python 凯撒加密（Caesar Cipher）4种解法比较

方法 1：使用 ASCII 计算（基础方法）

代码

def rotate_ascii(text, key):
    result = ""
    for char in text:
        if char.isalpha():
            shift = ord('A') if char.isupper() else ord('a')
            result += chr((ord(char) - shift + key) % 26 + shift)
        else:
            result += char
    return result

思路

• 逐个字符处理
• 只对字母进行加密，保持非字母字符不变
• 通过 ord() 和 chr() 实现字符变换

优缺点

✅ 优点：

• 逻辑清晰，适合初学者理解
• 时间复杂度 O(n)，适用于大多数情况

❌ 缺点：

• 需要手动处理大小写转换

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方法 2：使用字符串映射（maketrans + translate）

代码

import string

def rotate(text, key):
    """
    实现凯撒加密（ROT加密），将字母按照 key 向右平移 key % 26 位
    :param text: str - 需要加密的文本
    :param key: int - 移动的偏移量
    :return: str - 加密后的文本
    """

    # 获取小写和大写字母表
    lower = string.ascii_lowercase  # 'abcdefghijklmnopqrstuvwxyz'
    upper = string.ascii_uppercase  # 'ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ'

    # 计算偏移后的字母表（向右移动 key % 26）
    shifted_lower = lower[key % 26:] + lower[:key % 26]
    shifted_upper = upper[key % 26:] + upper[:key % 26]

    # 创建字符映射表（原字母 -> 偏移后字母）
    trans = str.maketrans(lower + upper, shifted_lower + shifted_upper)

    # 使用 translate 方法进行字符转换
    return text.translate(trans)

# 测试示例
text = "Hello, World!"
key = 3
encrypted_text = rotate(text, key)
print(encrypted_text)  # "Khoor, Zruog!"

思路

• 使用 string.ascii_lowercase 和 string.ascii_uppercase 生成字母表
• str.maketrans() 创建映射表
• translate() 直接替换字符串

优缺点

✅ 优点：

• 代码简洁，易于理解
• 运行效率高，translate() 直接操作字符串，速度比循环 O(n) 更快

❌ 缺点：

• 需要额外的映射表
• 适用于全部是字母的情况，如果字符集需要扩展，改动较大

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方法 3：使用 itertools + cycle（循环列表法）

代码

from itertools import cycle

def rotate_cycle(text, key):
    lower = string.ascii_lowercase
    upper = string.ascii_uppercase

    def shift(c):
        if c in lower:
            return next(cycle(lower[lower.index(c) + key % 26:] + lower[:lower.index(c) + key % 26]))
        elif c in upper:
            return next(cycle(upper[upper.index(c) + key % 26:] + upper[:upper.index(c) + key % 26]))
        return c

    return ''.join(shift(c) for c in text)

思路

• itertools.cycle() 生成无限循环的字母序列
• 通过 next() 获取转换后的字母
• 适用于 非标准字母表（如自定义字母表的加密）

优缺点

✅ 优点：

• 适用于特殊字母表，如扩展到特殊字符或不同语言的情况
• 灵活，可自定义字符集

❌ 缺点：

• cycle() 适用于流式数据，但性能没有方法 2 好
• 代码复杂度较高，不适合初学者

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方法 4：使用 NumPy（适用于大规模文本）

代码

import numpy as np

def rotate_numpy(text, key):
    text_array = np.array([ord(c) for c in text])  # 转换为 ASCII 码
    result = []

    for char in text_array:
        if 65 <= char <= 90:  # 大写字母
            result.append(chr((char - 65 + key) % 26 + 65))
        elif 97 <= char <= 122:  # 小写字母
            result.append(chr((char - 97 + key) % 26 + 97))
        else:
            result.append(chr(char))  # 非字母保持不变

    return ''.join(result)

思路

• 使用 numpy.array 存储 ASCII 值
• 矢量化处理，避免 Python 解释器的循环开销

优缺点

✅ 优点：

• 适用于大文本处理，在 NumPy 计算加速下比 for 循环更快
• 可扩展性强，能在并行计算环境中加速

❌ 缺点：

• 依赖 NumPy，对于小规模文本加密不值得使用
• 占用内存较大

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方法比较总结

方法	代码复杂度	运行速度	适用场景	备注
方法 1：ASCII 运算	简单	适中	适用于普通凯撒加密	适合初学者
方法 2：translate 映射表	简洁	最快	适合批量处理	推荐
方法 3：itertools + cycle	复杂	适中	适用于自定义字母表	灵活性高
方法 4：NumPy 处理	复杂	适合大规模数据	适用于数据科学	依赖 NumPy

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最终推荐

• 普通凯撒加密：✅ 方法 1（ASCII 运算） 或 ✅ 方法 2（translate）
• 大规模文本处理：✅ 方法 4（NumPy）
• 自定义字母表：✅ 方法 3（cycle）