プログラミング実習II (2025) 課題

[E12] 第10章 ファイルと乱数

(E12_1) [リスト 10.5] を参考に，特定の名前をもつファイルからの読み込みと書き出しをするよう，[T12] で作成したプログラムに変更を加えよ（[リスト 10.5] と同様，コマンドライン引数は使用しない）．

• 前問と同様，データの終わりを 0 で示さなくても終了を判定できるようにし，末尾の 0 はデータの一部とする．
• ファイル indata.txt から読み込んだデータを, すべてファイル outdata.txt に書き出す (つまり, データのコピーを作る).
• 平均値，最大値，最小値の計算結果をファイル result.txt に書き出す.
• fclose 関数を用いる．

(E12_2) [リスト 10.7] を参考にして，前問のプログラムを，fgets関数とsscanf関数を用いてデータを読み込むように書き換えよ．

(E12_3) 2個の整数がコマンドライン引数として入力されるとき，それらの和を表示するプログラムを作成せよ． 例えば，実行の際に "./a.exe 49 85 " のように入力される．

• コマンドライン引数の個数が合わない場合はエラー処理を行い，例えば実行の際に入力すべき数値の個数を表示する．本問では整数が 2 個与えられることを前提とするため，argc は 3 でなければならない．
• argc は整数であり，argv[ i ] は文字列として格納されている．argc を書式 %d で，argv[ 0 ], ..., argv[ 2 ] を書式 %s で printf 文にて表示せよ．
• argv[1], argv[2] は文字列であるため，整数に関する計算を行うには，int 型に変換する必要がある． <stdlib.h> をインクルードした上で標準ライブラリ関数 atoi() を用いて，argv[ 1 ], argv[ 2 ] を int 型に変換せよ（例: int x = atoi(argv[1]) ）．
  
• 入力された (argc - 1) 個の整数の和を求めて表示せよ．

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main( int argc, char *argv[] )
{
    if( argc が 3 でなければ ){
        printf("使い方: %s [int] [int] \n", argv[0] );
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    return 0;
}

(E12_4) 学生番号と得点のデータを，点数の高い順に表示するプログラムを作成する．

• 以下のデータをメンバとする構造体を typedef により student_t 型として宣言せよ．
  • int 型の変数 id （学生番号）
  • int 型の変数 val （点数）
• NUM_DATA を 30 とした上で，main 関数において student_t 型の配列 s[NUM_DATA] を宣言する．
• ファイル score.txt の各行から 2 個の整数を読み込み，学生番号を s[ i ].id に，得点を s[ i ].val に格納せよ．

  ※fgetsで各行を文字列 string に読み込み，sscanf( string, "%d %d", &a, &b ); によって，学生番号を int 型変数 a に，点数を int 型変数 b に格納できる．
  ファイルは，右に示すリンクから（右クリックで）ダウンロードできる score.txt

• 構造体の配列要素 s[ i ] を，点数 s[ i ].val に関する降順（点数が大きい順）に整列した上で順に表示せよ．

9001 78
9002 62
9003 95
9004 84
9005 75
9006 51
9007 97
9008 72
9009 60
9010 78
9011 75
9012 85
9013 80
9014 60
9015 40
9016 60
9017 85
9018 88
9019 93
9020 65
9021 73
9022 90
9023 55
9024 98
9025 48
9026 35
9027 69
9028 82
9029 70
9030 61

表示例：
  9024 98
  9007 97
  9003 95
     :

(E12_5) 0.0 〜 1.0 の値をとる一様乱数を発生させる．

• rand 関数の戻り値は，0 〜 RAND_MAX の整数からランダムに選ばれることに注意して，区間 [ 0.0, 1.0 ] 上の一様乱数を発生せよ（戻り値をキャストして RAND_MAX で割ればよい)．100個の 乱数を発生して表示し，所望の一様乱数が確かに得られていることを観察せよ． なお，RAND_MAX の値を確認したい場合は，以下により表示できる．

  #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <time.h> int main( void ) { srand((unsigned int)time(NULL)); printf("RAND_MAX: %d \n", RAND_MAX); return 0; }

• 一様乱数を多数回（例えば 100000 回）発生させ，それらの平均と分散，標準偏差を計算せよ（[リスト 6.8] を参考にすることで，すべての値を保存することなく計算が行える）．
  （理論上の（区間[0.0, 1.0]上の一様分布の）平均は 0.5，分散は 1/12 ）

(E12_6) 乱数を用いてシミュレーションや数値計算を行うモンテカルロ法という手法がある．簡単な例として，円周率πを乱数を用いて近似的に求めてみる．次の 1. 〜 4. の手順で計算を行う．

1. 区間 [ 0.0, 1.0 ] 上の一様乱数を 2 個生成することで，xy 平面上で ( 0, 0 )，( 1, 0 )，( 1, 1 )，( 0, 1 ) を頂点とする正方形の中の 1 点の座標 ( x, y ) をランダムに決定する．
2. 生成した点が，原点からの距離が 1 以下である （x²+y² ≤ 1 ）かどうかを調べる (つまり，原点を中心とした半径 1 の扇形の内部にあるかどうか調べる)．
3. 1. と 2. の操作を多数回繰り返し，原点からの距離が 1 以下であった回数を数える．
4. (正方形の中に生成した点の数) ： (原点からの距離が 1 以下である点の数) = (正方形の面積) ： (扇形の面積) ＝ 1 : (π/4) であるため，この関係式を基に円周率を求める

• 手順 3 における試行回数を多くする (より多くの点を生成する) ことによって，より正確な円周率πが得られる．
• 毎回異なる乱数を発生させるため，必ず srand 関数と time 関数を用いること．

(E12_7) p を 0 より大きく 1 未満の実数とする．0.0 〜 1.0の値をとる一様乱数を発生させたとき，それが p 未満となる確率は（当然ながら）p である．以下のプログラムを作成せよ．

• コマンドライン引数として 0.0 より大きく 1.0 より小さい実数を受け取り，double 型変数 p に代入する．このとき，[T12] で述べた理由により， atof() 関数を用いる必要がある．
• 確率 p で当たるくじを引いて，当たれば 1 点，外れれば 0 点が加算される．一様乱数を用いて，くじを引いた時の点数を決定せよ．
• くじを 10 回引いたときの得点を求めよ．
• 上の操作（くじを10回引いて得点を求める）を 100000 回繰り返したときの得点の度数分布を作成して表示せよ．なお，度数分布の作成については以前の課題で学んでいる． （以下での比較のため）各得点が出た回数の割合（回数を 100000 で割る）も表示せよ．
  
  以下の課題についても，できるだけ解答せよ．
• i = 0, ..., 10 について，2 項分布による確率 ₁₀C_i pⁱ(1.0-p) ^10-i も合わせて表示し，上記の実験結果がこれと概ね合致する結果となっているか，確認せよ．なお，2 項分布については以前の課題で学んでいる．
  

  表示例（ p = 0.5，実行のたびに結果は変わる．3個目の数字は各得点の割合，4個目の数字が2項分布の数値を指す）：
  ------------------------------
   0    101  0.00101  0.000977
   1   1029  0.01029  0.009766
   2   4560  0.04560  0.043945
   3  11750  0.11750  0.117188
   4  20460  0.20460  0.205078
   5  24617  0.24617  0.246094
   6  20546  0.20546  0.205078
   7  11566  0.11566  0.117188
   8   4280  0.04280  0.043945
   9    994  0.00994  0.009766
  10     97  0.00097  0.000977
  ------------------------------
  (printf の書式は %2d, %5d, %.5f, %f)
  

  表示例（ p = 0.3，4 個目の数字が 2 項分布の数値）：
  ------------------------------
   0   2838  0.02838  0.028248
   1  12171  0.12171  0.121061
   2  23300  0.23300  0.233474
   3  26677  0.26677  0.266828
   4  19978  0.19978  0.200121
   5  10299  0.10299  0.102919
   6   3648  0.03648  0.036757
   7    924  0.00924  0.009002
   8    153  0.00153  0.001447
   9     10  0.00010  0.000138
  10      2  0.00002  0.000006
  ------------------------------
  (printf の書式は %2d, %5d, %.5f, %f)
  

#include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <string.h> #include <time.h> int main( int argc, char *argv[] ){ double p; srand((unsigned int)time(NULL)); if( argc != 2 ){ printf("使い方: %s [double] \n", argv[0]); exit(EXIT_FAILURE); } p = atof( argv[1] ); if( p <= 0.0 || p >= 1.0 ){ printf("not a probability \n"); exit(EXIT_FAILURE); } return 0; }