【C++入門】数値や文字列の集合からランダムな分割（パーティション）を生成する方法

本記事では、与えられた数値の配列または文字列から、ランダムな分割（ランダムパーティション）を生成するC++プログラムを紹介します。このプログラムは、rand()関数を活用して、要素の総数をランダムなサイズのグループに分割していく仕組みです。

アルゴリズムの流れ

プログラムの処理手順は以下のとおりです。

1. 数値配列か文字列のどちらを扱うか、選択肢として入力を受け取ります。
2. 選択が「1」（整数配列）の場合：
   • 要素数 n と、n 個の整数からなる配列を入力します。
   • 配列を走査するためのインデックス変数 l を 0 で初期化します。
   • rand() を使って、n をランダムな整数分割に分解します。
   • 各分割サイズ i に対して、インデックス l から順に i 個の整数を出力します。
3. 選択が「2」（文字列）の場合：
   • 文字列を配列 ch[] に入力します。
   • strlen() で文字列の長さを求め、インデックス l を 0 で初期化します。
   • 文字列の長さに対してランダムな整数分割を生成します。
   • 各分割サイズ i に対して、インデックス l から順に i 個の文字を出力します。

サンプルコード

以下が実際のC++プログラムです。ユーザーの選択に応じて、整数配列と文字列のどちらかを処理します。

#include<iostream>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
using namespace std;
int main() {
    int n, i, j, l, c;
    cout<<"Enter 1 for integer and 2 for character array to generate array: ";
    cin>>c;
    //選択が1の場合（整数配列）:
    if(c== 1) {
        cout<<"\nEnter the number of element in the integer array: ";
        cin>>n;
        int a[n];
        cout<<"\nEnter the elements of the array: \n";
        for(i = 0; i < n; i++) {
            cout<<"Enter "<<i+1<<" element: ";
            cin>>a[i];
        }
        cout<<"\nThe random partition of the given array is: \n";
        l = 0;
        while(n > 0) {
            cout<<"\t[";
            i = rand()%n + 1;
            n = n-i;
            for(j = 0; j < i; j++) {
                cout<<a[l]<<" ";
                l++;
            }
            cout<<"]";
        }
    }
    //選択が2の場合（文字列）:
    else {
        char ch[100];
        cout<<"Enter the characters: ";
        cin>>ch;
        n = strlen(ch);
        cout<<"\nThe random partition of the given string is: \n";
        l = 0; //配列を走査するため l = 0 を代入
        while(n > 0) {
            cout<<"\t[ ";
            i = rand()%n + 1;
            n = n-i;
            for(j = 0; j < i; j++) {
                cout<<ch[l]<<" ";
                l++;
            }
            cout<<"]";
        }
    }
    return 0;
}

実行例1：整数配列の場合

選択肢に「1」を入力し、10個の整数からなる配列をランダムに分割した例です。

Enter 1 for integer and 2 for character array to generate array: 1
Enter the number of element in the integer array: 10
Enter the elements of the array:
Enter 1 element: 10
Enter 2 element: 9
Enter 3 element: 8
Enter 4 element: 7
Enter 5 element: 6
Enter 6 element: 5
Enter 7 element: 4
Enter 8 element: 3
Enter 9 element: 2
Enter 10 element: 1
The random partition of the given array is:
[10 9 ] [8 7 6 5 ] [4 3 2 ] [1 ]

この例では、10個の要素が「2個」「4個」「3個」「1個」の4つのグループにランダムに分割されました。

実行例2：文字列の場合

選択肢に「2」を入力し、アルファベット26文字の文字列をランダムに分割した例です。

Enter 1 for integer and 2 for character array to generate array: 2
Enter the characters: ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ

The random partition of the given string is:
[ A B C D E F G H I J K L M N O P ] [ Q R S T U V W X ] [ Y ] [ Z ]

26文字の文字列が「16文字」「8文字」「1文字」「1文字」のグループに分割されました。

プログラムのポイント解説

• ランダムサイズの決定： rand()%n + 1 により、残りの要素数 n の範囲内で1以上のランダムなサイズを生成しています。これにより、すべての要素が必ずどこかのグループに属することが保証されます。
• 要素の消費： 分割サイズ i を決めるたびに n = n - i で残数を減らし、インデックス l を進めることで、要素の重複や漏れを防いでいます。
• 終了条件： whileループは n が 0 になった時点で終了するため、全要素をちょうど一度ずつ出力できます。

この手法は、配列や文字列をランダムなグループに分けたい場合のシンプルな実装例として、アルゴリズムの学習にも役立ちます。なお、より厳密な乱数が必要な場合は <random> ヘッダーの mt19937 などを使用することを推奨します。