A seed e o random.Random único

O enunciado pede duas coisas que parecem opostas: o labirinto deve ser sorteado (cada execução gera um diferente), mas também reproduzível (deve existir um jeito de gerar de novo exatamente o mesmo labirinto, por exemplo para mostrá-lo na avaliação). Esta página mostra como a semente (seed) resolve as duas e por que o pacote inteiro sorteia com um único objeto.

Como um computador sorteia

Um computador não joga dados de verdade. O sorteio sai de uma conta: um gerador de números parte de um número inicial, a semente, e a cada pedido calcula o próximo número a partir do anterior. A sequência parece aleatória, mas é sempre a mesma para a mesma semente.

Em Python, random.Random(semente) cria um desses geradores, um objeto com o próprio estado:

import random

a = random.Random(7)
b = random.Random(7)
c = random.Random(8)
print([a.randint(1, 6) for _ in range(8)])
print([b.randint(1, 6) for _ in range(8)])
print([c.randint(1, 6) for _ in range(8)])

[3, 2, 4, 6, 1, 1, 5, 1]
[3, 2, 4, 6, 1, 1, 5, 1]
[2, 3, 4, 2, 2, 6, 1, 1]

randint(1, 6) sorteia um inteiro de 1 a 6, como um dado. a e b têm a mesma semente e dão os mesmos "dados"; c tem outra semente e dá outra sequência.

Com labirintos acontece o mesmo. Abaixo, três labirintos 8x5 cavados pelo Carver (a classe da página 7) com Random(1), Random(2) e de novo Random(1): o primeiro e o terceiro são idênticos, e o do meio é outro. A célula magenta é a entrada, 0,0.

Sem semente, random.Random() (ou random.Random(None)) pega um valor imprevisível do sistema operacional, e cada execução sai diferente. É assim que o programa funciona quando a opção SEED não está no arquivo de configuração (parte 1); com SEED=42, toda execução gera o mesmo labirinto. O nome SEED e o fato de ela ser opcional são escolhas do projeto: o enunciado só exige que a reprodução seja possível.

Os dois métodos de sorteio que o mazegen usa:

Método	O que faz
rng.choice(lista)	devolve um item sorteado da lista
rng.shuffle(lista)	embaralha a própria lista, sem criar outra

No código, o gerador se chama rng, abreviação de random number generator (gerador de números aleatórios).

Um único random.Random para tudo

O módulo random também tem funções soltas, como random.choice e random.shuffle. Elas usam um gerador global, compartilhado com qualquer outro código do programa. Se uma outra biblioteca sorteia alguma coisa no meio da geração, a sequência muda e o labirinto sai diferente, mesmo com a mesma semente. Por isso o mazegen nunca usa as funções soltas.

O mazegen usa um único objeto random.Random:

1. o MazeGenerator, a classe que coordena a geração, cria esse objeto uma vez, com a semente recebida (parte 9);
2. ele é passado como parâmetro rng ao Carver e, no modo Pac-Man, ao Braider, a classe que abre as paredes extras (parte 8);
3. nenhum outro lugar do pacote sorteia nada nem cria outro Random.

O Carver não cria o próprio gerador: recebe por parâmetro. Se cada classe criasse o seu random.Random(semente) a cada uso, dois problemas apareceriam:

• o Carver e o Braider tirariam os mesmos números, cada um do começo da sua própria sequência, em vez de o Braider continuar de onde o Carver parou;
• o programa tem um menu, e uma das opções pede outro labirinto (parte 14). Para atender, o MazeGenerator gera de novo. Se a cada geração o Carver recriasse random.Random(semente), a sequência recomeçaria do zero, e o "outro" labirinto sairia igual ao primeiro (parte 9).

Com um único gerador passado de mão em mão, a semente controla a geração inteira, do começo ao fim, e cada geração nova continua a sequência de onde a anterior parou.

O que mais precisa ser fixo

A semente garante a mesma sequência de números. Para o labirinto sair igual, cada número também precisa ser usado do mesmo jeito em toda execução:

• A lista sorteada vem sempre na mesma ordem. rng.choice(options) sorteia uma posição da lista. options é montada percorrendo Direction, sempre na ordem Norte, Leste, Sul, Oeste. Se a ordem mudasse, o mesmo número sorteado escolheria outro lado.
• O conjunto de visitadas só é consultado. visited é um set, e um set não promete nenhuma ordem quando é percorrido. O Carver só pergunta nxt not in visited ("essa célula ainda não foi visitada?") e nunca percorre o conjunto, então essa ordem não decide nada.
• Cada sorteio acontece no mesmo ponto do laço: um por avanço.

As páginas 6 e 7 escrevem o Carver. O fim da página 7 confere com um exemplo que a mesma semente dá o mesmo labirinto.