「乱数」のコラム

Pythonと乱数：偶然を操る魔法

プログラミングの世界では、時に「偶然」が必要になります。例えば、サイコロを振るゲーム、ランダムなパスワード生成、データ分析におけるサンプリングなど、その用途は多岐にわたります。Pythonでは、randomモジュールを使うことで、この「偶然」を簡単に、そして効果的に操ることができます。今回は、Pythonにおける乱数について、初心者にもわかりやすく解説します。

乱数とは？

乱数とは、予測不可能な値を指します。しかし、コンピュータは基本的に決定論的な機械なので、真にランダムな数を生成することはできません。そのため、実際には「疑似乱数」と呼ばれるものを使用します。これは、ある初期値（シード）に基づいて、複雑な計算によって生成される数列であり、見た目にはランダムに見えます。

randomモジュールのインポート

Pythonで乱数を使うには、まずrandomモジュールをインポートする必要があります。

import random

これで、randomモジュール内の関数を利用できるようになります。

乱数の生成：基本的な関数

randomモジュールには、様々な乱数を生成するための関数が用意されています。その中でも、よく使われるものをいくつか紹介します。

• random.random(): 0.0以上1.0未満の浮動小数点数を返します。

  import random
  
  rand_float = random.random()
  print(rand_float) # 例：0.734892...
  

• random.randint(a, b): a以上b以下の整数を返します（aとbを含む）。

  import random
  
  rand_int = random.randint(1, 10) # 1から10までの整数
  print(rand_int) # 例：5
  

• random.uniform(a, b): a以上b以下の浮動小数点数を返します。random.random()と似ていますが、範囲を指定できます。

  import random
  
  rand_uniform = random.uniform(1.0, 5.0) # 1.0から5.0までの浮動小数点数
  print(rand_uniform) # 例：3.21876...
  

リストからのランダムな選択

randomモジュールは、リストやタプルなどのシーケンスから要素をランダムに選択する機能も提供します。

• random.choice(sequence): シーケンス（リスト、タプル、文字列など）からランダムに1つの要素を選択します。

  import random
  
  my_list = ["apple", "banana", "cherry"]
  rand_choice = random.choice(my_list)
  print(rand_choice) # 例："banana"
  

• random.sample(population, k): シーケンス（population）から重複なしでk個の要素をランダムに抽出します。

  import random
  
  my_list = ["apple", "banana", "cherry", "date", "fig"]
  rand_sample = random.sample(my_list, 3)
  print(rand_sample) # 例：['cherry', 'date', 'apple']
  

• random.shuffle(x): リストxの要素をインプレースでシャッフルします（元のリストが変更されます）。

  import random
  
  my_list = ["apple", "banana", "cherry"]
  random.shuffle(my_list)
  print(my_list) # 例：['banana', 'cherry', 'apple']
  

シード値の設定：再現性の確保

randomモジュールは疑似乱数を生成するため、同じシード値を与えると、常に同じ数列が生成されます。これは、デバッグや実験の再現性を確保する上で非常に重要です。

• random.seed(seed): 乱数生成器のシード値を設定します。

  import random
  
  random.seed(42) # シード値を42に設定
  print(random.random()) # 特定の値が生成される
  
  random.seed(42) # 同じシード値を設定
  print(random.random()) # 上と同じ値が生成される
  

乱数の応用例：サイコロゲーム

簡単な例として、サイコロを振るゲームを作ってみましょう。

import random

def roll_dice():
    """サイコロを振って、1から6までのランダムな目を返す"""
    return random.randint(1, 6)

# サイコロを振る
result = roll_dice()
print("サイコロの目は:", result)

まとめ

Pythonのrandomモジュールは、ゲーム、シミュレーション、データ分析など、様々な分野で役立つ強力なツールです。今回紹介した関数は、そのほんの一部に過ぎません。randomモジュールのドキュメントを参照することで、さらに高度な乱数生成や操作を学ぶことができます。乱数を効果的に活用し、あなたのプログラムに新たな可能性をもたらしましょう。