C++ - 円周率計算（モンテカルロ法）！

最近 C++ (GNU版) も弄っているので、練習がてら円周率を計算するプログラムを作成しました。

と言っても、モンテカルロ法です。 モンテカルロ法、その他円周率の計算等については各自調べてください。

記録

0. 前提条件

作業した環境は Cygwin 1.7.15 です。 使用したコンパイラは g++ (GCC) 4.7.1 です。

1. C++ ソース作成

今回作成した C++ ソースは以下の通りです。 C++ なのでオブジェクト指向な作りにしています。 また、プロット回数を増やしすぎると当然ながらオーバーフローします。 【 ファイル名： PiMontecarlo.cpp 】

#include <cstdlib>   // for rand()
#include <iostream>  // for cout
#include <math.h>    // for pow()
#include <stdio.h>

using namespace std;

/**
 * 計算クラス
 */
class Calc
{
    // 各種宣言
    int    iNum;  // プロット回数宣言
    double x, y;  // x, y 座標
    int    i;     // ループ処理用インデックス
    int    iIn;   // 1/4 円に入った回数
    double pi;    // 円周率

    public:
        // コンストラクタ宣言
        Calc();

        // 円周率計算関数宣言
        void calcPi();

        // 円周率取得関数宣言
        double getPi();
};

/**
 * コンストラクタ
 */
Calc::Calc()
{
    // 初期化
    iNum = pow(10, 5);  // プロット回数
    iIn  = 0;           // 1/4 円に入った回数

    // プロット回数出力
    cout << "プロット回数 = " << iNum << endl;
}

/**
 * 円周率計算
 */
void Calc::calcPi()
{
    // 指定したプロット回数分ループ
    for (i = 0; i < iNum; i++) {
        // random() を RAND_MAX で割ることで 0 から 1 の乱数を発生
        x = random() / (double)RAND_MAX;
        y = random() / (double)RAND_MAX;
        // 原点から (x, y) の距離が 1 以下なら円内なのでカウント
        if (x * x + y * y <= 1) {
            iIn++;
        }
    }
    // 上記は 1/4 円に入った回数なので、
    // 円周率を求めるには 4 倍して、総プロット回数で割る
    pi = 4 * iIn / (double)iNum;
}

/**
 * 円周率取得
 */
double Calc::getPi()
{
    return pi;
}

/**
 * メイン処理
 */
int main()
{
    // 円周率計算
    Calc objCalc;
    objCalc.calcPi();

    // 円周率取得
    double pi = objCalc.getPi();

    // 結果出力
    cout << "モンテカルロ法 = " << pi   << endl;
    // 比較のため、math.h で定義されている円周率を出力
    cout << "math.h         = " << M_PI << endl;

    return 0;
}

2. コンパイル

以下のコマンドでコンパイルします。

$ g++ PiMontecarlo.cpp -o PiMontecarlo.exe

何も出力されなければ成功です。

3. 実行

実行します。

$ ./PiMontecarlo.exe
プロット回数 = 100000
モンテカルロ法 = 3.14152
math.h         = 3.14159

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やっぱり、C/C++ もおもしろいですね。 機械語・アセンブラに近い高水準言語ならではのおもしろさがあります。 生産性は最近の高水準言語と比べると劣りますが。。。

以上。