random.seed在生成器表达式中失效？三种实现的可复现性差异

我写了一个用random.randint生成随机整数序列的函数，设置了seed参数保证结果可复现，但遇到了奇怪的现象：返回生成器表达式时，相同seed的多次调用结果不一致；返回元组时结果一致；而用yield实现的生成器，相同seed的结果又能保持一致。我猜这和生成器的控制流机制有关，但搞不清具体原因。

1. 返回生成器表达式的代码（结果不一致） #

In [2]: import random

In [3]: def rand_sequence(n, seed=None):
   ...:     if seed is not None:
   ...:         random.seed(seed)
   ...:     return (random.randint(0, n) for _ in range(n))
   ...:

In [4]: first = rand_sequence(10, seed=0)

In [5]: second = rand_sequence(10, seed=0)

In [6]: assert tuple(first) == tuple(second)
---------------------------------------------------------------------------
AssertionError                            Traceback (most recent call last)
Input In [6], in <cell line: 1>()
----> 1 assert tuple(first) == tuple(second)

AssertionError:

2. 返回元组的代码（结果一致） #

In [7]: def rand_sequence(n, seed=None):
   ...:     if seed is not None:
   ...:         random.seed(seed)
   ...:     return tuple(random.randint(0, n) for _ in range(n))
   ...:

In [8]: first = rand_sequence(10, seed=0)

In [9]: second = rand_sequence(10, seed=0)

In [10]: assert first == second

In [11]:

3. 使用yield实现生成器的代码（结果一致） #

In [11]: def rand_sequence(n, seed=None):
    ...:     if seed is not None:
    ...:         random.seed(seed)
    ...:
    ...:     for _ in range(n):
    ...:         yield random.randint(0, n)
    ...:
    ...:

In [12]: first = rand_sequence(10, seed=0)

In [13]: second = rand_sequence(10, seed=0)

In [14]: assert tuple(first) == tuple(second)

问题本质：执行时机的差异 #

1. 生成器表达式版本为什么不一致？

• 调用rand_sequence时，会立刻执行函数内的random.seed(seed)，然后返回一个未执行的生成器表达式。
• 先创建first和second时，两次调用都把全局的random状态重置为seed=0。
• 但当你把first转成元组时，才会迭代生成器表达式，消耗10次随机数，此时random的状态已经偏离初始的seed=0。
• 接着迭代second时，random已经不是初始状态了，生成的自然是另一组序列。

2. 元组版本为什么一致？

• 调用函数时，执行random.seed(seed)后，立刻迭代生成器表达式并转成元组，整个序列在函数调用过程中就生成完毕。
• 每次调用函数都会重新设置seed，生成序列时都是从初始状态开始，所以结果一致。

3. yield生成器版本为什么一致？

• 带yield的生成器函数，调用时不会执行任何函数体代码，直接返回生成器对象。
• 只有当你迭代生成器（比如转成元组）时，才会从头执行函数体：先设置seed=0，再生成随机数。
• 迭代first和second时，各自都会重新执行random.seed(0)，重置随机状态，所以生成的序列完全一致。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者hamnghi