide it
117    as an optional part of the API. When available, :meth:`getrandbits` enables
118    :meth:`randrange` to handle arbitrarily large ranges.
120    .. versionadded:: 2.4
122 Functions for integers:
125 .. function:: randrange([start,] stop[, step])
127    Return a randomly selected element from ``range(start, stop, step)``.  This is
128    equivalent to ``choice(range(start, stop, step))``, but doesn't actually build a
129    range object.
131    .. versionadded:: 1.5.2
134 .. function:: randint(a, b)
136    Return a random integer *N* such that ``a <= N <= b``.
138 Functions for sequences:
141 .. function:: choice(seq)
143    Return a random element from the non-empty sequence *seq*. If *seq* is empty,
144    raises :exc:`IndexError`.
147 .. function:: shuffle(x[, random])
149    Shuffle the sequence *x* in place. The optional argument *random* is a
150    0-argument function returning a random float in [0.0, 1.0); by default, this is
151    the function :func:`random`.
153    Note that for even rather small ``len(x)``, the total number of permutations of
154    *x* is larger than the period of most random number generators; this implies
155    that most permutations of a long sequence can never be generated.
158 .. function:: sample(population, k)
160    Return a *k* length list of unique elements chosen from the population sequence.
161    Used for random sampling without replacement.
163    .. versionadded:: 2.3
165    Returns a new list containing elements from the population while leaving the
166    original population unchanged.  The resulting list is in selection order so that
167    all sub-slices will also be valid random samples.  This allows raffle winners
168    (the sample) to be partitioned into grand prize and second place winners (the
169    subslices).
171    Members of the population need not be :term:`hashable` or unique.  If the population
172    contains repeats, then each occurrence is a possible selection in the sample.
174    To choose a sample from a range of integers, use an :func:`xrange` object as an
175    argument.  This is especially fast and space efficient for sampling from a large
176    population:  ``sample(xrange(10000000), 60)``.
178 The following functions generate specific real-valued distributions. Function
179 parameters are named after the corresponding variables in the distribution's
180 equation, as used in common mathematical practice; most of these equations can
181 be found in any statistics text.
184 .. function:: random()
186    Return the next random floating point number in the range [0.0, 1.0).
189 .. function:: uniform(a, b)
191    Return a random floating point number *N* such that ``a <= N <= b`` for
192    ``a <= b`` and ``b <= N <= a`` for ``b < a``.
195 .. function:: triangular(low, high, mode)
197    Return a random floating point number *N* such that ``low <= N <= high`` and
198    with the specified *mode* between those bounds.  The *low* and *high* bounds
199    default to zero and one.  The *mode* argument defaults to the midpoint
200    between the bounds, giving a symmetric distribution.
202    .. versionadded:: 2.6
205 .. function:: betavariate(alpha, beta)
207    Beta distribution.  Conditions on the parameters are ``alpha > 0`` and
208    ``beta > 0``. Returned values range between 0 and 1.
211 .. function:: expovariate(lambd)
213    Exponential distribution.  *lambd* is 1.0 divided by the desired
214    mean.  It should be nonzero.  (The parameter would be called
215    "lambda", but that is a reserved word in Python.)  Returned values
216    range from 0 to positive infinity if *lambd* is positive, and from
217    negative infinity to 0 if *lambd* is negative.
220 .. function:: gammavariate(alpha, beta)
222    Gamma distribution.  (*Not* the gamma function!)  Conditions on the
223    parameters are ``alpha > 0`` and ``beta > 0``.
226 .. function:: gauss(mu, sigma)
228    Gaussian distribution.  *mu* is the mean, and *sigma* is the standard
229    deviation.  This is slightly faster than the :func:`normalvariate` function
230    defined below.
233 .. function:: lognormvariate(mu, sigma)
235    Log normal distribution.  If you take the natural logarithm of this
236    distribution, you'll get a normal distribution with mean *mu* and standard
237    deviation *sigma*.  *mu* can have any value, and *sigma* must be greater than
238    zero.
241 .. function:: normalvariate(mu, sigma)
243    Normal distribution.  *mu* is the mean, and *sigma* is the standard deviation.
246 .. function:: vonmisesvariate(mu, kappa)
248    *mu* is the mean angle, expressed in radians between 0 and 2\*\ *pi*, and *kappa*
249    is the concentration parameter, which must be greater than or equal to zero.  If
250    *kappa* is equal to zero, this distribution reduces to a uniform random angle
251    over the range 0 to 2\*\ *pi*.
254 .. function:: paretovariate(alpha)
256    Pareto distribution.  *alpha* is the shape parameter.
259 .. function:: weibullvariate(alpha, beta)
261    Weibull distribution.  *alpha* is the scale parameter and *beta* is the shape
262    parameter.
265 Alternative Generators:
267 .. class:: WichmannHill([seed])
269    Class that implements the Wichmann-Hill algorithm as the core generator. Has all
270    of the same methods as :class:`Random` plus the :meth:`whseed` method described
271    below.  Because this class is implemented in pure Python, it is not threadsafe
272    and may require locks between calls.  The period of the generator is
273    6,953,607,871,644 which is small enough to require care that two independent
274    random sequences do not overlap.
277 .. function:: whseed([x])
279    This is obsolete, supplied for bit-level compatibility with versions of Python
280    prior to 2.1. See :func:`seed` for details.  :func:`whseed` does not guarantee
281    that distinct integer arguments yield distinct internal states, and can yield no
282    more than about 2\*\*24 distinct internal states in all.
285 .. class:: SystemRandom([seed])
287    Class that uses the :func:`os.urandom` function for generating random numbers
288    from sources provided by the operating system. Not available on all systems.
289    Does not rely on software state and sequences are not reproducible. Accordingly,
290    the :meth:`seed` and :meth:`jumpahead` methods have no effect and are ignored.
291    The :meth:`getstate` and :meth:`setstate` methods raise
292    :exc:`NotImplementedError` if called.
294    .. versionadded:: 2.4
296 Examples of basic usage::
298    >>> random.random()        # Random float x, 0.0 <= x < 1.0
299    0.37444887175646646
300    >>> random.uniform(1, 10)  # Random float x, 1.0 <= x < 10.0
301    1.1800146073117523
302    >>> random.randint(1, 10)  # Integer from 1 to 10, endpoints included
303    7
304    >>> random.randrange(0, 101, 2)  # Even integer from 0 to 100
305    26
306    >>> random.choice('abcdefghij')  # Choose a random element
307    'c'
309    >>> items = [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7]
310    >>> random.shuffle(items)
311    >>> items
312    [7, 3, 2, 5, 6, 4, 1]
314    >>> random.sample([1, 2, 3, 4, 5],  3)  # Choose 3 elements
315    [4, 1, 5]
319 .. seealso::
321    M. Matsumoto and T. Nishimura, "Mersenne Twister: A 623-dimensionally
322    equidistributed uniform pseudorandom number generator", ACM Transactions on
323    Modeling and Computer Simulation Vol. 8, No. 1, January pp.3-30 1998.
325    Wichmann, B. A. & Hill, I. D., "Algorithm AS 183: An efficient and portable
326    pseudo-random number generator", Applied Statistics 31 (1982) 188-190.
328    `Complementary-Multiply-with-Carry recipe
329    <http://code.activestate.com/recipes/576707/>`_ for a compatible alternative
330    random number generator with a long period and comparatively simple update
331    operations.