数値処理

[C言語] 乱数を扱う方法についてわかりやすく詳しく解説

2025-04-15更新日: 2025-04-15

C言語で乱数を生成するには、標準ライブラリのstdlib.hを使用します。

主にrand()関数を用いて乱数を生成しますが、これだけでは毎回同じ乱数列が生成されるため、srand()関数でシード値を設定することが重要です。

シード値にはtime(NULL)を用いることで、実行時刻に基づいた異なる乱数列を得ることができます。

また、生成された乱数を特定の範囲に収めるためには、rand() % 範囲のように剰余演算を活用します。

これにより、ゲームやシミュレーションなどでのランダムな動作を実現できます。

目次から探す

C言語での乱数生成
- 標準ライブラリの利用
- 乱数の範囲を指定する方法
乱数の応用例
乱数生成の注意点
まとめ

C言語での乱数生成

C言語で乱数を生成する方法について解説します。

乱数はゲームやシミュレーション、統計的な計算など、さまざまな場面で利用されます。

ここでは、標準ライブラリを用いた基本的な乱数生成の方法と、乱数の範囲を指定する方法について説明します。

標準ライブラリの利用

C言語では、標準ライブラリを利用して簡単に乱数を生成することができます。

以下に、<stdlib.h>ライブラリを用いた乱数生成の方法を紹介します。

<stdlib.h>のrand()関数

rand()関数は、C言語の標準ライブラリで提供されている乱数生成関数です。

この関数を使用することで、0からRAND_MAXまでの整数乱数を生成することができます。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main() {
    // 乱数を生成して表示
    int randomNumber = rand();
    printf("生成された乱数: %d\n", randomNumber);
    return 0;
}

生成された乱数: 1804289383

この例では、rand()関数を使って乱数を生成し、その結果を表示しています。

RAND_MAXは実装依存ですが、通常は32767または2147483647です。

srand()関数によるシード値の設定

rand()関数は、シード値を基に乱数を生成します。

srand()関数を使ってシード値を設定することで、乱数の生成パターンを変更することができます。

シード値を設定しない場合、プログラムを実行するたびに同じ乱数列が生成されます。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <time.h>
int main() {
    // 現在の時刻をシード値として設定
    srand(time(NULL));
    // 乱数を生成して表示
    int randomNumber = rand();
    printf("生成された乱数: %d\n", randomNumber);
    return 0;
}

生成された乱数: 846930886

この例では、time(NULL)を用いて現在の時刻をシード値として設定しています。

これにより、プログラムを実行するたびに異なる乱数が生成されます。

乱数の範囲を指定する方法

乱数を生成する際に、特定の範囲内で乱数を得たい場合があります。

以下に、任意の範囲で乱数を生成する方法と、0から1の間の乱数を生成する方法を紹介します。

任意の範囲で乱数を生成する

任意の範囲で乱数を生成するには、rand()関数の結果を適切にスケーリングします。

例えば、0から9までの乱数を生成する場合は、以下のようにします。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <time.h>
int main() {
    srand(time(NULL));
    // 0から9までの乱数を生成
    int randomNumber = rand() % 10;
    printf("0から9までの乱数: %d\n", randomNumber);
    return 0;
}

0から9までの乱数: 3

この例では、rand() % 10を用いて0から9までの乱数を生成しています。

0から1の間の乱数を生成する

0から1の間の乱数を生成するには、rand()関数の結果をRAND_MAXで割ることで実現できます。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <time.h>
int main() {
    srand(time(NULL));
    // 0から1の間の乱数を生成
    double randomNumber = (double)rand() / RAND_MAX;
    printf("0から1の間の乱数: %f\n", randomNumber);
    return 0;
}

0から1の間の乱数: 0.596516

この例では、(double)rand() / RAND_MAXを用いて0から1の間の乱数を生成しています。

これにより、浮動小数点数の乱数を得ることができます。

乱数の応用例

乱数はさまざまな場面で応用されます。

ここでは、乱数を利用した具体的な例をいくつか紹介します。

サイコロのシミュレーション

サイコロを振るシミュレーションは、乱数を使った典型的な例です。

6面のサイコロを振る場合、1から6までの整数をランダムに生成します。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <time.h>
int main() {
    srand(time(NULL));
    // 1から6までの乱数を生成してサイコロの目をシミュレーション
    int diceRoll = (rand() % 6) + 1;
    printf("サイコロの目: %d\n", diceRoll);
    return 0;
}

サイコロの目: 4

この例では、rand() % 6 + 1を用いて1から6までの乱数を生成し、サイコロの目をシミュレーションしています。

カードゲームのシャッフル

カードゲームでは、デッキをシャッフルするために乱数を使用します。

ここでは、簡単なシャッフルアルゴリズムを示します。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <time.h>
#define DECK_SIZE 52
void shuffle(int *deck, int size) {
    for (int i = 0; i < size; i++) {
        int j = rand() % size;
        int temp = deck[i];
        deck[i] = deck[j];
        deck[j] = temp;
    }
}
int main() {
    srand(time(NULL));
    int deck[DECK_SIZE];
    for (int i = 0; i < DECK_SIZE; i++) {
        deck[i] = i + 1;
    }
    shuffle(deck, DECK_SIZE);
    printf("シャッフルされたデッキ: ");
    for (int i = 0; i < DECK_SIZE; i++) {
        printf("%d ", deck[i]);
    }
    printf("\n");
    return 0;
}

シャッフルされたデッキ: 5 12 1 23 45 34 2 9 17 30 ...

この例では、shuffle関数を用いてデッキをシャッフルしています。

rand()関数を使ってランダムなインデックスを選び、カードを入れ替えています。

ランダムな配列の生成

ランダムな配列を生成することは、テストデータの作成やシミュレーションに役立ちます。

以下に、ランダムな整数配列を生成する例を示します。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <time.h>
#define ARRAY_SIZE 10
int main() {
    srand(time(NULL));
    int array[ARRAY_SIZE];
    for (int i = 0; i < ARRAY_SIZE; i++) {
        array[i] = rand() % 100; // 0から99までの乱数
    }
    printf("ランダムな配列: ");
    for (int i = 0; i < ARRAY_SIZE; i++) {
        printf("%d ", array[i]);
    }
    printf("\n");
    return 0;
}

ランダムな配列: 23 67 12 89 45 34 78 56 90 11

この例では、rand() % 100を用いて0から99までの乱数を生成し、配列に格納しています。

確率的アルゴリズムの実装

確率的アルゴリズムは、乱数を利用して問題を解決する手法です。

ここでは、モンテカルロ法を用いて円周率を近似する例を示します。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <time.h>
#define NUM_POINTS 1000000
int main() {
    srand(time(NULL));
    int insideCircle = 0;
    for (int i = 0; i < NUM_POINTS; i++) {
        double x = (double)rand() / RAND_MAX;
        double y = (double)rand() / RAND_MAX;
        if (x * x + y * y <= 1.0) {
            insideCircle++;
        }
    }
    double piEstimate = 4.0 * insideCircle / NUM_POINTS;
    printf("円周率の推定値: %f\n", piEstimate);
    return 0;
}