乱数エンジン
ランダムなビットを生成します
「乱数エンジン」はCoddyKit上の無料C++ Academyレッスンです。 これはレッスン1/4です。 下記で完全なレッスンを無料で読むことができます。その後、ブラウザ内の組み込みコードエディタと24時間対応のAIチューターでハンズオン演習できます。 これはC++ Academy学習パスの一部であり、ウェブとCoddyKitアプリ全体で進捗が同期されます。 C++ Academyコースには全4レッスンが含まれています。
なぜ<random>を使うのか
従来のrand()は品質が低く、制御も困難です。<random>ライブラリでは、乱数をエンジン（乱数ビットの生成元）と分布（出力の形）に分けて扱います。
#include <iostream>
#include <random>
int main() {
std::mt19937 engine(42);
std::cout << "engine produced a value\n";
unsigned int v = engine();
std::cout << (v != 0 ? "non-zero" : "zero") << '\n';
return 0;
}メルセンヌ・ツイスタ
std::mt19937は最も一般的なエンジンです。高速で品質が高く、周期も長いという特徴があります。数値はビット単位の状態サイズを表します。
#include <iostream>
#include <random>
int main() {
std::mt19937 gen(1);
unsigned int a = gen();
unsigned int b = gen();
std::cout << (a != b ? "two different values" : "same") << '\n';
return 0;
}エンジンは決定的に動作する
同じシードを与えると、エンジンは常に同じシーケンスを生成します。これにより結果を再現できます。
#include <iostream>
#include <random>
int main() {
std::mt19937 a(123), b(123);
std::cout << std::boolalpha << (a() == b()) << '\n';
std::cout << (a() == b()) << '\n';
return 0;
}エンジンを呼び出す
エンジンは呼び出し可能なオブジェクトです。呼び出すたびに、engine()はその範囲内の次の生の乱数整数を返します。
#include <iostream>
#include <random>
int main() {
std::mt19937 gen(7);
for (int i = 0; i < 3; ++i) {
unsigned int v = gen();
std::cout << (v % 100) << ' ';
}
std::cout << '\n';
return 0;
}エンジンの範囲
min()とmax()は、エンジンが生成できる生の値の範囲を返します。
#include <iostream>
#include <random>
int main() {
std::mt19937 gen;
std::cout << "min: " << gen.min() << '\n';
std::cout << "max: " << gen.max() << '\n';
return 0;
}その他のエンジン
ライブラリには、次のような複数のエンジンがあります。
minstd_rand：小規模な線形合同法ジェネレーターです。mt19937：汎用のデフォルトエンジンです。ranlux48：品質が高い一方、処理は低速です。
#include <iostream>
#include <random>
int main() {
std::minstd_rand lcg(5);
std::mt19937 mt(5);
std::cout << (lcg() % 10) << ' ' << (mt() % 10) << '\n';
return 0;
}64ビットエンジン
大きなハッシュや広大な範囲など、64ビットの乱数値が必要な場合はstd::mt19937_64を使用します。
#include <iostream>
#include <random>
int main() {
std::mt19937_64 gen(99);
unsigned long long v = gen();
std::cout << "got a 64-bit value: " << (v != 0 ? "yes" : "no") << '\n';
return 0;
}エンジンと分布の違い
エンジンの生の出力は、非常に広い範囲で一様に分布します。サイコロの出目のような実用的な値を得るには、エンジンを分布に渡します。
#include <iostream>
#include <random>
int main() {
std::mt19937 gen(2024);
std::uniform_int_distribution<int> die(1, 6);
std::cout << "rolled " << die(gen) << '\n';
return 0;
}値を破棄する
discard(n)は出力を生成せずにエンジンをnステップ進めます。シーケンスを先に進めたい場合に便利です。
#include <iostream>
#include <random>
int main() {
std::mt19937 a(10), b(10);
b.discard(2);
a(); a();
std::cout << std::boolalpha << (a() == b()) << '\n';
return 0;
}1つのエンジンを再利用する
エンジンを1つだけ作成し、プログラム内のすべての乱数生成で再利用してください。毎回新しいエンジンを作成するのは非効率で、品質を低下させる可能性もあります。
#include <iostream>
#include <random>
int main() {
std::mt19937 gen(2026);
std::uniform_int_distribution<int> d10(1, 10);
int total = 0;
for (int i = 0; i < 5; ++i) total += d10(gen);
std::cout << "sum of 5 rolls: " << total << '\n';
return 0;
}デフォルトシードの落とし穴
デフォルト構築したエンジンは固定されたデフォルトシードを使用するため、毎回同じシーケンスを生成します。本当に多様な結果を得るにはシードを設定する必要があります（次のレッスンで扱います）。
#include <iostream>
#include <random>
int main() {
std::mt19937 gen; // default seed: same every run
std::cout << "first value mod 1000: " << (gen() % 1000) << '\n';
return 0;
}クイックチェック
乱数エンジンについて理解度を確認しましょう。
まとめ
乱数エンジンについて、次のことを学びました。
<random>では、エンジン（ビットの生成元）と分布（出力の形）を分けて扱いますstd::mt19937は定番のエンジンで、同じシードに対して決定的に動作します- 1つのエンジンを再利用し、適切にシードを設定して多様な結果を得ます
次は、分布を使ってエンジンの出力を整形します。
よくある質問
「乱数エンジン」レッスンは無料ですか？
はい。「乱数エンジン」の完全なテキストはこのウェブで無料で読めます。インタラクティブに演習し（組み込みコードエディタと24時間対応のAIチューター）、C++ Academyコースの残りをアンロックするには、CoddyKit PROにアップグレードしてください。 C++ Academyコースには全4レッスンが含まれています。
「乱数エンジン」で何を学びますか？
ランダムなビットを生成します ブラウザで直接実行するハンズオンコードでC++ Academyを演習し、24時間対応のAIチューターがレッスンを進める中での質問に答えます。
C++ Academyを始めるのに経験は必要ですか？
事前経験は必要ありません。CoddyKitのC++ Academyは初級者から上級者向けに構成されているため、ここから始めるか最初から始めて、自分のペースで進むことができます。 これはレッスン1/4です。
「乱数エンジン」レッスンにはどのくらい時間がかかりますか？
ほとんどのCoddyKitレッスンは約5～10分かかります。各レッスンはコンパクトでインタラクティブなので、着実に進歩し、ウェブとアプリ全体で正確に前回の場所から再開できます。
このC++ Academyレッスンでコードを書いて実行できますか？
はい。すべてのC++ Academyレッスンに組み込みコードエディタが含まれているため、ブラウザでリアルコードを書いて実行し、即座のAIフィードバックを取得できます。ローカル設定は不要です。