JavaScriptで乱数を扱う：シード付き乱数で再現可能にする

なぜ「再現可能な乱数」が必要なのか

Math.random() を使う限り、同じコードを実行しても結果が毎回異なります。これは通常の用途では望ましい性質ですが、ゲーム開発では次の三つの場面で困ります。

バグ再現。「敵の行動がこのパターンのときにだけフリーズする」という不具合は、乱数が毎回変わると再現できません。乱数列をシードで固定できれば、同じシード値で何度でも同じ状況を再生できます。

プロシージャル生成の共有。マップやダンジョンをランダムに生成するとき、シード値をユーザーに見せて入力させる設計にすると、「このシードのマップが面白い」という情報を友人と共有できます。Minecraftのワールドシードが有名な例です。

リプレイ機能。プレイヤーの入力だけを記録し、乱数を同じシードで再生すれば、完全なリプレイを少ないデータ量で実現できます。入力列と初期シードを保存するだけで済みます。

アルゴリズムの選び方

シード付き乱数生成（PRNG：Pseudorandom Number Generator）のアルゴリズムはいくつか知られています。ゲーム用途で実用的な選択肢を整理します。

Mulberry32

32ビット整数のシードを受け取り、1回の呼び出しで32ビットの乱数を生成します。実装が非常に短く、ゲームの乱数用途であれば統計的品質も十分です。ブラウザゲームへの組み込みに最も手軽な選択肢です。

状態: 32ビット整数1個
速度: 非常に速い
周期: 約42億（2^32）
実装の難しさ: 低

xoshiro128（クロシロ128）

128ビットの状態を持つアルゴリズムで、周期が非常に長く（2^128 − 1）、統計的品質も高い評価を受けています。「多数の乱数列を並列に走らせたい」「乱数の品質が結果に影響するシミュレーション系のゲームを作りたい」という場合に向いています。状態が32ビット整数4個なので、Mulberry32より少し実装量が増えます。

LCG（線形合同法）

古典的な手法で、次の値 = (a * 現在値 + c) mod m という計算です。パラメータ選択を誤ると品質が低く、連続する値に相関が出やすい欠点があります。歴史的な文脈やとても軽量な組み込み環境では登場しますが、ブラウザゲームであれば Mulberry32 や xoshiro128** を選ぶほうが無難です。

Mulberry32 の実装と使い方

まず関数を定義します。

function mulberry32(seed) {
  return function () {
    seed |= 0;
    seed = seed + 0x6D2B79F5 | 0;
    let t = Math.imul(seed ^ seed >>> 15, 1 | seed);
    t = t + Math.imul(t ^ t >>> 7, 61 | t) ^ t;
    return ((t ^ t >>> 14) >>> 0) / 4294967296;
  };
}

mulberry32 にシード値（整数）を渡すと、Math.random() と同じ「0以上1未満の小数」を返すクロージャが得られます。

const rand = mulberry32(12345);

console.log(rand()); // 常に同じ値
console.log(rand()); // 常に同じ値
console.log(rand()); // 常に同じ値

シード値が同じであれば、どの環境・どのタイミングで実行しても同じ数列が得られます。

整数範囲・配列シャッフルへの応用

Math.random() を使っていた箇所をそのまま rand に差し替えるだけで再現性が付きます。

// 0〜max-1 の整数
function randInt(rand, max) {
  return Math.floor(rand() * max);
}

// 配列のシャッフル（Fisher-Yates）
function shuffle(rand, array) {
  const a = [...array];
  for (let i = a.length - 1; i > 0; i--) {
    const j = randInt(rand, i + 1);
    [a[i], a[j]] = [a[j], a[i]];
  }
  return a;
}

ゲームへ組み込むときの設計判断

シードをどこから取るか

• 固定値：開発中のデバッグ専用。コードに直接書いて、問題が再現できたら修正後に削除します。
• Date.now() や performance.now()：毎回異なるシードを生成したいが、記録しておけば再現もできます。ゲーム開始時にシードを決めてコンソールやセーブデータに残すと便利です。
• ユーザー入力文字列：文字列をハッシュして整数に変換する処理が別途必要です。簡易なハッシュ関数（djb2など）を組み合わせることで、ダンジョン名やプレイヤー名をシードにできます。

インスタンスをいくつ用意するか

乱数生成器を一つだけ使い回すと、「マップ生成で何回引いたか」が変わるだけで敵の行動や戦闘結果が変化してしまいます。用途ごとにインスタンスを分けることで、それぞれの系列が独立します。

const mapRand    = mulberry32(seed);
const enemyRand  = mulberry32(seed + 1);
const lootRand   = mulberry32(seed + 2);

シードをオフセットでずらす方法は手軽ですが、異なる用途のインスタンスが同じシードから生成した数列の「途中」に偶然重なる可能性がゼロではありません。厳密に独立させたい場合は xoshiro128** の「ジャンプ」機能（一定ステップ先に状態を飛ばす）を使う方法があります。ゲームの規模に応じて判断してください。

`Math.random()` を完全に置き換えるかどうか

再現性が必要な処理（マップ生成・戦闘・AI行動）は PRNG インスタンスを使い、演出エフェクトのような「再現しなくていいランダム性」は Math.random() のままにしておく、という使い分けが現実的です。すべてを置き換えようとすると、ライブラリ内部の Math.random() まで追いかける必要が出て複雑になります。

よくある失敗と対策

シードを 32 ビット整数の範囲に収めていない。JavaScript の数値は 64 ビット浮動小数点なので、大きな数値をそのままシードに渡すと内部で精度が落ちます。Mulberry32 の実装で seed |= 0 しているのは 32 ビット整数に切り捨てるためですが、渡す前から >>> 0 で明示的に変換しておくと安心です。

同一フレームで複数のインスタンスを同じシードで作ってしまった。コピーペーストミスでインスタンスが全部同じシードになると、それぞれが同じ数列を返します。インスタンスごとにシードを変えているか確認してください。

乱数消費回数がバージョンアップで変わった。ゲームロジックを改修して乱数を引く回数が変わると、同じシードでも以前と異なる結果になります。セーブデータにシードを記録してリプレイ再現を保証したい場合、バージョンをシードと一緒に保存し、旧バージョンの乱数生成器を維持しておく設計が必要です。リプレイの厳密な互換性が求められるかどうかを、設計の早い段階で決めておくと後で楽です。

次の行動

Mulberry32 の実装はコードが30行以下なので、今開発中のゲームに今すぐ組み込んでテストできます。まず Math.random() を使っている箇所を一か所だけ置き換えて、同じシードで同じ結果が返るかをコンソールで確認してみてください。再現性が取れたら、バグを踏んだときにシード値をメモする習慣を付けると、デバッグ効率が大きく上がります。アソバースにゲームを投稿する際も、プロシージャル生成をシードで管理しておくと、プレイヤーがシードを共有して楽しめる仕組みを後から追加しやすくなります。

参考資料

• MDN Web Docs「Math.random()」
• "Mulberry32: A fast high quality 32-bit PRNG" (tommyettinger, GitHub)
• "Xoshiro / Xoroshiro generators and the PRNG shootout" (Vigna, Blackman)