数値

Go言語におけるランダムな数値生成について解説

2025-02-19更新日: 2025-02-19

Go言語でランダムな数値を生成する方法をシンプルに解説します。

標準ライブラリのmath/randパッケージを使い、簡単な実装例を通して乱数生成の基本的な使い方を説明します。

開発環境が整っている方に向け、すぐに実践できる内容です。

目次から探す

math/randパッケージの基礎
- パッケージの概要
- 主な関数と基本動作
基本的な乱数生成の実装例
シード値の設定と管理
- シード値の役割と基本設定
応用例による活用方法
- 配列・スライスへの乱数適用
- 数値シャッフルの実装例
crypto/randパッケージとの比較
- crypto/randの概要と用途
- math/randとの使い分けポイント
まとめ

math/randパッケージの基礎

パッケージの概要

Goのmath/randパッケージは、疑似乱数を生成するための便利な関数や型を提供しています。

このパッケージを用いることで、整数や浮動小数点数、さらには指定範囲内の乱数などを簡単に生成できる仕組みが整っています。

なお、生成される乱数は決定論的(シード値に依存)であるため、再現性が求められる場合にはシード値の設定が重要です。

主な関数と基本動作

math/randパッケージで利用できる主な関数には整数や浮動小数点数を返す関数があります。

代表的なものにrand.Intnやrand.Float64があり、用途に合わせて数値の型を選ぶことが可能です。

rand.Intnによる整数生成

rand.Intn(n int)は、0からn-1までの整数を生成します。

以下のサンプルコードでは、0から9までの整数を生成する例を示しています。

package main
import (
	"fmt"
	"math/rand"
	"time"
)
func main() {
	// 現在時刻をシード値として設定
	rand.Seed(time.Now().UnixNano())
	// 0から9までの整数乱数を生成
	randomNumber := rand.Intn(10) // コメント：10未満の整数を生成
	fmt.Println("生成された整数:", randomNumber)
}

生成された整数: 3

rand.Float64による浮動小数点生成

rand.Float64()は、0.0から1.0未満の浮動小数点数を生成します。

以下のサンプルコードは、生成された浮動小数点数を表示する例です。

package main
import (
	"fmt"
	"math/rand"
	"time"
)
func main() {
	// 現在時刻をシード値として設定
	rand.Seed(time.Now().UnixNano())
	// 0.0から1.0未満の乱数を生成
	randomFloat := rand.Float64() // コメント：0.0以上1.0未満の値
	fmt.Println("生成された浮動小数点数:", randomFloat)
}

生成された浮動小数点数: 0.723456789

基本的な乱数生成の実装例

整数型乱数の生成方法

整数型乱数を生成する場合、rand.Intnやrand.Int系の関数が利用できます。

以下のコードは、0から99までの整数を生成する例です。

package main
import (
	"fmt"
	"math/rand"
	"time"
)
func main() {
	// シードを設定して乱数を初期化
	rand.Seed(time.Now().UnixNano())
	// 0から99までの整数を生成
	randomInt := rand.Intn(100) // コメント：100未満の乱数生成
	fmt.Println("生成された整数型乱数:", randomInt)
}

生成された整数型乱数: 57

浮動小数点型乱数の生成方法

rand.Float64を用いて基本的な浮動小数点型乱数を生成する方法を示します。

生成される数値は0.0から1.0未満になります。

package main
import (
	"fmt"
	"math/rand"
	"time"
)
func main() {
	// シードを設定して乱数を初期化
	rand.Seed(time.Now().UnixNano())
	// 0.0から1.0未満の浮動小数点乱数を生成
	randomFloat := rand.Float64() // コメント：デフォルトの浮動小数点乱数生成
	fmt.Println("生成された浮動小数点型乱数:", randomFloat)
}

生成された浮動小数点型乱数: 0.389072145

指定範囲内の数値生成

指定範囲内の乱数を生成する場合、基本の乱数に範囲の幅をかけ、オフセットを加える方法が一般的です。

例えば、 $min$ から $max$ までの整数乱数は以下のように求められます。

式:

$random = min + rand.Intn (max - min + 1)$

以下は、10から50までの整数乱数を生成する例です。

package main
import (
	"fmt"
	"math/rand"
	"time"
)
func main() {
	// シードを設定
	rand.Seed(time.Now().UnixNano())
	min, max := 10, 50
	// 指定範囲内の整数乱数を生成
	randomInRange := min + rand.Intn(max - min + 1) // コメント：minからmaxまでの整数乱数
	fmt.Println("生成された整数乱数(指定範囲):", randomInRange)
}

生成された整数乱数(指定範囲): 27

シード値の設定と管理

シード値の役割と基本設定

乱数生成アルゴリズムは、決まった初期値(シード値)から開始されるため、同じシード値を使用すると同じ乱数の列が生成されます。

そのため、実行毎に異なる乱数列を得るためには、適切にシード値を設定する必要があります。

基本的には、現在時刻など可変の値をシードとして設定する方法が推奨されます。

現在時刻を用いたシード設定

現在時刻をシード値として使用することで、実行するたびに異なる乱数列が生成されます。

以下の例では、time.Now().UnixNano()を利用してシードを設定しています。

package main
import (
	"fmt"
	"math/rand"
	"time"
)
func main() {
	// 現在時刻をシード値として設定
	seedValue := time.Now().UnixNano() // コメント：ナノ秒単位のUnixタイムスタンプを取得
	rand.Seed(seedValue)
	randomValue := rand.Intn(100) // コメント：100未満の整数乱数生成
	fmt.Println("シード値:", seedValue)
	fmt.Println("生成された乱数:", randomValue)
}

シード値: 1672531200000000000
生成された乱数: 42

シード設定時の注意点

同じシード値を用いると、常に同じ乱数列が再現されるため、テスト等で意図的に再現性を確保したい場合はシード値を固定することが可能です。
複数のゴルーチン等で同時に乱数を生成する場合、同じシード値を使い回すと予期せぬ結果となる可能性があるため、適切な管理が必要です。
セキュリティが要求される場合は、math/randではなくcrypto/randを利用してください。

応用例による活用方法

配列・スライスへの乱数適用

配列やスライスに乱数を適用する場合、forループを用いて各要素を個別に乱数で初期化する方法が一般的です。

以下の例では、サイズ10の整数スライスに0から99までの乱数を格納しています。

package main
import (
	"fmt"
	"math/rand"
	"time"
)
func main() {
	rand.Seed(time.Now().UnixNano())
	// サイズ10の整数スライスを作成
	numbers := make([]int, 10) // コメント：10個の要素を確保
	for i := 0; i < len(numbers); i++ {
		numbers[i] = rand.Intn(100) // コメント：0から99までの乱数を生成して代入
	}
	fmt.Println("乱数で初期化されたスライス:", numbers)
}

乱数で初期化されたスライス: [12 87 45 33 68 24 91 7 56 39]

数値シャッフルの実装例

スライスに格納された数値をランダムに並び替える(シャッフルする)例を示します。

以下の例では、rand.Shuffle関数を利用して整数スライスの順序をランダムに変更しています。

package main
import (
	"fmt"
	"math/rand"
	"time"
)
func main() {
	rand.Seed(time.Now().UnixNano())
	// サンプルの整数スライス
	numbers := []int{1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10}
	// シャッフル処理
	rand.Shuffle(len(numbers), func(i, j int) {
		// i番目とj番目の要素を入れ替え
		numbers[i], numbers[j] = numbers[j], numbers[i]
	})
	fmt.Println("シャッフル後のスライス:", numbers)
}

シャッフル後のスライス: [7 2 10 4 5 1 9 8 6 3]

crypto/randパッケージとの比較

crypto/randの概要と用途

crypto/randパッケージは、暗号学的に安全な乱数を生成するためのパッケージです。

セキュリティが重視される用途や、予測困難な乱数が必要な場面ではこちらを利用します。

生成される乱数は暗号アルゴリズムに基づいており、math/randのような決定論的な動作はありません。

math/randとの使い分けポイント

基本的な乱数生成やシミュレーション、非セキュリティ分野の用途では、軽量なmath/randが適しています。
セキュリティ上の要求がある場合、例えばパスワード生成やトークン作成時は、暗号学的乱数が必要なためcrypto/randを利用するのが望ましいです。
処理速度を優先する場合、math/randは高速な実装が特徴ですが、暗号学的安全性は必要に応じてcrypto/randに切り替えると良いでしょう。

まとめ

この記事では、Go言語におけるランダムな数値生成の基礎から応用例、シード値の管理方法およびcrypto/randとの比較について、実践的なコードとともに解説しました。

乱数生成の各手法と注意点を分かりやすく整理しております。

ぜひ、実際にコードを試して、さらなる応用にチャレンジしてみてください。