C#における乱数の生成：包括的なガイド
1. Randomクラスの理解
C#のSystem.Randomクラスは、擬似乱数を生成するための主要なツールです。これらは真の乱数ではありません（物理的なエントロピー源が必要です）が、ほとんどのアプリケーションではランダムに見えるシーケンスです。これらは、初期のシード値から決定的に生成されます。同じシードは同じシーケンスを生成します。これはデバッグに役立ちますが、真のランダム性を必要とするアプリケーションでは覚えておくことが重要です。
2. 乱数の生成
中心となるメソッドはRandom.Next()です。主なオーバーロードは以下のとおりです。
Next():int.MaxValue未満の非負の整数を返します。Next(maxValue):maxValue未満の非負の整数を返します（maxValueは正でなければなりません）。Next(minValue, maxValue):minValue以上、maxValue未満の整数を返します（maxValue>minValue）。
例:
using System;
public class RandomNumberGenerator
{
public static void Main(string[] args)
{
Random random = new Random();
int randomNumber1 = random.Next(10); // 0から9
Console.WriteLine($"乱数1: {randomNumber1}");
int randomNumber2 = random.Next(5, 15); // 5から14
Console.WriteLine($"乱数2: {randomNumber2}");
}
}
3. 浮動小数点数の乱数の生成
0.0（包含）と1.0（非包含）の間の乱数の倍精度浮動小数点数を生成するには、random.NextDouble()を使用します。他の範囲については、これをスケールおよびシフトします。
double randomNumber = random.NextDouble() * 100; // 0.0から100.0
4. 効率的な複数乱数の生成
多くの数値を生成する場合は、効率のために単一のRandomインスタンスを再利用します。（システムクロックによってシードされたデフォルトのコンストラクタを使用して）複数のインスタンスをすばやく作成すると、同様のシーケンスにつながることがあり、見かけ上のランダム性が低下します。
Random random = new Random();
for (int i = 0; i < 10; i++)
{
int randomNumber = random.Next(1, 101); // 1から100（包含）
Console.WriteLine($"乱数{i + 1}: {randomNumber}");
}
5. 乱数生成器のシード設定
Randomコンストラクタにシードを提供することで、シーケンスを制御します。
- 再現性: 同じシード＝同じシーケンス（テストに不可欠）。
- 特定のシーケンス: シミュレーションに便利。
Random random1 = new Random(12345);
Console.WriteLine($"シード12345の乱数: {random1.Next(100)}");
Random random2 = new Random(12345);
Console.WriteLine($"シード12345の乱数（再）: {random2.Next(100)}"); // 上と同じ
Random random3 = new Random(); // 現在の時刻をシードとして使用
Console.WriteLine($"現在の時刻をシードとした乱数: {random3.Next(100)}");
6. 暗号的に安全な乱数
セキュリティに敏感なアプリケーションでは、決してSystem.Randomを使用しないでください。代わりにSystem.Security.Cryptography.RandomNumberGeneratorを使用してください。
7. 結論
Randomクラスは、簡単な擬似乱数生成を提供します。シード設定とインスタンスの再利用を理解することは、再現性と効率の両方にとって重要です。セキュリティには、暗号化RNGを優先してください。
8. FAQ
Q: 数値は真にランダムですか？ A: いいえ、擬似ランダムです。ランダムに見えるように見えますが、決定的に生成されます。
Q: 浮動小数点数の乱数を生成するにはどうすればよいですか？ A: 必要に応じてrandom.NextDouble()を使用してスケール/シフトします。
Q: 暗号的に安全な乱数はどうですか？ A: System.Security.Cryptography.RandomNumberGeneratorを使用してください。