python编程 ：第二十四课：让程序“猜猜看” – 随机数与模拟 (random 模块)

• 时长: 90 分钟
• 教学目标:
  • 理解程序中“随机性”的概念，知道为什么需要随机数。
  • 学习如何导入和使用 Python 的 random 模块。
  • 掌握 random 模块中生成整数随机数 (random.randint()) 和浮点数随机数 (random.random()) 的方法。
  • 学会从序列（列表、元组等）中随机选择一个元素 (random.choice())。
  • 初步了解如何使用 random 模块结合循环和条件判断进行简单的随机模拟（如模拟扔硬币、掷骰子）。
  • 通过练习，提升运用随机性解决问题的能力。

课程内容

1. 复习与引入 (10 分钟)

• 复习: 快速回顾前一节课的错误处理 try-except，以及我们学过的数据结构（列表、字典、元组、集合）和控制结构（循环、条件判断）。
• 提出问题: 老师提问：“我们写的程序到目前为止，每次运行结果都是一样的，只要输入一样，输出就一样。这很好，因为程序要准确。但是，如果我想做一个扔骰子的游戏，每次运行都掷出一样的点数就没意思了。如果我想做一个扑克牌游戏，发牌时顺序不能固定。如果我想让电脑猜一个数字让我来猜，电脑怎么‘想’一个随机的数字呢？”
• 引出随机性: 在很多情况下，我们需要程序表现出一定的“不确定性”或者“随机性”，就像大自然中的很多现象一样。 Python 提供了一个专门的“工具箱”—— random 模块，来帮助我们实现这些随机的功能。

2. 导入“随机工具箱” – import random (5 分钟)

• 概念: random 是 Python 的一个标准模块，里面包含了很多和生成随机数、随机选择相关的功能。
• 使用方法: 和使用其他模块一样，首先需要导入它。

  import random # 导入整个 random 模块
  

  导入后，就可以使用 `random.功能名()` 来调用里面的函数了。

3. 生成随机浮点数 – random.random() (10 分钟)

• random.random() 的作用: 这个函数会生成一个随机的浮点数。
• 范围: 生成的数字总是大于等于 0.0，但小于 1.0 （也就是 [0.0, 1.0) 这个区间）。

  import random
  
  print(random.random()) # 每次运行，结果都可能不一样
  print(random.random())
  print(random.random())
  

• 应用: 虽然它只生成 0 到 1 之间的小数，但我们可以用它来生成其他范围的浮点数。
  • 生成 0 到 10 之间的随机浮点数：random.random() * 10
  • 生成 5 到 10 之间的随机浮点数：random.random() * 5 + 5
• 动手实践: 学生尝试多次运行 random.random()，观察结果的变化。 尝试生成 0 到 100 之间的随机小数。

4. 生成随机整数 – random.randint(a, b) (15 分钟)

• random.randint(a, b) 的作用: 这个函数会生成一个随机的整数。
• 范围 (重点！): 生成的数字范围是 a 到 b，包含 a 和 b！ (闭区间 [a, b])。

  import random
  
  # 模拟掷骰子 (生成 1 到 6 的整数)
  print(random.randint(1, 6))
  print(random.randint(1, 6))
  
  # 生成 1 到 100 的整数
  print(random.randint(1, 100))
  
  # 生成 0 到 1 的整数 (只能是 0 或 1)
  print(random.randint(0, 1)) # 可以用来模拟硬币正反面 (0代表反，1代表正)
  

• 对比: randint() 生成的是整数，并且范围是包含两端。 random() 生成的是浮点数，范围是 [0.0, 1.0).
• 动手实践: 学生尝试使用 random.randint() 生成不同范围的整数，比如生成一个随机的两位数（10 到 99）。

5. 随机选择一个 – random.choice(sequence) (10 分钟)

• random.choice() 的作用: 从一个序列（列表、元组、字符串等）中随机选择一个元素。

  import random
  
  # 从列表中随机选择一个名字
  students = ["小明", "小红", "小刚", "小丽", "小强"]
  lucky_student = random.choice(students)
  print("今天谁来回答问题？", lucky_student)
  
  # 从元组中随机选择一个选项
  options = ("剪刀", "石头", "布")
  computer_choice = random.choice(options)
  print("电脑出拳：", computer_choice)
  
  # 从字符串中随机选择一个字符
  word = "Python"
  random_char = random.choice(word)
  print("随机字母：", random_char)
  

• 动手实践: 学生创建一个自己喜欢的颜色的列表，然后使用 random.choice() 随机选择一个颜色并打印。 创建一个表示一天中活动（学习、玩耍、运动）的元组，随机选择一个活动并打印。

6. 结合循环和条件判断 – 简单模拟 (20 分钟)

• 模拟扔硬币: 使用 random.randint(0, 1) 在 for 循环中模拟扔硬币 100 次，并统计正反面的次数。

  import random
  
  print("--- 模拟扔硬币 100 次 ---")
  heads_count = 0 # 正面次数
  tails_count = 0 # 反面次数
  
  for _ in range(100): # 循环 100 次，_ 表示循环变量的值不重要
      # 随机生成 0 (反面) 或 1 (正面)
      coin_flip = random.randint(0, 1)
  
      # 使用条件判断统计次数
      if coin_flip == 1:
          heads_count = heads_count + 1
      else:
          tails_count = tails_count + 1
  
  print("总共扔了 100 次硬币。")
  print("正面朝上次数:", heads_count)
  print("反面朝上次数:", tails_count)
  

• 模拟掷骰子游戏 (简单版): 让用户猜测一个 1 到 6 的数字，电脑随机掷骰子，判断用户是否猜对。可以结合 while 循环，让用户猜多次。

  import random
  
  print("--- 掷骰子小游戏 ---")
  # 让用户输入猜测的数字
  guess_str = input("请猜一个 1 到 6 的数字：")
  try:
      guess = int(guess_str)
  
      # 检查用户输入是否在有效范围
      if guess >= 1 and guess <= 6:
          # 电脑随机掷骰子
          dice_roll = random.randint(1, 6)
          print(f"你猜的数字是：{guess}")
          print(f"骰子掷出的点数是：{dice_roll}")
  
          # 判断是否猜对
          if guess == dice_roll:
              print("恭喜你，猜对了！")
          else:
              print("很遗憾，没猜对。")
      else:
          print("输入无效，请猜 1 到 6 之间的数字。")
  
  except ValueError:
      print("输入错误，请只输入数字！")
  
  print("游戏结束。")
  

• 动手实践: 学生修改扔硬币代码，模拟扔 50 次硬币。 修改掷骰子游戏，让用户有 3 次猜测机会（可以使用 for 循环和 break）。

7. 课堂练习 (10 分钟)

让学生独立完成以下练习：

• 练习 1: 编写一个程序，使用 random.randint() 生成一个 1 到 100 之间的随机整数，并打印出来。

  import random
  # TODO: 生成 1 到 100 之间的随机整数
  # TODO: 打印结果
  

• 练习 2: 编写一个程序，创建一个包含你喜欢的水果、蔬菜、零食的列表。使用 random.choice() 从列表中随机选择一样食物并打印：“今天吃点 [随机选择的食物] 吧！”
• 练习 3: 编写一个程序，模拟抽奖。假设有 10 个编号（1 到 10）。随机抽取 3 个不同的编号作为中奖号码。（提示：可以创建一个包含 1 到 10 的列表，使用 random.choice() 循环抽取 3 次，但需要确保每次抽到的号码是之前没抽到过的。或者使用 random.sample() 方法，但这个可能稍微复杂，可以先用简单方法实现，或者作为挑战）。

8. 总结与提问 (5 分钟)

• 回顾: 回顾本节课内容：random 模块的作用，如何导入，生成随机浮点数 random.random() ([0.0, 1.0))，生成随机整数 random.randint(a, b) ([a, b])，随机选择元素 random.choice(sequence)，以及如何用随机数结合循环和条件判断进行简单模拟。
• 提问:
  • 生成 0 到 1 之间的随机小数用哪个函数？
  • 生成 1 到 10 之间的随机整数（包含 1 和 10）用哪个函数？怎么写？
  • 如何从列表 ["红", "黄", "蓝"] 中随机选择一个颜色？
  • 模拟扔硬币时，我们用了 random 模块的哪个函数？为什么？
• 答疑: 回答学生问题。

9. 布置课后作业 (5 分钟)

• 作业 1: 编写一个程序，模拟掷两个骰子。生成两个 1 到 6 的随机整数，计算它们的总和，并打印出来。
• 作业 2: 编写一个简单的点名程序。创建一个学生姓名的列表。使用 random.choice() 从列表中随机抽取一个学生姓名并打印，表示该学生被点到。
• 作业 3: (猜数字游戏升级) 编写一个更完整的猜数字游戏。程序随机生成一个 1 到 100 之间的秘密数字。让用户不断输入猜测的数字，程序提示“猜大了”或“猜小了”，直到猜对为止。统计并打印用户猜了多少次。（提示：使用 while 循环和 random.randint()）。
• 作业 4: (选做) 编写一个程序，模拟一副扑克牌的发牌。创建一个包含所有 52 张扑克牌（可以用字符串表示，如 “红桃A”, “黑桃2”, …）的列表。使用 random.shuffle() 函数将列表打乱，然后给两个玩家各发 5 张牌，打印出每个玩家的牌。（提示：random.shuffle(列表) 会直接打乱原列表）。