Pythonでシーザー暗号を実装する方法：文字列をk文字シフトするアルゴリズム解説

シーザー暗号は、古典的な暗号方式の一つで、各文字をアルファベット上で一定数だけずらして変換します。本記事では、小文字のアルファベット文字列 s とオフセット値 k を受け取り、s 内のすべての文字をアルファベット順に k 文字分後ろへずらした文字列を生成する方法を、Pythonのコード例とともに解説します。

シーザー暗号の仕組み

例えば、入力が "hello"、k = 3 の場合、各文字が3つずつ後ろにずらされるため、出力は "khoor" になります。

ここで注意すべき点は、文字が z を超えて溢れた場合（あるいは逆方向にシフトして a より前になった場合）には、アルファベットの反対側に折り返す（ラップアラウンドさせる）必要があるということです。例えば k = 3 のとき、x は a に変換されます。

解決の手順

この問題を解くためには、以下の手順に従います。

• 1文字を受け取ってシフト後の文字を返す関数 shift() を定義します。
• 文字 c のASCIIコードから 'a' のASCIIコードを引いて、0〜25のインデックス i を求めます。
• i に k を加算します。
• i を26で割った余りを求めることで、折り返し処理を実現します。
• 'a' のASCIIコードに i を加え、そのASCIIコードに対応する文字を返します。
• メインの処理では、文字列 s の各文字に対して shift(c) を呼び出し、結果を連結して返します。

実装例

以下が実際のPythonコードです。組み込み関数 ord()（文字→ASCIIコード）と chr()（ASCIIコード→文字）を活用しています。

class Solution:
    def solve(self, s, k):
        def shift(c):
            i = ord(c) - ord('a')
            i += k
            i %= 26
            return chr(ord('a') + i)

        return "".join(map(shift, s))

ob = Solution()
print(ob.solve("hello", 3))

入力

"hello", 3

出力

khoor

コードのポイント

• モジュロ演算による折り返し： i %= 26 の処理により、z を超えた文字が自動的にアルファベットの先頭に戻ります。負のオフセット（復号）にも対応できます。
• map関数の活用： map(shift, s) によって文字列の各文字に関数を適用し、join() で一つの文字列にまとめています。リスト内包表記 "".join([shift(c) for c in s]) でも同様の結果が得られます。
• 計算量： 文字列の長さを n とすると、時間計算量は O(n)、空間計算量も O(n) となります。

このように、ASCIIコードとモジュロ演算を組み合わせることで、シーザー暗号はわずか数行のコードで簡潔に実装できます。大文字への対応や、復号処理（k を負の値にする）への拡張も容易に行えるので、ぜひ試してみてください。