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お手軽乱数実装【C++11】

Last updated at 2018-12-29Posted at 2018-12-01

こちらはC++ Advent Calendar 2018 2日目の記事です。

1日目: C++ で async/await をする
 3日目: C++ ライフをよりハッピーにするための 14の小ネタ

#C++の乱数は"初見殺し"なので……

皆さん、C++の乱数ライブラリである**<random>は使用していますか？
まさか C のsrandやrand**を使用している人はいませんよね……？

C++の扱いに手馴れている人にとっては、<random>ライブラリは手ごわい相手ではないでしょう。
しかし、初心者にとっては難攻不落ではないかと思います。

そこで、以下の便利ソースコードを使用すると
簡単に、そして楽に乱数ライブラリが扱えるようになります。

ちなみにrandomライブラリの説明は2年前にいなむ先生が記事を出しているのでそちらをご覧ください。
C++の乱数ライブラリが使いにくい話

#便利ソースコード

Random.hpp

#pragma once
#include <random>
#include <cstdint>

class Rand {
private:
	//32ビット版メルセンヌ・ツイスタ
	std::mt19937 mt;
	//非決定論的な乱数
	std::random_device rd;

public:
	//コンストラクタ(初期化)
	Rand() { mt.seed(rd()); }

	//初期値
	void seed() {
		mt.seed(rd());
	}
	void seed(const std::uint_fast32_t seed_) {
		mt.seed(seed_);
	}

	//通常の乱数
	std::uint_fast32_t operator()() {
		return mt();
	}
	//0～最大値-1 (余りの範囲の一様分布乱数)
	std::int_fast32_t operator()(const std::int_fast32_t max_) {
		std::uniform_int_distribution<> uid(0, ((max_ > 0) ? (std::int_fast32_t)max_ - 1 : 0));
		return uid(mt);
	}
	//最小値～最大値
	std::int_fast32_t operator()(const std::int_fast32_t min_, const std::int_fast32_t max_) {
		std::uniform_int_distribution<> uid((min_ <= max_) ? min_ : max_, (min_ <= max_) ? max_ : min_);
		return uid(mt);
	}
	//確率
	bool randBool(const double probability_) {
		std::bernoulli_distribution uid(probability_);
		return uid(mt);
	}
	bool randBool() {
		std::uniform_int_distribution<> uid(0, 1);
		return ((uid(mt)) ? true : false);
	}
};
static thread_local Rand rnd;

C++の**<random>**ライブラリを初心者でも
扱いやすくしたクラスです。

C言語の**rand**よりも簡単に扱えます。

#使い方

##通常の乱数を生成

Source1.cpp

#include "Random.hpp"
#include <iostream>

int main() {

	for (size_t i = 0; i < 10; ++i) {
		std::cout << rnd() << std::endl;
	}

	return 0;
}

出力例

**rnd()**で乱数生成します。

#範囲指定(余りの範囲の一様分布乱数)

Source2.cpp

#include "Random.hpp"
#include <iostream>

int main() {

	for (size_t i = 0; i < 10; ++i) {
		std::cout << rnd(10) << std::endl;
	}

	return 0;
}

rnd(n)で通常乱数をnで割った余りの範囲の一様分布乱数を生成します。

#範囲指定

Source3.cpp

#include "Random.hpp"
#include <iostream>

int main() {

	for (size_t i = 0; i < 10; ++i) {
		std::cout << rnd(10, 20) << std::endl;
	}

	return 0;
}

rnd(n1 , n2)でn1からn2の範囲の乱数を生成します。

#確率

Source4.cpp

#include "Random.hpp"
#include <iostream>

int main() {

	for (size_t i = 0; i < 10; ++i) {
		std::cout << (rnd.randBool(0.7) ? "あたり！" : "はずれ") << std::endl;
	}

	return 0;
}

はずれ
あたり！
あたり！
あたり！
あたり！
はずれ
あたり！
あたり！
はずれ
あたり！

乱数で確率を使用します。

#初期値指定

Source5.cpp

#include "Random.hpp"
#include <iostream>

int main() {

	for (size_t i = 0; i < 10; ++i) {
		rnd.seed(1000);
		std::cout << rnd() << std::endl;
	}

	return 0;
}

**rnd.seed(n)で初期値が指定できます。
ちなみにrnd.seed()**と値を入れない場合は、
ランダムな値を初期値として設定します。

##ソースコードのライセンス

These codes are licensed under CC0.

ソースコードは自由に使用してください。

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