乱数生成（Random）

この章で得られるスキル：

• ✅ ランダムな数を使ったゲームやアプリが作れる
• ✅ じゃんけん、サイコロ、くじ引きなどを実装できる
• ✅ 実行するたびに違う動作をするプログラムが書ける
• ✅ シミュレーションやテストデータ生成ができる

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Step 0: 乱数がないとどうなる？

まず、乱数を使わないプログラムを見てみよう。

予測可能なゲーム

以下は、サイコロの出目をシミュレートしようとしたプログラムである：

public class Main { public static void main(String[] args) { int dice = 3; // 常に3が出る System.out.println("サイコロの出目: " + dice); if (dice >= 4) { System.out.println("勝ち！"); } else { System.out.println("負け..."); } } }

このプログラムには致命的な問題がある：

• 常に同じ結果になる：何度実行しても3が出る
• ゲームとして成立しない：結果が予測できてしまう
• 現実のサイコロを再現できない：1〜6のランダムな値が必要

現実世界での乱数の必要性

乱数が必要な場面は多い：

• ゲーム：サイコロ、カード、敵の行動パターン
• 抽選：当選者の選定、ランダムな順序
• シミュレーション：株価の変動、天気の予測
• セキュリティ：パスワード生成、暗号化キー

では、どうやってランダムな値を生成するのか？

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Step 1: 乱数とは

乱数の定義

乱数（らんすう、Random Number） とは、予測不可能な値のことである。

プログラムでは、 疑似乱数 という「本物の乱数のように見える数」を使う：

• シード（seed）：乱数生成の開始点
• 疑似乱数：計算で作られた、ランダムに見える数
• 真の乱数：物理現象から生成される、完全にランダムな数

tip

Javaの Random クラスは疑似乱数を生成する。 シードが同じなら同じ乱数列が生成されるが、通常は現在時刻をシードにするため、毎回異なる値になる。

Randomクラスの登場

Javaでは、 java.util.Random クラスを使って乱数を生成する：

import java.util.Random;

Random random = new Random();
int number = random.nextInt();  // ランダムな整数

これで、予測不可能な値を生成できるようになる。

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Step 2: Randomの基本的な使い方

Randomクラスを使う4つのステップ

Randomクラスの使い方は、Scannerと同じく4ステップである：

基本形

以下が最も基本的な形である：

import java.util.Random; public class Main { public static void main(String[] args) { // 1. インポート（上で実施済み） // 2. Randomインスタンスを生成 Random random = new Random(); // 3. 乱数を生成（0〜9の整数） int number = random.nextInt(10); // 4. 使用 System.out.println("生成された乱数: " + number); } }

実行結果例：

生成された乱数: 7

実行するたびに異なる値が出力される。

コードの解説

Random random = new Random();

• Random：乱数生成器のクラス
• random：変数名（慣例的に random を使う）
• new Random()：新しい乱数生成器を作成

int number = random.nextInt(10);

• nextInt(10)：0〜9の範囲でランダムな整数を生成
• 戻り値：int 型の乱数

warning

nextInt(10) は 0以上10未満 の整数を返す。 つまり、0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 のいずれか。10は含まれない。

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Step 3: 様々な乱数生成メソッド

Randomクラスには、さまざまな種類の乱数を生成するメソッドがある。

主な乱数生成メソッド

メソッド	戻り値の型	説明	範囲
nextInt()	int	ランダムな整数	-2147483648 〜 2147483647
nextInt(n)	int	0以上n未満の整数	0 〜 n-1
nextDouble()	double	ランダムな小数	0.0以上1.0未満
nextBoolean()	boolean	trueまたはfalse	true / false
nextLong()	long	ランダムな長整数	非常に大きな範囲

各メソッドの使用例

import java.util.Random; public class Main { public static void main(String[] args) { Random random = new Random(); // 1. nextInt() - 任意の整数 int anyInt = random.nextInt(); System.out.println("任意の整数: " + anyInt); // 2. nextInt(n) - 0〜n-1の整数 int dice = random.nextInt(6) + 1; // 1〜6 System.out.println("サイコロ: " + dice); // 3. nextDouble() - 0.0〜1.0未満の小数 double percent = random.nextDouble(); System.out.println("確率: " + percent); // 4. nextBoolean() - trueまたはfalse boolean coinFlip = random.nextBoolean(); System.out.println("コイン: " + (coinFlip ? "表" : "裏")); } }

実行結果例：

任意の整数: -1234567890
サイコロ: 4
確率: 0.7234892341
コイン: 表

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Step 4: 範囲指定のテクニック

1〜6のサイコロを作る

問題：nextInt(6) は0〜5を返すが、サイコロは1〜6である。

解決策：生成した値に1を足す。

int dice = random.nextInt(6) + 1;  // 0〜5 → 1〜6

なぜこうなるか：

• nextInt(6) → 0, 1, 2, 3, 4, 5 のいずれか
• +1 → 1, 2, 3, 4, 5, 6 のいずれか

10〜20の整数を作る

問題：10〜20の範囲の乱数を生成したい。

解決策：範囲の幅を計算し、最小値を足す。

int min = 10;
int max = 20;
int number = random.nextInt(max - min + 1) + min;

計算式の意味：

1. 範囲の幅を計算：max - min + 1 = 20 - 10 + 1 = 11
2. 0〜10の乱数を生成：nextInt(11) → 0〜10
3. 最小値を足す：+10 → 10〜20

小数の範囲指定

問題：0.0以上100.0未満の範囲の小数を生成したい。

解決策：nextDouble() の結果に倍率を掛ける。

double score = random.nextDouble() * 100;  // 0.0以上100.0未満

実践例

import java.util.Random; public class Main { public static void main(String[] args) { Random random = new Random(); // 1. サイコロ（1〜6） int dice = random.nextInt(6) + 1; System.out.println("サイコロ: " + dice); // 2. 年齢（0〜99） int age = random.nextInt(100); System.out.println("年齢: " + age); // 3. 気温（10〜35度） int temperature = random.nextInt(26) + 10; System.out.println("気温: " + temperature + "度"); // 4. テストの点数（0.0以上100.0未満） double score = random.nextDouble() * 100; System.out.printf("点数: %.1f点\n", score); // 5. 当たりかハズレか（20%の確率で当たり） boolean isWinner = random.nextDouble() < 0.2; System.out.println("結果: " + (isWinner ? "当たり！" : "ハズレ")); } }

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Step 5: シードを使った制御

シードとは

シード（seed） とは、乱数生成の開始点となる値である。

• 同じシード → 同じ乱数列
• 異なるシード → 異なる乱数列

シードを指定する理由

通常は指定しない方が良いが、以下の場合に有用である：

1. デバッグ：再現可能なテストを行いたい
2. ゲームのリプレイ：同じ展開を再現したい
3. テストの自動化：予測可能な結果が必要

シードの指定方法

Random random = new Random(12345);  // シードを指定

シード有無の比較

import java.util.Random; public class Main { public static void main(String[] args) { // シード指定なし（毎回異なる） System.out.println("--- シード指定なし ---"); Random random1 = new Random(); for (int i = 0; i < 5; i++) { System.out.print(random1.nextInt(10) + " "); } System.out.println(); // シード指定あり（毎回同じ） System.out.println("\n--- シード指定あり（12345） ---"); Random random2 = new Random(12345); for (int i = 0; i < 5; i++) { System.out.print(random2.nextInt(10) + " "); } System.out.println(); // 同じシードで再度生成 System.out.println("\n--- 同じシード（12345）で再生成 ---"); Random random3 = new Random(12345); for (int i = 0; i < 5; i++) { System.out.print(random3.nextInt(10) + " "); } System.out.println(); } }

実行結果例：

--- シード指定なし ---
3 7 1 9 4

--- シード指定あり（12345） ---
7 3 9 1 0

--- 同じシード（12345）で再生成 ---
7 3 9 1 0

シード指定ありの2回は、まったく同じ乱数列になることに注目。

tip

実際の開発では、通常はシードを指定しない。 new Random() とだけ書けば、現在時刻を元に自動的にシードが設定され、毎回異なる乱数が生成される。

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Step 6: よくある使用パターン

パターン1: 配列からランダムに選ぶ

配列の要素をランダムに選択する：

import java.util.Random; public class Main { public static void main(String[] args) { String[] fruits = {"りんご", "バナナ", "みかん", "ぶどう", "いちご"}; Random random = new Random(); // ランダムなインデックスを生成（0〜4） int index = random.nextInt(fruits.length); System.out.println("今日のおすすめ: " + fruits[index]); } }

パターン2: 配列をシャッフルする

配列の要素をランダムに並び替える（Fisher-Yatesアルゴリズム）：

import java.util.Random; public class Main { public static void main(String[] args) { int[] cards = {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10}; Random random = new Random(); // シャッフル for (int i = cards.length - 1; i > 0; i--) { int j = random.nextInt(i + 1); // cards[i]とcards[j]を交換 int temp = cards[i]; cards[i] = cards[j]; cards[j] = temp; } // 結果表示 System.out.print("シャッフル結果: "); for (int card : cards) { System.out.print(card + " "); } System.out.println(); } }

パターン3: 重み付き抽選

確率を指定して抽選する：

import java.util.Random; public class Main { public static void main(String[] args) { Random random = new Random(); double probability = random.nextDouble(); // 0.0〜1.0 String result; if (probability < 0.7) { result = "ノーマル（70%）"; } else if (probability < 0.95) { result = "レア（25%）"; } else { result = "激レア（5%）"; } System.out.printf("確率: %.4f → %s\n", probability, result); } }

パターン4: ランダムな文字列生成

パスワードやIDをランダムに生成する：

import java.util.Random; public class Main { public static void main(String[] args) { String chars = "ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ0123456789"; Random random = new Random(); StringBuilder password = new StringBuilder(); // 8文字のランダムな文字列を生成 for (int i = 0; i < 8; i++) { int index = random.nextInt(chars.length()); password.append(chars.charAt(index)); } System.out.println("生成されたパスワード: " + password); } }

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Step 7: 実践課題

ここまで学んだ知識を使って、以下の3つの課題に挑戦しよう。

課題1: じゃんけんゲーム

要件：

1. コンピュータがランダムに「グー」「チョキ」「パー」のいずれかを出す
2. ユーザーは0（グー）、1（チョキ）、2（パー）を入力
3. 勝敗を判定して表示

ヒント：

String[] hands = {"グー", "チョキ", "パー"};
int computer = random.nextInt(3);  // 0, 1, 2のいずれか

期待される実行例：

じゃんけんゲーム！
0:グー, 1:チョキ, 2:パー > 0
あなた: グー
コンピュータ: チョキ
あなたの勝ち！

解答例を見る

import java.util.Random; import java.util.Scanner; public class Main { public static void main(String[] args) { String[] hands = {"グー", "チョキ", "パー"}; Random random = new Random(); Scanner scanner = new Scanner(System.in); System.out.println("じゃんけんゲーム！"); System.out.print("0:グー, 1:チョキ, 2:パー > "); int user = scanner.nextInt(); int computer = random.nextInt(3); System.out.println("あなた: " + hands[user]); System.out.println("コンピュータ: " + hands[computer]); if (user == computer) { System.out.println("引き分け！"); } else if ((user == 0 && computer == 1) || (user == 1 && computer == 2) || (user == 2 && computer == 0)) { System.out.println("あなたの勝ち！"); } else { System.out.println("コンピュータの勝ち！"); } scanner.close(); } }

1import java.util.Random;
2import java.util.Scanner;
3
4public class Main {
5  public static void main(String[] args) {
6      String[] hands = {"グー", "チョキ", "パー"};
7      Random random = new Random();
8      Scanner scanner = new Scanner(System.in);
9
10      System.out.println("じゃんけんゲーム！");
11      System.out.print("0:グー, 1:チョキ, 2:パー > ");
12      int user = scanner.nextInt();
13
14      int computer = random.nextInt(3);
15
16      System.out.println("あなた: " + hands[user]);
17      System.out.println("コンピュータ: " + hands[computer]);
18
19      if (user == computer) {
20          System.out.println("引き分け！");
21      } else if ((user == 0 && computer == 1) ||
22                 (user == 1 && computer == 2) ||
23                 (user == 2 && computer == 0)) {
24          System.out.println("あなたの勝ち！");
25      } else {
26          System.out.println("コンピュータの勝ち！");
27      }
28
29      scanner.close();
30  }
31}

---

課題2: ガチャシミュレーター

要件：

1. 10回分のガチャを引く
2. 各回で以下の確率でアイテムが出る：
   • ノーマル: 70%
   • レア: 25%
   • 激レア: 5%
3. 各レアリティの出現回数を集計して表示

ヒント：

int normal = 0, rare = 0, superRare = 0;
for (int i = 0; i < 10; i++) {
    double prob = random.nextDouble();
    if (prob < 0.7) {
        normal++;
    } else if (prob < 0.95) {
        rare++;
    } else {
        superRare++;
    }
}

期待される実行例：

ガチャ10回分の結果:
第1回: ノーマル
第2回: レア
第3回: ノーマル
...
第10回: ノーマル

【結果】
ノーマル: 7回
レア: 2回
激レア: 1回

解答例を見る

import java.util.Random; public class Main { public static void main(String[] args) { Random random = new Random(); int normal = 0, rare = 0, superRare = 0; System.out.println("ガチャ10回分の結果:"); for (int i = 1; i <= 10; i++) { double prob = random.nextDouble(); String result; if (prob < 0.7) { result = "ノーマル"; normal++; } else if (prob < 0.95) { result = "レア"; rare++; } else { result = "激レア"; superRare++; } System.out.println("第" + i + "回: " + result); } System.out.println("\n【結果】"); System.out.println("ノーマル: " + normal + "回"); System.out.println("レア: " + rare + "回"); System.out.println("激レア: " + superRare + "回"); } }

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課題3: 数当てゲーム（拡張版）

要件：

1. プログラムが1〜100のランダムな数を生成
2. ユーザーが数を入力
3. 「もっと大きい」「もっと小さい」「正解！」をヒントとして表示
4. 正解するまで繰り返す
5. 最後に試行回数を表示

ヒント：

int answer = random.nextInt(100) + 1;  // 1〜100
int count = 0;
while (true) {
    count++;
    // 入力と判定
}

期待される実行例：

数当てゲーム（1〜100）
予想を入力 > 50
もっと大きい数です

予想を入力 > 75
もっと小さい数です

予想を入力 > 63
正解！ 3回で当たりました！

解答例を見る

import java.util.Random; import java.util.Scanner; public class Main { public static void main(String[] args) { Random random = new Random(); Scanner scanner = new Scanner(System.in); int answer = random.nextInt(100) + 1; // 1〜100 int count = 0; System.out.println("数当てゲーム（1〜100）"); while (true) { System.out.print("予想を入力 > "); int guess = scanner.nextInt(); count++; if (guess == answer) { System.out.println("正解！ " + count + "回で当たりました！"); break; } else if (guess < answer) { System.out.println("もっと大きい数です\n"); } else { System.out.println("もっと小さい数です\n"); } } scanner.close(); } }

1import java.util.Random;
2import java.util.Scanner;
3
4public class Main {
5  public static void main(String[] args) {
6      Random random = new Random();
7      Scanner scanner = new Scanner(System.in);
8
9      int answer = random.nextInt(100) + 1;  // 1〜100
10      int count = 0;
11
12      System.out.println("数当てゲーム（1〜100）");
13
14      while (true) {
15          System.out.print("予想を入力 > ");
16          int guess = scanner.nextInt();
17          count++;
18
19          if (guess == answer) {
20              System.out.println("正解！ " + count + "回で当たりました！");
21              break;
22          } else if (guess < answer) {
23              System.out.println("もっと大きい数です\n");
24          } else {
25              System.out.println("もっと小さい数です\n");
26          }
27      }
28
29      scanner.close();
30  }
31}

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FAQ

Q1: random.nextInt() と random.nextInt(10) の違いは？

A1:

• nextInt()：-2147483648 〜 2147483647 の 任意の整数
• nextInt(10)：0 〜 9 の 範囲指定された整数

通常は nextInt(n) の方を使う場面が多い。

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Q2: Math.random() とRandomクラスの違いは？

A2:

Javaには2つの乱数生成方法がある：

特徴	Math.random()	Random
型	staticメソッド	クラス
戻り値	double (0.0〜1.0)	様々な型
使いやすさ	シンプル	高機能
インスタンス	不要	必要

Math.random() の例：

double r = Math.random();  // 0.0〜1.0
int dice = (int)(Math.random() * 6) + 1;  // 1〜6

使い分け：

• Math.random()：簡単な乱数が1つだけ必要な場合
• Random：複数の乱数、様々な型、シード制御が必要な場合

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Q3: 毎回同じ乱数が出るのはなぜ？

A3:

以下のパターンで毎回同じ乱数が出ることがある：

パターン1: ループ内でRandomを再生成している

// ❌ 悪い例
for (int i = 0; i < 5; i++) {
    Random random = new Random();  // ループ内で生成
    System.out.println(random.nextInt(10));
}

短時間に複数のRandomインスタンスを作ると、同じシード（時刻）になる可能性がある。

解決策：Randomは1回だけ生成する

// ✅ 良い例
Random random = new Random();  // ループの外
for (int i = 0; i < 5; i++) {
    System.out.println(random.nextInt(10));
}

パターン2: シードを固定している

Random random = new Random(12345);  // 固定シード

デバッグ目的でない限り、シードは指定しない。

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Q4: 1〜10の範囲を指定する正しい方法は？

A4:

間違った方法：

int number = random.nextInt(10);  // 0〜9（10は含まれない）

正しい方法：

int number = random.nextInt(10) + 1;  // 1〜10

一般化した公式：

int min = 最小値;
int max = 最大値;
int number = random.nextInt(max - min + 1) + min;

例（50〜100の範囲）：

int number = random.nextInt(51) + 50;  // 50〜100

Q5: 0.0〜100.0を含む小数を作る方法は？

A5:

nextDouble() だけでは上端の100.0を含められない。
100.0を含めたい場合は、刻み幅を決めて整数で生成してから小数に変換する 方法を使う。

例えば0.1刻みで0.0〜100.0を含めたいなら、以下のように書く：

double score = random.nextInt(1001) / 10.0;  // 0.0〜100.0（100.0を含む）

• nextInt(1001) は0〜1000を返す
• 10.0 で割ると0.0〜100.0になる
• 1000が出たとき、1000 / 10.0 = 100.0 となる

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Q6: 配列からランダムに選ぶ時の注意点は？

A6:

配列の長さを超えないように注意する。

間違った方法：

String[] items = {"A", "B", "C"};
int index = random.nextInt(4);  // ❌ 0〜3（範囲外の可能性）
System.out.println(items[index]);  // ArrayIndexOutOfBoundsException

正しい方法：

String[] items = {"A", "B", "C"};
int index = random.nextInt(items.length);  // ✅ 0〜2
System.out.println(items[index]);

配列の長さ（items.length）を使う ことで、配列のサイズが変わっても安全。

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まとめ

この章では、Javaで乱数を扱う方法を学んだ：

1. Randomクラス：java.util.Random で乱数を生成
2. 基本形：Random random = new Random(); int n = random.nextInt(10);
3. 様々なメソッド：nextInt(), nextDouble(), nextBoolean()
4. 範囲指定：nextInt(max - min + 1) + min で任意の範囲
5. シード：同じシードで同じ乱数列（デバッグに有用）
6. 実践パターン：配列から選択、シャッフル、重み付き抽選

乱数は、ゲーム、シミュレーション、セキュリティなど、多くの場面で必要になる重要な技術である。

次章では、オブジェクト指向プログラミングの基礎を学び、より複雑なプログラムを設計する方法を身につける。