乱数とは、その名の通りランダムな数のことです。
要するに、サイコロと同じだと考えて下さい。

ランダムな数が必要になるゲームでは乱数は欠かせません。
また、複雑な現象や統計的な性質の解析などを行う場合には、
乱数を使うことで手軽に実験を行うことが出来ます。

しかし、皆さんもご存じのように、コンピュータは非常に正確な機械であり、
本質的にはランダムに数を作るということは出来ません。
そこで、計算によってランダムな数を得る、疑似乱数という手法が使われます。

［  疑似乱数  ］
計算によってランダムな数値を得る方法。
本当のランダムではないが、現実的にはランダムだと考えて良い。

［  疑似乱数の計算  ］
疑似乱数にはさまざまな計算方法があるのですが、
C言語で用意されるのはほとんどが線形合同法です。
詳しい説明は省きますが、簡単に説明すれば、

X = 適当な数 * X(上位ケタの部分を切り捨てて増加を防ぐ)

をひたすら繰り返すことで毎回異なる値を得る計算です。

この方法は単純ですがそれほどランダムにはならず、
何回か組み合わせて使うと同じパターンになってしまいます。
しかし、ゲームなどの用途であれば十分ランダムな値になります。

疑似乱数がなんなのかがだいたいわかったところで、
さっそく疑似乱数を使ってみたいと思います。
C言語には、疑似乱数を作るrand関数が用意されています。
なお、rand関数を使うには <stdlib.h> を #include する必要があります。

変数 = rand();

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main(void)
{
	int i;
	
	for (i = 0;i < 10;i++) {
		printf("%d\n",rand());
	}
		
	return 0;
}

130
10982
1090
11656
7117
17595
6415
22948
31126
9004

前項で、乱数を計算する方法はわかりましたが、
これは数があまりにもバラバラ過ぎて使いにくくなっています。
サイコロの1〜6のように、ある範囲の乱数を得ることはできないのでしょうか。

もし、得られる値の最大値がわかるなら、それを等分してやればよいことになります。
C言語では、rand関数で得られる最大値は RAND_MAX という定数の値でわかります。

従って、rand関数で得られた値をRAND_MAXを等分した値で割れば良いわけですが、
そのための式を計算するのは結構面倒なので、公式を紹介してしまいます。

［  範囲乱数公式  ］
最小値 + (int)( rand() * (最大値 - 最小値 + 1.0) / (1.0 + RAND_MAX) )

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int GetRandom(int min,int max);

int main(void)
{
	int i;
	
	for (i = 0;i < 10;i++) {
		printf("%d\n",GetRandom(1,6));
	}
		
	return 0;
}

int GetRandom(int min,int max)
{
	return min + (int)(rand()*(max-min+1.0)/(1.0+RAND_MAX));
}

1
3
1
3
2
4
2
5
6
2

［  数学とコンピュータ  ］
一般にはコンピュータを使うには数学が重要だと思われています。
本質的にはその通りなのですが、そうとも言えない部分があります。
何故なら、コンピュータを使えば計算は自動的にやってくれるわけで、
公式さえ知っていれば、それを当てはめるだけで済んでしまうからです。

前項で作ったGetRandom関数を使えば、好きな乱数を計算することが出来ます。
しかし、実はまだ、考えなければならない問題が残されています。

初めに説明したように、疑似乱数は計算によるものです。
つまり、同じ数を元に作った場合は同じ乱数になってしまうのです。

このことを確認するために、前項で作成したプログラムを2回実行してみます。

1回目
1
3
1
3
2
4
2
5
6
2

2回目
1
3
1
3
2
4
2
5
6
2

この問題を解決するためには、乱数の計算に使う元の数を変える必要があります。
そのための関数として、srand関数が用意されています。

srand(元の数);

要するに、srand関数になんとかして完全にデタラメな数を入れたいのですが、
それにピッタリの方法が一つあります。それは、現在時刻を入れる方法です。
秒単位の現在時刻をsrand関数に入れれば、毎回異なる元の数を乱数に使えます。

現在時刻を得る関数はtime関数で <time.h> を #include する必要があります。
srand関数とtime関数を次のように使えば、毎回異なる乱数を計算できます。

srand((unsigned int)time(NULL));

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <time.h>

int GetRandom(int min,int max);

int main(void)
{
	int i;

	srand((unsigned int)time(NULL));
	
	for (i = 0;i < 10;i++) {
		printf("%d\n",GetRandom(1,6));
	}
		
	return 0;
}

int GetRandom(int min,int max)
{
	return min + (int)(rand()*(max-min+1.0)/(1.0+RAND_MAX));
}

1回目
6
6
5
4
6
5
1
3
2
6

2回目
5
2
2
4
3
5
4
1
3
1

なお、ここではmain関数でsrand関数を使用していますが、
次のようにすればこれをGetRandom関数に含めることが出来ます。

int GetRandom(int min,int max)
{
	static int flag;
	
	if (flag == 0) {
		srand((unsigned int)time(NULL));
		flag = 1;
	}

	return min + (int)(rand()*(max-min+1.0)/(1.0+RAND_MAX));
}