如何确定生成的随机数，是真的随机？

　撰文 | Bob Yirka

　　翻译 | 张宇哲

　　审校 | 董子晨曦

　　许多年来，计算机科学家一直在寻找一种能够生成真随机数的方法。但由于硬件水平的限制，大多数家用和商用电脑中的随机数生成器远达不到“随机”的标准。生成随机数之所以重要，是因为它构成了密码学的基础。在计算力足够的前提下，黑客能够破解这些由伪随机数编码的信息。与我们所处的自然世界不同，量子世界中存在许多真随机事件，例如不可预测的光子行为。

　　来自英国、德国和俄罗斯的一支研究团队利用量子力学的不可预测性，制造了一部能够生成真随机数的装置。在发表于《物理评论快报》的论文中，他们描述了借助量子理论，开发了一款真随机数生成器。

　　一种分束器，1：入射光；2： 50%透射光；3： 50%反射光。@ Tamasflex，wikimedia

　　该团队制造的装置由一个通用分束器组成，分束器一个输入端为激光，另一输入端则为空（即零信号）。随后，他们利用两个独立的探测器测量出射光束。在这套装置，每个到达分束器的光子被透射或被反射的概率相等，这意味着两个测量结果间的差值是不可预测的。因此，这一差值便是真“随机”的。

　　研究人员通过测量了光子在到达分束器之前的状态，进一步推进了这一研究。测量结果证实了由该设备产生的数据的确是随机的。最终，他们制造出的设备能够以每秒8.05千兆比特的速度生成随机数，且每组数据都证实是实时且随机的。值得一提的是，该设备使用的全部是现有的技术。

　　原文链接：

　　https：//phys.org/news/2021-01-unpredictable-nature-quantum-mechanics-random.html

andom模块是Python的内置模块，用于生成随机数

常用方法

1.生成一个0到1之间的随机浮点数

>>> import random
>>> random.random()
0.5327753356458743

2.生成指定范围的随机整数

>>> random.randint(30,37)
37

3.生成指定范围的随机浮点数

>>> random.uniform(10,12)
10.937634968502632

4.从列表随机选取一个元素

>>> L = ['a','b','c','d','e','f','g']
>>> random.choice(L)
'c'

4.1从列表选取指定元素

>>> L = ['a','b','c','d','e','f','g']
>>> random.choices(L,k=3)
['g', 'a', 'g']

4.2从列表选取指定元素，且不重复

>>> L = ['a','b','c','d','e','f','g']
>>> random.sample(L,k=3)
['d', 'e', 'f']

5.随机打乱列表顺序

>>> L = ['a','b','c','d','e','f','g']
>>> random.shuffle(L)
>>> L
['g', 'f', 'b', 'a', 'e', 'c', 'd']

6.生成随机数种子

在 Python 中，随机数生成器是基于伪随机数算法实现的，每次运行程序时都会生成不同的随机数序列。有时候我们需要让程序每次运行时都生成相同的随机数序列，这个时候就需要random.seed()

>>> random.seed(12345
>>> random.randint(20,30)
26

7.生成小于指定值的随机数

>>> random.randrange(10)
2

8.生成指定范围数据

>>> random.randrange(10,50,3)
25

以上是random模块常用的一些方法

更多内容请查看官方文档

https://docs.python.org/3/library/random.html?highlight=random#module-random

奖和开盲盒性质一样的都是通过ajax读取后台的随机数据。

图1 转轮盘抽奖

图2 转轮盘抽奖结果

1、转轮盘

本来是想直接绘图实现轮盘，但是没有找到怎么填充文字，只好把轮盘弄成了背景图，通常用于游戏抽道具，商城积分抽奖，公司年末员工抽奖

点击抽奖触发jquery的click事件；
通过ajax获取后台的随机数；
后台通过mt_rand得到随机奖项（角度），返回给前台；
通过jquery改变css transform、transition属性，旋转背景，也就是轮盘；

html代码

<style>
.box{
    width:500px;height:500px;border:0px solid #DDD;margin:100px;position:relative;
}
.beij{
    background:url(cjbg.jpg) no-repeat center center;width:100%;height:100%;
}
.pointer{
    cursor:pointer;position:absolute;top:50%;left:50%;margin-left:-40px;margin-top:-48px;background:url(c1.png) no-repeat center center;width:80px;height:96px;z-index:21;
}
</style>

<div  class='box' >
    <div  class='beij'></div>
    <div  class='pointer'></div>
</div>

js代码

<script>
$(document).ready(function() {
	var time=0.4;//转一圈所需时间 s
	var count=10;//默认多转几圈
	/*
	var angle=new Array();
	angle[0]=23;
	angle[1]=53;
	angle[2]=83;
	angle[3]=110;
	angle[4]=133;
	angle[5]=163;
	angle[6]=223;
	*/
	var i=1;
    $(".pointer").click(function(){ 
		$.ajax({
			url: "/public/man/index.php/api/choujiang",
			data:'',
			type: "post",
			dataType: "json",
			success: function(result) {
				//console.log(result.msg);
				$('.beij').css({'transform':"rotate("+(i*count*360+result.angle)+"deg)","transition":" All "+(time*(5+result.angle/360))+"s ease-in-out"});
				//弹窗提示
        //setTimeout("alert('"+result.msg+"');",time*1000*(5+result.angle/360));
        setTimeout("console.log('"+result.msg+"');",time*1000*(5+result.angle/360));
			}
		})
		i++;
	});
});
</script>

说明：

因为改变css进行旋转，开始的时候，直接执行了弹窗或者是console.log，这并不符合我们的要求，加入了setTimeout，在旋转完成以后，再给出提示；
time*1000*(5+result.angle/360) 是总得旋转时间；

后台接口程序

    public function choujiang(){
		/*
		    id   奖品编号
			title  中奖提示
			prec  中奖概率
			angle  旋转角度
		*/
		$arr[0]=array('id'=>1,'title'=>'恭喜抽中一等奖：苹果手机一部！','prec'=>1,'angle'=>23);
		$arr[1]=array('id'=>2,'title'=>'恭喜抽中二等奖：Ipad','prec'=>2,'angle'=>68);
		$arr[2]=array('id'=>3,'title'=>'恭喜抽中三等奖：','prec'=>25,'angle'=>113);
		$arr[3]=array('id'=>4,'title'=>'恭喜抽中四等奖','prec'=>50,'angle'=>155);
		$arr[4]=array('id'=>5,'title'=>'恭喜抽中五等奖','prec'=>80,'angle'=>202);
		$arr[5]=array('id'=>6,'title'=>'恭喜抽中六等奖','prec'=>150,'angle'=>245);
		$arr[6]=array('id'=>7,'title'=>'恭喜抽中七等奖','prec'=>240,'angle'=>290);
		$arr[7]=array('id'=>8,'title'=>'获得50元优惠券，还需加油哦！','prec'=>380,'angle'=>337);

        //中奖几率求和
		$cmun=0;
		for($i=0;$i<=count($arr)-1;$i++){
			$cmun+=$arr[$i]['prec'];
		}
        //中奖随机数
        $smrand=mt_rand(1,$cmun);
        $this->getRand(1,0,$arr,count($arr),$smrand);			
	}

    public function getrand($m,$im,$arr,$count,$smrand){
		/*
		    $m  起始数
			$im  第几个数组元素
			$count  数组总得元素个数
			$arr  原始数组
			$smrand  中奖随机数
		*/

        //已经中奖
		if($smrand>=$m&&$smrand<=$arr[$im]['prec']+$m-1){
				//中奖返回
				$msg=array('msg'=>$arr[$im]['title'],'angle'=>$arr[$im]['angle'],'smrand'=>$smrand);
				exit(json_encode($msg,JSON_UNESCAPED_UNICODE));			   
		}else{
		   //最后一个不需要判断  直接返回
		   if($im+1==$count-1){
				$msg=array('msg'=>$arr[$count-1]['title'],'angle'=>$arr[$count-1]['angle'],'smrand'=>$smrand);
				exit(json_encode($msg,JSON_UNESCAPED_UNICODE));		
		   }else{
		       //起始数字
			   $start=$arr[$im]['prec']+$m;
			   //递归  再次调用数组  读取下一个数组元素
			   $this->getrand($start,$im+1,$arr,$count,$smrand);
		   }
		}
	
	}

说明：

以上概率算法采用的是所有概率求和做分母、出现的概率做分子，如果才有百分比，实现方式是一样的；
采用递归，依次判断每一次的起始数字和结束数字，中奖的随机数是否在该范围内，在，就是中得该奖项，否则没中，再判断下一个；
最后一个数组元素是不需要判断的，前边的都不是，最后一个一定就是中奖；
记录谁获得了什么奖项，应该是在后台返回数据之前，不能是前台弹窗以后通过ajax通知后台中奖信息；

2、随机抽取一个幸运员工

点击开始抽奖，单行文本框循环显示员工，抽奖按钮文字变为停止，点击停止的时候，抽中的员工显示在获奖名单。

图3 随机抽取幸运员工

html代码

<style>
body{
    background:#DDD;
}
.title{
    height:40px;line-height:40px;font-size:14px;font-weight:bold;margin:100px 0 0 100px;
}
.box{
    width:700px;height:200px;border:1px solid #EEE;border-radius:8px;background:#FFF;margin-left:100px;
}
.box li{height:30px;line-height:30px;}
.cjbtn{
    margin:10px 0 0 100px;
}
#ygname{
    padding:3px 5px;;
}

</style>
<div class='title'>获奖名单</div>
<div  class='box' >
  <ul>
  </ul>
</div>
<div class='cjbtn'><input type='text' id='ygname' /> <button id='choujiang'>开始抽奖</button></div>

js代码

<script>
    var t;
	var yuangong=new Array();
	$.ajax({
			url: "/public/man/index.php/api/yuangong",
			data:'',
			type: "post",
			dataType: "json",
			success: function(result) {
				yuangong=result.msg

			}
	})

  
$(document).ready(function() {

    $("#choujiang").click(function(){ 
		if($(this).html()=='开始抽奖'){
          if(yuangong.length>=3){
			$(this).html("停止");
			start();
		  }
		}else{
		    $(this).html("开始抽奖");
			stop();
		}
	});
});

function start() {
	num = Math.floor(Math.random() * (yuangong.length-1));
	$('#ygname').val(yuangong[num]['title']);
	t = setTimeout(start, 0);
}
function stop() {
	clearInterval(t);
	//数组中删除中奖员工信息防止重复中奖
	yuangong.splice($.inArray(yuangong[num], yuangong), 1);
	$(".box  ul").append("<li>"+$('#ygname').val()+"</li>");

}

</script>

说明：

num = Math.floor(Math.random() * (yuangong.length));

yuangong.length员工数组长度；
Math.random() 0到1的小数，包含0，不包含1；
Math.floor 小数向下取整，可以为0；

综上：num得到的是0到数组下标的随机数。

clearInterval(t)：用于停止t = setTimeout(start, 0);

后台php接口程序

    public function yuangong(){
		$yuangong[0]=array('id'=>1,'title'=>'业务部【张三】');
		$yuangong[1]=array('id'=>2,'title'=>'技术部【李四】');
		$yuangong[2]=array('id'=>3,'title'=>'技术部【逍遥】');
		$yuangong[3]=array('id'=>4,'title'=>'会计部【薛嫣】');
		$yuangong[4]=array('id'=>5,'title'=>'行政部【王五】');
		$yuangong[5]=array('id'=>6,'title'=>'行政部【王天林】');
		$yuangong[6]=array('id'=>7,'title'=>'行政部【李笑和】');

		$msg=array('msg'=>$yuangong);
		exit(json_encode($msg,JSON_UNESCAPED_UNICODE));	
	}

3、随机抽取多个幸运员工

没有想到什么效果，只是单纯地获取了随机数

html代码

<style>
body{
    background:#DDD;
}
.title{
    height:40px;line-height:40px;font-size:14px;font-weight:bold;margin:100px 0 0 100px;
}
.box{
    width:700px;height:200px;border:1px solid #EEE;border-radius:8px;background:#FFF;margin-left:100px;
}
.box li{height:30px;line-height:30px;}
.cjbtn{
    margin:10px 0 0 100px;
}
#ygname{
    padding:3px 5px;;
}

</style>
<div class='title'>获奖名单</div>
<div  class='box' >
  <ul>
  </ul>
</div>
<div class='cjbtn'> <button id='choujiang'>开始抽奖</button></div>

js代码

<script>
var yuangong=new Array();
var ygstr='';//存取获奖员工
var ygrs=5;//一次抽几个
var t;
$.ajax({
			url: "/public/man/index.php/api/yuangong",
			data:'',
			type: "post",
			dataType: "json",
			success: function(result) {
				yuangong=result.msg

			}
})

$(document).ready(function() {
    $("#choujiang").click(function(){ 
		if(yuangong.length>=ygrs){
		    start(1);
		}
	});
});

function start(ms) {
   //ms  第几次获取员工信息
   num = Math.floor(Math.random() * (yuangong.length));
   console.log(num);
   ygstr+="<li>"+yuangong[num]['title']+"</li>";
   if(ms>=ygrs){
	   $(".box  ul").html(ygstr);
	   ygstr="";
   }else{
	   yuangong.splice($.inArray(yuangong[num], yuangong), 1);
       start(ms+1);
   }
    	
}
</script>

4、在线开盲盒

需要我们点击抽奖的时候通过ajax读取后台获得的盲盒信息，直接显示到前台，前台显示同上边的，都是一样，说一下后台程序。

使用array_rand().随机获取几个数组元素

array_rand($arr,$count).用法

$arr目标数组；
$count随机的个数;

返回值是原数组的下标。

    public function manghe(){
	
		$goods[0]=array('id'=>1,'title'=>'手机');
		$goods[1]=array('id'=>2,'title'=>'毛绒玩具');
		$goods[2]=array('id'=>3,'title'=>'化妆品');
		$goods[3]=array('id'=>4,'title'=>'啫喱水');
		$goods[4]=array('id'=>5,'title'=>'面膜');
		$goods[5]=array('id'=>6,'title'=>'学习用品');
		$goods[6]=array('id'=>7,'title'=>'电脑');

		$getarr=array_rand($goods,3);
		$i=0;
		foreach($getarr as $k){
		    $rearr[$i]=$goods[$k];
			$i++;
		}

		$msg=array('msg'=>$rearr);
		exit(json_encode($msg,JSON_UNESCAPED_UNICODE));	
	}

如果包含特殊奖项，需要满足抽奖多少次，一定抽中，可以达到抽奖次数以后在array_rand内随机数减一，然后把大奖塞进该次抽奖的返回信息。

array_push($rearr,$a)用法：

$rearr目标数组；
$a追加的元素或者是数组

    $tebie[999]=array('id'=>999,'title'=>'特别大奖');
		$goods[0]=array('id'=>1,'title'=>'手机');
		$goods[1]=array('id'=>2,'title'=>'毛绒玩具');
		$goods[2]=array('id'=>3,'title'=>'化妆品');
		$goods[3]=array('id'=>4,'title'=>'啫喱水');
		$goods[4]=array('id'=>5,'title'=>'面膜');
		$goods[5]=array('id'=>6,'title'=>'学习用品');
		$goods[6]=array('id'=>7,'title'=>'电脑');

		$getarr=array_rand($goods,3);
		$i=0;
		foreach($getarr as $k){
		    $rearr[$i]=$goods[$k];
			$i++;
		}
        array_push($rearr,$tebie[999]);

        dump($rearr);

        exit;

输出结果：

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