Pythonランダム関数完全マスター！基本から実例まで7ステップで学ぶ

はじめに

Pythonはその直感的な文法と豊富なライブラリで世界中のプログラマーから支持を受けています。

その中でもランダム関数は、乱数を生成するための手段としてよく用いられます。

今回は、Pythonのランダム関数の使用方法から詳細な対処法、注意点、カスタマイズ方法を初心者目線で徹底解説します。

7つのステップと詳細なサンプルコードを通して、あなたもPythonランダム関数を完全マスターしましょう。

●Pythonとランダム関数とは

○Pythonとは

Pythonは、高水準のデータ構造を持ち、動的タイプ付けおよび動的バインディングをサポートする、インタプリティブな高水準汎用プログラミング言語です。

Pythonは、簡潔で読みやすいコードを記述することが可能で、そのシンタックスは、プログラマがより少ないコード行で概念を表現できるように設計されています。

○ランダム関数とは

ランダム関数とは、ある範囲の数字の中からランダム（偶然性に基づく）に数字を選び出すための関数です。

プログラミングにおけるランダム関数の利用は多岐にわたります。

例えば、ゲームのAIの行動を決定したり、データ分析におけるサンプリングなど、偶然性を必要とする場面で使用されます。

●Pythonランダム関数の基本

○randomモジュールのインポート

Pythonでランダム関数を使うためにはまず、randomモジュールをインポートする必要があります。

次のようなコードでインポートできます。

import random

これにより、Pythonのrandomモジュールの全ての関数が利用可能となります。

○random()関数の利用

random()関数は、0以上1未満の浮動小数点数（float）を生成します。

この関数は引数を取りません。

print(random.random())

このコードは、0から1までのランダムな浮動小数点数を表示します。

○randint()関数の利用

randint()関数は、指定した範囲内のランダムな整数を生成します。

この関数は二つの引数を取ります。

print(random.randint(1, 10))

このコードは、1から10までのランダムな整数を表示します。

●Pythonランダム関数の使い方：サンプルコード4選

○サンプルコード1：乱数の生成

乱数の生成はランダム関数の基本的な使い方です。

下記のコードでは、0から100までのランダムな整数を生成しています。

num = random.randint(0, 100)
print(num)

このコードでは、まずrandom.randint(0, 100)によって0から100までのランダムな整数が生成され、その結果が変数numに格納されます。

次に、print(num)でその結果が表示されます。

これにより、0から100までのランダムな整数が表示されます。

○サンプルコード2：ランダムな順序のリスト生成

リスト内の要素をランダムに並べ替えることも可能です。

下記のコードでは、リスト内の要素をランダムに並べ替えて新たなリストを生成しています。

numbers = [1, 2, 3, 4, 5]
random.shuffle(numbers)
print(numbers)

このコードでは、初めに数字のリストnumbersを定義し、次にrandom.shuffle(numbers)でそのリストの要素をランダムに並べ替えています。

最後に、その結果を表示するためにprint(numbers)を使用しています。

これにより、元のリストの要素がランダムな順序で表示されます。

○サンプルコード3：ランダムな要素の選択

リストやタプルなどのシーケンス型からランダムに要素を選択することも可能です。

下記のコードでは、リストからランダムに一つの要素を選択しています。

fruits = ['apple', 'banana', 'cherry', 'durian']
chosen = random.choice(fruits)
print(chosen)

このコードでは、まずフルーツのリストfruitsを定義し、次にrandom.choice(fruits)でそのリストからランダムに一つの要素を選択しています。

その結果が変数chosenに格納され、最後にprint(chosen)でその結果が表示されます。

これにより、リストfruitsからランダムに選ばれたフルーツが表示されます。

○サンプルコード4：ガウス分布に従った乱数の生成

ガウス分布（正規分布）に従った乱数を生成することも可能です。

下記のコードでは、平均0、標準偏差1のガウス分布に従った乱数を生成しています。

num = random.gauss(0, 1)
print(num)

このコードでは、まずrandom.gauss(0, 1)によって平均0、標準偏差1のガウス分布に従ったランダムな数が生成され、その結果が変数numに格納されます。

次に、print(num)でその結果が表示されます。

これにより、平均0、標準偏差1のガウス分布に従ったランダムな数が表示されます。

●Pythonランダム関数の注意点と対処法

Pythonのランダム関数は便利ですが、その利用にあたっては注意点がいくつか存在します。

まず一つ目は、ランダム関数が生成する乱数は実は完全にランダムではないということです。

Pythonのランダム関数は擬似乱数生成器（PRNG）を使用しており、初期のシード値に基づいて数値を生成します。

そのため、同じシード値を使用した場合は同じ乱数が生成されます。

そのため、毎回違う乱数を生成するためにはシード値を毎回変更する必要があります。

以下のコードでは、現在の時刻をシード値として設定しています。

import time
random.seed(time.time())

これにより、現在の時刻（エポック秒）をシード値として使用するため、毎回違う乱数が生成されます。

また、ランダム関数を使う際には範囲指定に注意する必要があります。

例えば、randint()関数では第一引数と第二引数の間の数をランダムに返しますが、第一引数が第二引数より大きい場合エラーが発生します。

下記のコードはエラーを生じます。

print(random.randint(10, 1))

そのため、範囲指定を行う際には範囲が正しく設定されているか確認するようにしましょう。

●Pythonランダム関数のカスタマイズ方法

Pythonのランダム関数は多機能であり、さまざまな乱数の生成方法が存在します。

そのため、特定の目的に応じた乱数生成が可能です。

例えば、一定の範囲の乱数を生成する必要がある場合、uniform()関数を使用することができます。

下記のコードでは、1から10までのランダムな浮動小数点数を生成しています。

num = random.uniform(1, 10)
print(num)

このコードでは、random.uniform(1, 10)によって1から10までのランダムな浮動小数点数が生成され、その結果が変数numに格納されます。

次に、print(num)でその結果が表示されます。

これにより、1から10までのランダムな浮動小数点数が表示されます。

また、特定の確率分布に従った乱数を生成することも可能です。

例えば、指数分布に従った乱数はexpovariate()関数で生成できます。

num = random.expovariate(1/5)
print(num)

このコードでは、random.expovariate(1/5)によって平均5の指数分布に従ったランダムな数が生成され、その結果が変数numに格納されます。

次に、print(num)でその結果が表示されます。これにより、平均5の指数分布に従ったランダムな数が表示されます。

まとめ

以上、Pythonのランダム関数の使用方法から詳細な対処法、注意点、カスタマイズ方法について解説しました。

ランダム関数は、様々なシチュエーションで用いられるため、しっかりと理解しておくと便利です。

この記事が、あなたのPythonでのプログラミングスキル向上の一助となれば幸いです。