第18章：乱数（Random）を分離する🎲🎯

18.1 今日のゴール🎯✨* 乱数が入ってもテストが毎回同じ結果で安定するようにする🧪✅

• 「くじ引き／ガチャ」みたいな処理を、再現できるテストで守れるようにする🎁🔁
• 乱数を「外の世界（I/O寄り）」として扱い、中心ロジックから追い出す感覚をつかむ🚪🏠

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18.2 なんで乱数があるとテストが不安定になるの？😵‍💫🎲乱数を直に使うと…

• ✅ たまに通る／たまに落ちる（フレイキー）😇💥
• ✅ 失敗しても再現できない（原因が追えない）🕵️‍♀️💦
• ✅ 「確率の話」をテストしだして地獄（分布テストは沼）🌀

つまり、乱数は テストにとって“敵”になりやすいのです🥺

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18.3 乱数はI/O！

だから境界に押し出す🚪✨乱数は Math.random() で取れて便利だけど、テスト視点では「外部依存」っぽい存在です🎲🧊 Math.random() 自体は 0以上1未満の数を返すけど、暗号用途には向かない（セキュリティ用途に使わない）という注意もあります🔐⚠️ (MDNウェブドキュメント)

なので設計の方針はこれ👇

• 中心ロジック：乱数を“もらう”だけ（＝純粋に近づく）🍰
• 外側：本物の乱数を用意して渡す（＝アダプタ）🔌

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18.4 分離の“型”を作ろう：最小のRandomインターフェース📜🎲ここでは一番シンプルに👇

• next() が 0以上1未満の number を返す、ただそれだけ✨

// src/random.ts
export interface RandomSource {
  /** 0 <= x < 1 */
  next(): number;
}

// おまけ：よく使う「整数」も関数で用意すると便利✨
export function nextInt(rng: RandomSource, maxExclusive: number): number {
  if (!Number.isInteger(maxExclusive) || maxExclusive <= 0) {
    throw new Error("maxExclusive must be a positive integer");
  }
  // rng.next() は本来 1 未満だけど、念のためクランプ（超安全）🧸
  const x = Math.min(0.999999999999, Math.max(0, rng.next()));
  return Math.floor(x * maxExclusive);
}

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18.5 ハンズオン：くじ引きロジックをテスト可能にする🎁

🧪### 18.5.1 まず“悪い例”😱（直 Math.random()）

// src/lottery_bad.ts
export function drawPrizeBad(prizes: string[]): string {
  const i = Math.floor(Math.random() * prizes.length);
  return prizes[i];
}

これ、テストで「特定の景品が選ばれる」状況を作りにくいです😵‍💫

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18.5.2 “良い例”：乱数を注入して、中心を安定させる🎯✨

// src/lottery.ts
import { RandomSource, nextInt } from "./random";

export function drawPrize(prizes: readonly string[], rng: RandomSource): string {
  if (prizes.length === 0) throw new Error("prizes must not be empty");
  const i = nextInt(rng, prizes.length);
  return prizes[i];
}

ポイントは「中心が Math.random() を知らない」こと🏠✨

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18.5.3 外側：本物の乱数アダプタを用意🎲🔌

// src/random_math.ts
import { RandomSource } from "./random";

export class MathRandom implements RandomSource {
  next(): number {
    return Math.random();
  }
}

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18.5.4 テスト用：固定乱数（テストダブル）

を作る🧸🎲

// test/helpers/fixedRandom.ts
import { RandomSource } from "../../src/random";

export class FixedRandom implements RandomSource {
  private i = 0;

  constructor(private readonly values: number[]) {}

  next(): number {
    if (this.i >= this.values.length) {
      throw new Error("FixedRandom exhausted");
    }
    const v = this.values[this.i++];
    if (!(0 <= v && v < 1)) {
      throw new Error("FixedRandom values must be in [0, 1)");
    }
    return v;
  }
}

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18.5.5 テストを書く（例：Vitest）

🧪🎉Vitest は v4 系が公開されていて（4.0の告知も出てます）今どきの構成で使いやすいです💨 (Vitest)

// test/lottery.test.ts
import { describe, it, expect } from "vitest";
import { drawPrize } from "../src/lottery";
import { FixedRandom } from "./helpers/fixedRandom";

describe("drawPrize", () => {
  it("rng=0.0 なら先頭が選ばれる🎁", () => {
    const rng = new FixedRandom([0.0]);
    const prize = drawPrize(["A", "B", "C"], rng);
    expect(prize).toBe("A");
  });

  it("rngが大きい値なら後ろが選ばれる🎯", () => {
    const rng = new FixedRandom([0.999999]);
    const prize = drawPrize(["A", "B", "C"], rng);
    expect(prize).toBe("C");
  });
});

これでテストが毎回100%同じ結果になります😆✅

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18.6 もう一段リアル：重み付きガチャ（確率テーブル）

🎰✨「SSR 5%！」みたいなの、よくありますよね😂🎀 でもテストで「SSRが出るまで回す」はやっちゃダメです🙅‍♀️（不安定すぎる）

18.6.1 実装（重みで区間を作って選ぶ）

📏🎲

// src/weighted.ts
import { RandomSource } from "./random";

export type Weighted<T> = { value: T; weight: number };

export function drawWeighted<T>(items: readonly Weighted<T>[], rng: RandomSource): T {
  if (items.length === 0) throw new Error("items must not be empty");

  const total = items.reduce((sum, x) => sum + x.weight, 0);
  if (total <= 0) throw new Error("total weight must be > 0");

  const r = rng.next() * total; // 0 <= r < total
  let acc = 0;

  for (const item of items) {
    if (item.weight < 0) throw new Error("weight must be >= 0");
    acc += item.weight;
    if (r < acc) return item.value;
  }

  // 浮動小数の誤差お守り🧸（理屈上ここには来ない想定）
  return items[items.length - 1].value;
}

18.6.2 テスト：狙って各景品を当てる🎯🧪

// test/weighted.test.ts
import { describe, it, expect } from "vitest";
import { drawWeighted } from "../src/weighted";
import { FixedRandom } from "./helpers/fixedRandom";

describe("drawWeighted", () => {
  const table = [
    { value: "N",  weight: 70 },
    { value: "R",  weight: 25 },
    { value: "SSR", weight: 5 },
  ] as const;

  it("0.0 なら最初の区間（N）🎁", () => {
    const rng = new FixedRandom([0.0]); // r=0
    expect(drawWeighted(table, rng)).toBe("N");
  });

  it("0.7 なら境界を越えてR🎯", () => {
    const rng = new FixedRandom([0.7]); // r=70
    expect(drawWeighted(table, rng)).toBe("R");
  });

  it("0.95 ならSSR🔥", () => {
    const rng = new FixedRandom([0.95]); // r=95
    expect(drawWeighted(table, rng)).toBe("SSR");
  });
});

“確率の分布”ではなく “区間の割り当てロジック” をテストするのがコツです💡✨

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18.7 よくある落とし穴あるある👀💥* **「SSRが5%だから、100回回して3〜7回出るはず！

」**みたいなテストはNG🙅‍♀️🎲 → たまたま外れたら落ちるし、CIで地獄になります😇

• array.sort(() => Math.random() - 0.5) でシャッフルもNG寄り（偏りが出る話がよくある）🌀 → シャッフルも「乱数注入 + 正しいアルゴリズム」で扱うのが吉🧠✨

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18.8 セキュア乱数の話（ちょい注意）

🔐🎲* Math.random() は 暗号学的に安全じゃないので、トークンやパスワード系には使わないでね⚠️ (MDNウェブドキュメント)

• ブラウザなら Crypto.getRandomValues() が暗号強度の強い乱数を提供します🔒 (MDNウェブドキュメント)
• Node.js 側なら node:crypto の randomInt が使えます（範囲 [min, max) の整数を返して、modulo bias 回避の説明もあります）🎲✨ (Node.js)

※ただし！この章の主役は「テストを安定させる設計」なので、まずは 注入できる形にするのが勝ちです🏆

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18.9 ちょい未来メモ：seed付き乱数の提案もあるよ🌱🎲JS/TS界隈では「seed付き乱数」の仕様提案も進んでます（同じseedなら同じ乱数列が出て再現できるやつ）

🌈 (GitHub) でも「今この瞬間に確実に使える設計」は、今日やった RandomSource注入が最強です💪✨

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18.10 AI（Copilot/Codex）

に頼むときのプロンプト例🤖🎀コピペでOKだよ〜👇

• インターフェース設計を出してもらう

  • 「TypeScriptで乱数を注入可能にしたい。RandomSource interface と、MathRandom adapter、FixedRandom テストダブルを作って。next(): number は 0<=x<1 を返す前提で。」

• テストケース洗い出し

  • 「重み付き抽選ロジック（累積重み）で、境界 r=70 や r=95 を確実に通すテストケースを考えて。」

AIの出力は便利だけど、**境界の引き方（中心に Math.random を入れない）**だけは自分が握ってね✋✨

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18.11 章末ミニ課題📚💖1. drawPrize に「景品が空ならエラー」を入れて、テストも追加しよう😆✅

2. drawWeighted を使って「3段階の割引（0〜0.5→5%、0.5〜0.9→10%、0.9〜→20%）」を実装してテストしよう💸🎯
3. （余裕あれば）shuffle(items, rng) を作って、FixedRandomで並び替え結果を固定してテストしてみよう🃏✨

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必要なら次は、「Seed付き疑似乱数（テスト専用PRNG）」を自作して、テストで“ランダムっぽい入力を大量生成しつつ再現可能”にするやつも一緒にやれるよ🌱🎲