Ruby の標準乱数生成器の特徴と問題点について説明し、その改善案を提示します。

1. Ruby の標準乱数生成器とその改良案
The standard random number generator
of Ruby and the proposal to improve it
村田 賢太
Kenta Murata
mrkn
1
2009年7月18日土曜日

2. Ruby の標準乱数生成器とその改良案
The standard random number generator
of Ruby and the proposal to improve it
村田 賢太
Kenta Murata
mrkn
2
2009年7月18日土曜日

3. Kenta Murata, Ph.D
‣ Ph.D (Hokkaido University)
‣ Department of Information Science.
‣ Born on July 20th 【COMING SOON】
‣ Membership
‣ Ruby Sapporo (ruby-sapporo.org)
‣ KaigiFreaks
‣ Nihon Ruby-no kai
‣ Kosen Conference (kosenconf.jp)
3
2009年7月18日土曜日

4. My RubyKaigi 2008
Photo by snoozer05 in Flickr http://www.flickr.com/photos/snoozer/2605952121/
4
2009年7月18日土曜日

5. My RubyKaigi 2008
Photo by darashi in Flickr http://www.flickr.com/photos/darashi/2598246980/
5
2009年7月18日土曜日

6. KaigiFreaks 2008
Photo by snoozer05 in Flickr http://www.flickr.com/photos/snoozer/2605971795/
6
2009年7月18日土曜日

7. KaigiFreaks は今年も
Ruby 会議を
全世界へお届けします！
Photo by snoozer05 in Flickr http://www.flickr.com/photos/snoozer/2605971795/
2009年7月18日土曜日

8. Ruby 逆引きレシピ
Recipe
★ ★ ★
Programmer's
★ ★ ★
7月25日発売!!
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Programmer's
Recipe
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Ruby ★ ★ ★ ★
Programmer's
Recipe
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★ ★ ★
Ruby
本書について
【逆引きレシピシ ー
リ ズ】
★Ruby
Rubyの世界はとても
Visual Basic 2008 逆引き シピ
レ でさえ道に迷って うしま こ
［Windowsアプリケーシ ン編］
ョ ★ ★ ★ リ、多くの実装手段が存
Programmer's
現場に即効!! 基本＋定番＋重要テクニ ク
ッ 着くまでに迷ってしまう
★
Recipe
逆引き ピ
レシ
★ ★ ★ ★ ★ ★ かりの人達が適切な解決
Programmer's
Recipe
えるでしょう。Rubyの入
★ ★ ★
Visual Basic
2008 逆引きレシピ してはくれません。
逆引 レシ
き ピ
中垣健志＋藤田聡
[ Windows
]
著
アプリケーション
編
すぐ
ぐに美味しい
サン
サンプル＆
CONTENTS
テクニック
テク
26
267 本書は、開発の現場で
する方法や、そのために
中垣健志／藤田聡 著
1 さあ始めよう
★ ★ ★
プロが選んだ三ツ星レシピ ！
！
現場に即効！
！
定価2,520円 （本体2,400円＋税5％） 式で紹介する本です。
基本＋定番＋重要テクニック
RubyGemsや実行環境のカスタマイズなど、
実開発に即 “実践見出 で、
した し” 困った きにす
と
Visual Basic によるアプリ シ ン構築のノ
ケー ョ
ぐ引ける
ウハウ
！
を一冊に凝縮。
ISBN978-4-7981-1780-5
Rubyやライブラリを使いこなす環境を整える方法を解説 島田浩二／設樂洋爾／村田賢太 を関連するカテゴリや目
の説明は必要最低限に
著
2 基本オブジェクト 前田智樹／谷口文威 ために「どのようなライブ
SQL 逆引き シピ
レ
即効力のある ピを使えばデー
レシ タ操作が自由自在!!
文字列、数値、コレクションなどを扱うための知識・テクニックを解説
逆 サンプルコ ドを交えてわ
ー
★
3 システム
引
R y
Ruby
すぐに美味しい 本書のもう1つの目的は
日付や時刻、標準入出力、ファイルシステムなどを扱うための知識・テクニックを解説
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★ ★ ★
Programmer's
Recipe
れているRubyらしい考え
★ ★ ★
SQL
オブジェクト指向プログラミング テクニ ク
ッ
4
き
逆引きレシピ チュ トリアルの形では
ー
232
西沢直木 著
すぐに美味しい
サンプル＆
テクニック
OOPの技法や慣習をRubyで実現する方法、Rubyプログラミングの際の考え方などを解説 問題をどのよ に解決し
う
160 マの考え方とその根底
プロが選んだ三ツ星レシピ ！
！
★ ★ ★ 西沢直木 著
定価2,310円 （本体2,200円＋税5％）
5 データベース／永続化
各種データベースの操作やオブジェクトを永続化する方法について解説 レ そうした考え方さえ身に
然とRubyを使いこなし自
！
即効力のあるレシピを使えば
シ よくわか る
データ操作が自由自在！
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リ その活用法
ISBN978-4-7981-1779-9 6 ネットワーク処理／ Webプログラミング ことでしょ う。
現場に即 “実践見出 で引けるので、
した し” 用途に適した項目 をパパっと
参照 具体的なサンプルを使った解説で、
！ 複雑なSQL文もラ ク理解
クラ ！
と
使えるライブラ き方
本書が、 Rubyによる楽し
さまざまなプロトコルやWebサーバー／クライアント、並列分散処理を扱う方法を解説
ピ ・本当に
幸いです。
し 考え方と書
PHP 逆引き シピ
レ 7 各種フォーマット／画像
・Rubyら い
現場で利用することの多い書式や画像を扱う方法について解説
即効力のある ピを使えばデー
レシ タ操作が自由自在!!
PHP
★ ★ ★ ★
Programmer's
Recipe
★ ★ ★
8 他言語／外部ライブラリ
Ruby以外の言語や外部ライブラリを扱う方法について解説
★ ★ ★
9 エラー処理／ログ
逆引きレシピ
プロが選んだ三ツ星 ピ！
レシ ！
鈴木憲治／安藤建一／山田直明 著
八木照朗／山本義之／河合勝彦
アプリケーションを作り込む際に必要なエラー処理やログの記録を行なう方法について解説
P P
PHP
すぐに美味しい
サンプル＆
テクニック
261 よくわか る！
ーバーの設定法
・主要レンタルサ のポイ ト
ン と実際
と違い
鈴木憲治／安藤建一／山田直明
10 テスト／最適化
広大なRubyの世界でもう迷わない！
リティ対策
テサ す
・セキュ
八木照朗／山本義之／河合勝彦 著
★ ★ ★
コードの評価を行なう際に必要なテストや各種指標の計測を行なう方法について解説
プロが選んだ三ツ星レシピ ！
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いまさら聞けない・誰も教えてくれない
定価2,730円 （本体2,600円＋税5％） ぐ
クン に
本当に必要な知識と技を一冊に凝縮！
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困った きにす
と ぐ引ける 実践で即役立つテクニ ク
！ ッ と開発ノウハウ、
つまづきやすい ハマ
・ りやすいポイ ト
ン を徹底解説。
ISBN978-4-7981-1986-1 11 デバッグ ニプ 美
開発時の悩みを解決する
Windows/Mac 対応 PHP5.3 対応
デバッガでRubyプログラムをデバッグする方法や各種デバッグ技法などを解説 ッル し
味
12 システム管理／自動化 ク＆ い
232 定番ノウハウ集
システム管理や作業を自動化する方法を解説
13 ドキュメンテーション／パッケージ化
APIドキュメントを生成する方法やプログラム配布のためにパッケージ化する方法を解説
Ruby逆引き シ
レ ピ
ISBN978-4-7981-1988-5 14 さらに先へ “やりたいこ か ぐ引ける アプリ シ ン開発時に
と” らす ！ ケー ョ
Ruby 1.9の基本やRubyに関する情報収集の方法など、今後の学習に役立つ情報を紹介 即役立つ機能 ライ リ テクニ ク
・ ブラ ・ ッ を丁寧に解説。
8
2009年7月18日土曜日

9. Ruby 逆引きレシピ
‣ ジュンク堂Ruby 会議支店
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本書について
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267 本書は、開発の現場で
する方法や、そのために
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西沢直木 著
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8 他言語／外部ライブラリ
Ruby以外の言語や外部ライブラリを扱う方法について解説
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9 エラー処理／ログ
逆引きレシピ
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鈴木憲治／安藤建一／山田直明 著
八木照朗／山本義之／河合勝彦
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八木照朗／山本義之／河合勝彦 著
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12 システム管理／自動化 ク＆ い
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13 ドキュメンテーション／パッケージ化
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10. Ruby 逆引きレシピ
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267 本書は、開発の現場で
する方法や、そのために
中垣健志／藤田聡 著
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Rubyやライブラリを使いこなす環境を整える方法を解説 島田浩二／設樂洋爾／村田賢太 を関連するカテゴリや目
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西沢直木 著
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レ 7 各種フォーマット／画像
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現場で利用することの多い書式や画像を扱う方法について解説
即効力のある ピを使えばデー
レシ タ操作が自由自在!!
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★ ★ ★ ★
Programmer's
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8 他言語／外部ライブラリ
Ruby以外の言語や外部ライブラリを扱う方法について解説
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9 エラー処理／ログ
逆引きレシピ
プロが選んだ三ツ星 ピ！
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鈴木憲治／安藤建一／山田直明 著
八木照朗／山本義之／河合勝彦
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鈴木憲治／安藤建一／山田直明
10 テスト／最適化
広大なRubyの世界でもう迷わない！
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八木照朗／山本義之／河合勝彦 著
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コードの評価を行なう際に必要なテストや各種指標の計測を行なう方法について解説
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12 システム管理／自動化 ク＆ い
232 定番ノウハウ集
システム管理や作業を自動化する方法を解説
13 ドキュメンテーション／パッケージ化
APIドキュメントを生成する方法やプログラム配布のためにパッケージ化する方法を解説
Ruby逆引き シ
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ISBN978-4-7981-1988-5 14 さらに先へ “やりたいこ か ぐ引ける アプリ シ ン開発時に
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11. Ruby 逆引きレシピ
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本書について
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RubyGemsや実行環境のカスタマイズなど、
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Visual Basic によるアプリ シ ン構築のノ
ケー ョ
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ウハウ
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を一冊に凝縮。
ISBN978-4-7981-1780-5
Rubyやライブラリを使いこなす環境を整える方法を解説 島田浩二／設樂洋爾／村田賢太 を関連するカテゴリや目
の説明は必要最低限に
著
2 基本オブジェクト 前田智樹／谷口文威 ために「どのようなライブ
SQL 逆引き シピ
レ
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レシ タ操作が自由自在!!
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西沢直木 著
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★ ★ ★ 西沢直木 著
定価2,310円 （本体2,200円＋税5％）
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即効力のあるレシピを使えば
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データ操作が自由自在！
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リ その活用法
ISBN978-4-7981-1779-9 6 ネットワーク処理／ Webプログラミング ことでしょ う。
現場に即 “実践見出 で引けるので、
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本書が、 Rubyによる楽し
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現場で利用することの多い書式や画像を扱う方法について解説
19日のお昼にサイン会
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8 他言語／外部ライブラリ
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鈴木憲治／安藤建一／山田直明 著
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10 テスト／最適化
広大なRubyの世界でもう迷わない！
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つまづきやすい ハマ
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開発時の悩みを解決する
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デバッガでRubyプログラムをデバッグする方法や各種デバッグ技法などを解説 ッル し
味
12 システム管理／自動化 ク＆ い
232 定番ノウハウ集
システム管理や作業を自動化する方法を解説
13 ドキュメンテーション／パッケージ化
APIドキュメントを生成する方法やプログラム配布のためにパッケージ化する方法を解説
Ruby逆引き シ
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ISBN978-4-7981-1988-5 14 さらに先へ “やりたいこ か ぐ引ける アプリ シ ン開発時に
と” らす ！ ケー ョ
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12. 買ってください♥
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13. 提 供
From Sapporo, with Love for Ruby
Ruby札幌
10
2009年7月18日土曜日

14. どうぞ
よろしく
お願いします
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2009年7月18日土曜日

15. Ruby の標準乱数生成器とその改良案
The standard random number generator
of Ruby and the proposal to improve it
村田 賢太
Kenta Murata
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16. 今日のまとめ
‣ Kernel#rand だけじゃ足りないよ！
‣ Math/Random ライブラリを作っているよ
‣ 目指せ Random クラスの標準添付！
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17. 乱数のおさらい
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18. ことばの使い方
‣ 乱数列
‣ 直前までに得られた部分列から次の数を予
測できない数列
‣ 乱数
‣ 乱数列から取り出した数
‣ 乱数生成器
‣ 乱数列を出力する情報源
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19. 乱数列は3種類ある
‣ 真の乱数列
‣ 2つの疑似乱数列
‣ Monte Carlo 法用疑似乱数列
‣ 暗号論的疑似乱数列
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20. Monte Carlo 法用疑似乱数列
‣ 今日の主役
‣ 周期は有限
‣ できるだけ長いほうが良い
‣ 一様性
‣ 出力される乱数の分布が偏ってないこと
‣ 再現性
‣ できるだけ簡単に乱数列を再現できること
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21. 長い周期・一様性・再現性
‣ 長い周期
‣ 周期が長ければ、部分列のパターンが多用に
なり、無作為性が高まる
‣ 一様性
‣ 偏りが小さいほど次の乱数が予測しにくい
‣ 一様分布乱数から任意の分布の乱数を作れる
‣ 再現性
‣ 再現できないとテストができない
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22. 例: さいころ
‣ srand 13
‣ 1000.times.map { 1 + rand 6 }
‣ => [3, 1, 3, 1, 3, 5, 2, 5, 3, 4, 3, 5, 3, 6, 6, 3,
2, 4, 5, 3, 1, 4, 6, 4, 4, 6, 4, 2, 3, 1, 5, 4, 1, 5,
3, 3, 5, 6, 4, 6, 1, 4, 3, 1, 6, 2, 1, 2, 6, 6, 3, 4,
3, 4, 4, 4, 1, 3, 1, 3, 6, 6, 5, 4, 6, 1, 6, 2, 6, 2,
5, 4, 3, 2, 5, 4, 1, 6, 6, 6, 4, 2, 2, 2, 1, 3, 4, 5,
3, 6, 2, 5, 4, 2, 4, 2, 3, 2, 4, 5, 1, 5, 5, 4, 5, 4,
6, 6, 1, 4, 4, 4, 2, 1, 5, 6, 2, 2, 3, 1, 3, 3, 3, 2,
3, 5, 1, 3, 2, 5, 2, 1, 1, 2, 4, 5, 1, 4, 5, 1, ...]
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23. 例: マルチスレッドならどうなる？
✓srand 13 ‣ => [3, 1, 3, 1, 3, 5, 2, 5,
✓a = Thread.start do 3, 4, 3, 5, 3, 6, 6, 3, 2, 4,
1000.times.map{
5, 3, 1, 4, 6, 4, 4, 6, 4, 2,
1 + rand(6)
} 3, 1, 5, 4, 1, 5, 3, 3, 5, 6,
end 4, 6, 1, 4, 3, 1, 6, 2, 1, 2,
✓b = Thread.start do 6, 6, 3, 4, 3, 4, 4, 4, 1, 3,
1000.times.map{ 1, 3, 6, 6, 5, 4, 6, 1, 6, 2,
1 + rand(6) 6, 2, 5, 4, 3, 2, 5, 4, 1, 6,
}
end 6, 6, 4, 2, 2, 2, 1, 3, 4, 5,
3, 6, 2, 5, 4, 2, 4, 2, ...]
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24. 例: マルチスレッドならどうなる？
✓srand 13 ‣ => [3, 1, 3, 1, 3, 5, 2, 5,
✓a = Thread.start do 3, 4, 3, 5, 3, 6, 6, 3, 2, 4,
1000.times.map{
5, 3, 1, 4, 6, 4, 4, 6, 4, 2,
1 + rand(6)
} 3, 1, 5, 4, 1, 5, 3, 3, 5, 6,
end 4, 6, 1, 4, 3, 1, 6, 2, 1, 2,
✓b = Thread.start do 6, 6, 3, 4, 3, 4, 4, 4, 1, 3,
1000.times.map{ 1, 3, 6, 6, 5, 4, 6, 1, 6, 2,
1 + rand(6) 6, 2, 5, 4, 3, 2, 5, 4, 1, 6,
}
end 6, 6, 4, 2, 2, 2, 1, 3, 4, 5,
3, 6, 2, 5, 4, 2, 4, 2, ...]
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25. 例: こうならない理由はない！
✓srand 13 ‣ => [3, 1, 3, 1, 3, 5, 2, 5,
✓a = Thread.start do 3, 4, 3, 5, 3, 6, 6, 3, 2, 4,
1000.times.map{
5, 3, 1, 4, 6, 4, 4, 6, 4, 2,
1 + rand(6)
} 3, 1, 5, 4, 1, 5, 3, 3, 5, 6,
end 4, 6, 1, 4, 3, 1, 6, 2, 1, 2,
✓b = Thread.start do 6, 6, 3, 4, 3, 4, 4, 4, 1, 3,
1000.times.map{ 1, 3, 6, 6, 5, 4, 6, 1, 6, 2,
1 + rand(6) 6, 2, 5, 4, 3, 2, 5, 4, 1, 6,
}
end 6, 6, 4, 2, 2, 2, 1, 3, 4, 5,
3, 6, 2, 5, 4, 2, 4, 2, ...]
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26. 乱数はムズイ
‣ 複数の並行処理でひとつの乱数生成器を共有
すると一様性とか色々崩れる ><
‣ 使い方を間違えると悲惨な結果を招く事例が
乱数には幾つもある
‣ 何度も srand しちゃう人いるよね orz
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27. Ruby の
標準乱数生成器
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28. Ruby の標準乱数生成器
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29. Ruby の標準乱数生成器
‣ Kernel#rand
‣ 乱数を出力する
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2009年7月18日土曜日

30. Ruby の標準乱数生成器
‣ Kernel#rand
‣ 乱数を出力する
‣ Kernel#srand
‣ 乱数生成器の状態を初期化する
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31. Ruby の標準乱数生成器
‣ Kernel#rand
‣ 乱数を出力する
‣ Kernel#srand
‣ 乱数生成器の状態を初期化する
‣ これだけ！！
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32. 不親切！
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33. Ruby の標準乱数生成器は不親切
‣ 何が足りないか？
‣ 複数の生成器への対応
‣ 状態のシリアライズとリストア
‣ 一様分布以外の分布関数
‣ 拡張ライブラリへの御心遣い
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34. Ruby に相応しい
乱数生成器とは？
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35. 乱数生成器のインタフェース
‣ どうせ作るなら
‣ 野良配布ではなく標準添付がいい
‣ 【急募】 Ruby 的なインタフェース
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36. Matz says...
‣ 標準添付する乱数生成アルゴリズムは一つ
‣ 乱数生成器のオブジェクト化には賛成
‣ クラス名は Random
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37. 実は既に提案されていた
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38. 実は既に提案されていた
‣ 2007年に ruby-dev で議論された
‣ [ruby-dev:31206] に当時の trunk 用 patch
‣ Kernel#srand を削除
‣ Matz がこれに引っかかる
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39. 実は既に提案されていた
‣ 2007年に ruby-dev で議論された
‣ [ruby-dev:31206] に当時の trunk 用 patch
‣ Kernel#srand を削除
‣ Matz がこれに引っかかる
‣ いつの間にかこの話題も消え・・・
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40. いつの間にか話題が消え・・・
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2009年7月18日土曜日

41. いつの間にか話題が消え・・・
‣ ていなかた！
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42. いつの間にか話題が消え・・・
‣ ていなかた！
‣ 昨日の15時頃に Random クラスが trunk に
コミットされた！ちょｗｗｗ
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43. いつの間にか話題が消え・・・
‣ ていなかた！
‣ 昨日の15時頃に Random クラスが trunk に
コミットされた！ちょｗｗｗ
‣ 昨日の16時頃まで、この講演資料は Random
クラスが無いことを前提に作っていました
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2009年7月18日土曜日

44. 最新の Ruby は？
‣ 何が足りないか？
‣ 複数の生成器への対応
‣ 状態のシリアライズとリストア
‣ 一様分布以外の分布関数
‣ 拡張ライブラリへの御心遣い
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45. 足りない物たち
‣ 複数の生成器への対応
‣ Array#shuffle などが使う乱数が
Kernel#rand に固定されている
‣ 分布関数を組み合せた乱数生成器を
Array#sample で使う方法
‣ 分布関数
‣ 正規分布と離散分布は欲しい
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46. Math/Random
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47. Math/Random
‣ https://github.com/mrkn/ruby-math-
random/tree/master
‣ 間に合いませんでした ><
‣ 標準乱数生成器では足りない機能を補うこと
を目的とするライブラリ
‣ ASAP で公開します
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2009年7月18日土曜日

48. Math/Random の主な機能
‣ 実装済み
‣ 2つの生成アルゴリズム
‣ Mersenne Twister (MT19937AR)
‣ SFMT (SFMT19937)
‣ 2つの分布関数
‣ 正規分布
‣ 離散分布
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49. Math/Random の主な機能
‣ まだ実装できてないもの
‣ たくさんの生成アルゴリズム
‣ Lagged Fibonacci、Blum-Blum-Shub、
線型合同法、などなど
‣ たくさんの分布関数
‣ 指数分布、Erlang 分布、などなど
‣ 拡張ライブラリ対応のインタフェース
‣ スレッドローカルで Kernel#rand の置き換えるやつ
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50. お前はどうしたいんだ？
‣ 元々は Random クラスを組み込みで提供さ
せたかった
‣ もう叶っちゃった！
‣ でも、なんか足りない
‣ 足りない部分を補強してやろう
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51. 今日のまとめ
‣ Kernel#rand だけじゃ足りないよ
‣ 昨日の15時に解決したｗｗｗ
‣ Math/Random ライブラリを作っているよ
‣ 目指せ Random クラスの標準添付!
‣ 昨日の15時に解決したｗｗｗ
‣ まだ EXPERIMENTAL なので、少しずつ洗練させよう
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