2. 랜덤 함수

주사위를 던지면 1의 눈에서부터 6의 눈까지 6개의 눈 중 하나가 아무렇게나 나옵니다. 주사위를 던질 때마다 어떤 눈이 나올지는 던지는 사람도 모르고 그것을 관찰하는 사람도 모릅니다. 또 나오는 눈에는 그 어떤 규칙도 없습니다. 이렇게 주사위의 눈의 수처럼 나오는 수를 『난수(亂數, random number)』 라고 합니다.

그러면 컴퓨터에서는 이 난수를 어떻게 만들까요? 결론부터 말하면 컴퓨터는 0과 1로만 처리하는 기계이므로 원칙적으로는 난수를 만들어 낼 수 없습니다. 단지 우리가 난수인것처럼 느끼도록 수를 만들어 낼 뿐입니다. 결국 컴퓨터에서 난수란 일정한 배열 순서나 규칙을 갖지 않는 연속적인 임의의 수(pseudo-random number)를 말합니다. 어떤 프로그래밍 언어이든지 난수를 발생하는 함수는 기본적으로 가지고 있습니다.

C언어에서는 표준라이브러리 함수로 rand()와 srand() 함수를 제공하는데 이 함수들은 <stdlib.h>에 정의되어 있습니다. srand()함수에서 seed값을 만들어 내고 그 seed값을 바탕으로 하여 rand() 함수는 0에서부터 32,767까지의 정수를 임의로 발생시킵니다.

rand()는 생성 패턴을 하나를 설정하는 것이고 srand()는 생성 패턴을 여러 개 설정하는 것입니다. srand()를 사용하지 않는 경우에는 기본적으로 srand(1)이 설정됩니다.

다음은 10개의 난수를 발생시키는 프로그램입니다.

【소스 프로그램】

//File Name : ex095_random01.c

#include<stdio.h>

#include<stdlib.h>

int main(void){

int randomNumber;

int i;

for (i=0;i<10;i++){

randomNumber=rand();

printf("%d\t",randomNumber);

}

printf("\n");

return 0;

}

【실행 결과】

D:\Data\c>ex095_random01.exe

41 18467 6334 26500 19169 15724 11478 29358 26962 24464

D:\Data\c>rex095_random01.exe

41 18467 6334 26500 19169 15724 11478 29358 26962 24464

첫 번째 실행과 두 번째 실행이 그 결과가 같습니다. 당연히 우리가 원하는 결과가 아니죠? 우리는 프로그램을 실행할 때마다 다른 결과를 원하지 프로그램을 실행할 때마다 매번 같은 값이 나오는 것을 원하지 않습니다.

【소스 프로그램】

//File Name : ex095_random02.c

#include<stdio.h>

#include<stdlib.h>

int main(void){

int randomNumber;

int i;

unsigned seedNumber;

seedNumber=500;

srand(seedNumber);

for (i=0;i<10;i++){

randomNumber=rand();

printf("%d\t",randomNumber);

}

printf("\n");

return 0;

}

이를 실행시키고

【실행 결과】

D:\Data\c>gcc -o ex095_random02.exe ex095_random02.c

D:\Data\c>ex095_random02.exe

1671 7970 7660 8237 21566 9082 24495 10440 8709 4002

D:\Data\c>

seedNumber=500; 를

seedNumber=53240; 로 바꾼 다음 다시 컴파일 하고 실행시켜봅시다.

【실행 결과】

D:\Data\c>gcc -o ex095_random02.exe ex095_random02.c

D:\Data\c>ex095_random02.exe

10058 25291 18527 2764 30653 11055 7481 28778 20381 27038

D:\Data\c>

그러나 이 것을 이렇게 할 수는 없습니다. 난수를 생성할 때마다 프로그램을 새로 만드는 것이다. 하나의 프로그램으로 항상 다른 난수를 생성하기 위해서는 Seed 값을 항상 바꾸어주어야 합니다. 그러면 가장 쉽게 사용할 수 있는 것은 무엇일까요? 우리가 컴퓨터를 사용하지 않고 있더라도 늘 바뀌는 것이 있는데, 그것이 시간입니다. 따라서 시간을 사용하여 seed값을 변경시키면 원하는 난수가 발생합니다.

【형식】

#include<time.h>

변수명=time(NULL);

【예제】

#include<time.h>

seedNumber=time(NULL);

를 사용하면 됩니다.

【소스 프로그램】

//File Name : ex095_random03.c

#include<stdio.h>

#include<stdlib.h>

#include<time.h>

int main(void){

int randomNumber;

int i;

unsigned seedNumber;

seedNumber=time(NULL);

srand(seedNumber);

for (i=0;i<10;i++){

randomNumber=rand();

printf("%d\t", randomNumber);

}

printf("\n");

return 0;

}

【실행 결과】

D:\Data\c>ex095_random03

23165 14191 19287 7252 7278 14170 30620 7094 30968 23539

D:\Data\c>ex095_random03

23260 30983 13060 16961 11489 29741 22577 20507 18284 9085

[정리]

난수를 발생하기 위해서는 다음과 같이 코딩하면 됩니다.

#include<stdlib.h>

#include<time.h>

srand(time(NULL);

rand();

다음은 컴퓨터가 0에서 99까지의 임의의 숫자를 만들어 내고, 사람이 그 숫자를 맞추는 게임입니다. 총 7번의 기회가 주어지고, 사용자는 어떤 수를 입력하여 컴퓨터는 입력한 수보다 큰 수인지 작은 수인지 비교하여 힌트가 주고, 사용자는 이를 참조하여 숫자를 입력해가며 임의의 숫자를 알아 맞추는 프로그램입니다.

0부터 99까지의 임의의 숫자 생성

unsigned long randomNum;

srand((unsigned)time(NULL));

randomNum = rand()%100;

【소스 프로그램】

// File Name : ex073_for03.c

#include <stdlib.h>

#include <stdio.h>

#include<time.h>

int main() {

int i,in;

unsigned long okNum;

srand((unsigned)time(NULL));

okNum = rand()%100;

printf("0부터 99사이의 숫자를 맞춰보세요...\n");

for(i=1;i<=7;i++){

printf("숫자를 입력하세요 -> ");

scanf("%d",&in);

if(in==okNum) {

printf("정답입니다. (%d번째)\n",i);

break;

}

else if(in>okNum) printf("입력한 수가 더 큽니다.\n");

else printf("입력한 수가 더 작습니다.\n");

if(i==7) printf("게임이 끝났습니다.");

}

if(i>7) printf("\n찾고자 하는 수는 %d입니다", okNum);

return 0;

}

【실행 결과】

0부터 99사이의 숫자를 맞춰보세요...

숫자를 입력하세요 -> 67

입력한 수가 더 큽니다.

숫자를 입력하세요 -> 12

입력한 수가 더 작습니다.

숫자를 입력하세요 -> 34

입력한 수가 더 작습니다.

숫자를 입력하세요 -> 45

입력한 수가 더 작습니다.

숫자를 입력하세요 -> 50

입력한 수가 더 작습니다.

숫자를 입력하세요 -> 55

입력한 수가 더 작습니다.

숫자를 입력하세요 -> 59

입력한 수가 더 큽니다.

게임이 끝났습니다.찾고자 하는 수는 56입니다

rand()함수는 프로그램이 실행될 때마다 새로운 난수를 발생시키는 것이며 rand()%100 은 발생된 난수를 100으로 나눈 나머지입니다. 따라서 0부터 99까지의 난수가 발생되는 것입니다.

만약에 주사위의 눈을 만들어 내려면 어떻게 할까요?

주사위는 1에서 6까지 나오므로 이를 만들어 내려면 6으로 나눈 나머지를 얻으면 0에서 5까지 나오므로 여기에 1을 더하면 됩니다. 즉,

rand() % 6 + 1;

을 사용하면 1에서 6까지의 수가 랜덤으로 나옵니다. 물론 % 연산자가 + 연산자 보다 우선순위가 높으므로 (rand() % 6) + 1; 으로 하지 않아도 됩니다.

⁌ 예제 프로그램 ⁍

주사위를 600번 던져 나오는 눈(한 줄에 20개)과 각 눈의 개수를 다음과 같이 출력하는 프로그램을 작성하여 봅시다.

【실행 결과】

3 2 3 4 2 6 2 2 1 5 1 1 4 2 4 3 5 2 4 2

4 2 5 4 2 1 4 6 5 1 2 1 2 4 5 5 6 6 4 1

.......................................

5 6 4 2 4 6 2 4 3 3 2 1 5 2 2 6 4 4 2 1

1의 눈이 나온 횟수= 106

2의 눈이 나온 횟수= 103

3의 눈이 나온 횟수= 94

4의 눈이 나온 횟수= 113

5의 눈이 나온 횟수= 92

6의 눈이 나온 횟수= 92

【소스 프로그램】

//File Name : ex0110_rand_03.c

#include<stdio.h>

#include<stdlib.h>

#include<time.h>

int main(void){

long i, seed, result, count=1;

long counter1=0, counter2=0,counter3=0, counter4=0, counter5=0, counter6=0;

seed=time(NULL);

srand(seed);

for(i=1;i<=600;i++){

result=rand() % 6 +1 ;

printf("%2d", result);

if (count % 20 ==0) printf("\n");

count++;

switch (result){

case 1: counter1++; break;

case 2: counter2++; break;

case 3: counter3++; break;

case 4: counter4++; break;

case 5: counter5++; break;

case 6: counter6++; break;

}

}

printf("\n");

printf("1의 눈이 나온 횟수= %ld\n", counter1);

printf("2의 눈이 나온 횟수= %ld\n", counter2);

printf("3의 눈이 나온 횟수= %ld\n", counter3);

printf("4의 눈이 나온 횟수= %ld\n", counter4);

printf("5의 눈이 나온 횟수= %ld\n", counter5);

printf("6의 눈이 나온 횟수= %ld\n", counter6);

return 0;

}