C# で乱数を生成する方法

乱数は、デジタルゲーム、統計サンプリング、暗号、統計物理学の計算、数値解析、無線通信、ルーレットのようなカジノゲームなどで広く使われています。

C#で乱数を生成するには、Random クラスを使用します**。

##C# Random クラスとは？

C# Random クラスは擬似乱数生成器であり、乱数に関する一定の統計的要件を満たした数列を生成するアルゴリズムです。

このクラスは、5つのメソッドNext(),NextInt64(),NextBytes(),NextDouble(),NextSingle() を持っています。

int,long など、数値の種類に応じて、対応するメソッドを使用することができます。

例を見て、さらに理解を深めましょう。

C#でランダムな整数を生成する

C#でランダムな整数を生成する手順

1.乱数クラスのインスタンス化 2.Random.Next() メソッドを使用して、Int32.MinValue とInt32.MaxValue の間の乱数整数を返す。


var randomInteger = new Random();

randomInteger.Next();
randomInteger.Next();
randomInteger.Next();
randomInteger.Next();
randomInteger.Next(); 


/* OUTPUT : 
2027076668
1095111085
535874255
1973884472
430547700
*/

最小値と最大値の間のランダムな整数を生成する

Random.Next() はオーバーロードされたメソッドを持ち、最小値と最大値をパラメータとして受け取り、与えられた値の間のランダムな整数を生成します。

100から1000までの乱数を生成するには、次のコードを使用します。

Console.WriteLine("Five random integers between 100 and 1000");

for (int counter = 0; counter <= 4; counter++)
    Console.WriteLine("{0}", randomNumber.Next(100, 1000));

/* OUTPUT:
Five random integers between 100 and 1000
904
853
554
290
614
*/

C# で長い乱数(Int64)を生成する。

Int64 Random.NextInt64() メソッドを使用すると、Int64.MinValue とInt64.MaxValue の間のランダムなInt64 番号が返されます。


var RandomInt64 = new Random();

RandomInt64.NextInt64();
RandomInt64.NextInt64();
RandomInt64.NextInt64();
RandomInt64.NextInt64();
RandomInt64.NextInt64(); 


/* OUTPUT : 
5200810282391000059
6501337495320049889
6318562423063201438
3733878081804548122
8421209223603063849
*/

与えられた範囲内のランダムな長さ(Int64)の数を生成する

Random.Next() と同様に、Random.NextInt64() にもオーバーロードされたメソッドがあり、Range すなわち最小値と最大値をパラメータとして受け取り、それらの間のランダムなInt64 数を返します。

100000から200000の間の乱数を生成するには、次のコードを使用します。


var RandomInt64 = new Random();


Console.WriteLine("Five random integers between 100000 and 200000");

for (int counter = 0; counter <= 4; counter++)
    Console.WriteLine("{0}", RandomInt64.NextInt64(100000, 200000));

/* OUTPUT:
Five random long Int64 numbers between 100000 and 200000
144220
194475
185075
159433
136542
*/

生成された乱数は、数学的アルゴリズムを用いて選択されているため、完全なランダムではありませんが、現実のほとんどのケースで十分な性能を発揮します。

乱数生成時の重複の回避

もし、複数のnew Random() クラスを初期化している場合。

乱数の重複が発生する可能性がある。(マルチスレッドアプリケーション)

var randomOne = new Random();
var randomTwo = new Random(); // Don't do this

そのため、Random() クラスのインスタンスは1つだけ初期化し、アプリケーション全体で使用するのがよいでしょう。

//Function to generate unique random number using `Random()` class

private static readonly Random randomInstance = new Random();

public static int GenerateRandomNumber(int min, int max)
{
    lock(randomInstance) // synchronize
    {
        return randomInstance.Next(min, max);
    }
}

もし、マルチスレッド環境で一連の乱数を生成したい場合は、上記の方法を使用してください。

暗号を使うC# RandomNumberGenerator

本当にユニークな乱数を生成したい場合は、System.Security.Cryptography ライブラリの一部であるRandomNumberGenerator クラスを使用することができます。

このクラスは暗号学的に安全な乱数を生成し、ランダムなパスワードの生成に 適しています。

var randomNumber= RandomNumberGenerator.GetInt32(Int32.MaxValue);

また、RandomNumberGenerator メソッドに range を渡すことができます。

var randomNumber= RandomNumberGenerator.GetInt32(2000,5000);

##C# RNGCryptoServiceProvider クラスの使用

このクラスはもう古いので、このメソッドは使わないでください。

RNGCryptoServiceProvider は、暗号化サービスプロバイダ (CSP) が提供する実装を使用して、暗号化乱数生成器 (RNG) を実装します。

以下のコードで、 C# RNGCryptoServiceProvider クラスを使用して乱数を生成してください。

using (RNGCryptoServiceProvider rng = new RNGCryptoServiceProvider())
{
   byte[] randomNumber = new byte[4];//4 for int32
   rng.GetBytes(randomNumber);
   int value = BitConverter.ToInt32(randomNumber, 0);
}

概要

このチュートリアルでは、C#で乱数を生成するさまざまな方法を、簡単な例を使って学びました。