Python 将字符串中的字母替换为其后继字母

说明

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本需求是需要将将 Python 中一个字符串中的所有字母用它的后继字母代替，比如，a 用 b 代替，b 用 c 代替，hello 替换为 iffmp。同时，非 26 个英文字母不作处理。

需求分析

由于需求输入的类型是字符串，它是一个序列类型，我们可以使用迭代的方法按逻辑对其进行循环处理，这样就变成了对单个字符的处理。

单个字符的处理逻辑包括：

对非字母不处理
区分大小写，大写字母后继为大写，小写后继为小写
后继字母的查找返回
z 字母的后继为 a，这个需要考虑

明确了需求和思路，我们寻求解决方案。

for 循环处理

我们用最原始的方法循环处理，根据以边的分析思路代码如下：

import string

def next_letters(letters):
    new_letters = []
    for i in letters:
        # 非字母不处理
        if i in string.ascii_letters:
            # z 字母的后继为 a, 同时处理大小写问题
            if i in ['z', 'Z']:
                new_letters.append('A' if i.isupper() else 'a')
            else:
                foo = chr(ord(i)+1)
                new_letters.append(foo)
        # 非字母原样输出
        else:
            new_letters.append(i)
    return ''.join(new_letters)

执行结果：

next_letters('Say hello, Zero!')
# 'Tbz ifmmp, Afsp!
next_letters('Z世代')
# 'A世代'

要注意的是， str.isalpha() 汉字也会返回 True，因些我们使用了字母表对比方法，判断字符是否在大小写字母表里边。

列表推导式

可以用 Python 的列表推导式方法快速实现这个需求，过程如下：

import string

# 构造一个字母字符串，后一个是需求中前一个的后继字母
letters = string.ascii_lowercase + 'a' + string.ascii_uppercase + 'A'
letters
# 'abcdefghijklmnopqrstuvwxyzaABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZA'

# 查找指定字母后继字母方法
letters[letters.find('Z')+1]
# 'A'


# 完成操作
''.join([letters[letters.find(i)+1] if i in [*letters] else i for i in 'Say hello, Zero!' ])
# 'Tbz ifmmp, Afsp!'

''.join([letters[letters.find(i)+1] if i in [*letters] else i for i in 'Z世代' ])
# 'A世代'

这是比较短平快的实现方式。

字典映射

我们将需要替换的字母关系生成一个字典，然后再 map 这个字符串。过程代码如下：

import string

# 包含所有ASCII小写字母的字符串
string.ascii_lowercase
# 'abcdefghijklmnopqrstuvwxyz'

# 包含所有ASCII大写字母的字符串
string.ascii_uppercase
# 'ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ'

# 大小写字母列表组装
lower_map = zip(string.ascii_lowercase, string.ascii_lowercase[1:]+'a')
upper_map = zip(string.ascii_uppercase, string.ascii_uppercase[1:]+'A')

# 查看其中一个的结果
list(lower_map)
'''
[('a', 'b'),
 ('b', 'c'),
 ('c', 'd'),
 ...
 ('y', 'z'),
 ('z', 'a')]
'''


# 可以将元组列表直接转为字典
dict(upper_map)
'''
{'A': 'B',
 'B': 'C',
 'C': 'D',
 'D': 'E',
 ...
 'Y': 'Z',
 'Z': 'A'}
'''


# 最终将大小写两个字典合并为一个字典
letters_map = {**dict(upper_map), **dict(lower_map)}
letters_map
'''
{'A': 'B',
 'B': 'C',
 'C': 'D',
 ...
 'y': 'z',
 'z': 'a'}
'''


# map 字符串，如果无法映射，返回原字符串
''.join(map(lambda x: letters_map.get(x, x), 'Say hello, Zero!'))
# 'Tbz ifmmp, Afsp!
''.join(map(lambda x: letters_map.get(x, x), 'Z世代'))
# 'A世代'

要注意的是，upper_map 和 lower_map 是 zip 对象，是一个可迭代对象，它只能使用一次，字典合并时要重新给 upper_map 和 lower_map 赋值。

最终封装一个函数，代码如下：

import string

def next_letters(letters):
    lower_letters = string.ascii_lowercase
    upper_letters = string.ascii_uppercase

    # 拼装有对应关系的大小写字母表
    lower_map = zip(lower_letters, lower_letters[1:]+'a')
    upper_map = zip(upper_letters, upper_letters[1:]+'A')

    # 转为字典并合并一个统一的字典
    letters_map = {**dict(upper_map), **dict(lower_map)}

   # 将 map 处理后的字符串拼结并返回
    return ''.join(map(lambda x: letters_map.get(x, x), letters))


# 执行效果
next_letters('Say hello, Zero!')
# 'Tbz ifmmp, Afsp!
next_letters('Z世代')
# 'A世代'

这个方法少了 for 循环，大大降低了复杂度，逻辑也更加清晰，代码更明确。

pandas 方法

由于需求中处理的是字符串是序列，上个方案我们也用到了 map 机制，那么我们能不能直接使用 pandas 的 Series 的映射替换处理方案来完成需求呢，这就试试看！

import pandas as pd
import string

# 包含所有ASCII字母的字符串
string.ascii_letters
# 'abcdefghijklmnopqrstuvwxyzABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ'


# 先构造映射 Series
letters_map = pd.Series([*string.ascii_letters])
letters_map
'''
0     a
1     b
2     c
...
50    Y
51    Z
dtype: object
'''

# 处理数据完成构造
letters_map = (
    letters_map.rename(letters_map) # 将索引也设置为此序列
    .shift(-1) # 值往前移动，代表下个字母
    .mask(lambda x: x.index=='z', 'a') # 将 z 替换为 a
    .mask(lambda x: x.index=='Z', 'A') # 同上，替换大写
)
letters_map
'''
a    b
b    c
c    d
...
Y    Z
Z    A
dtype: object
'''


# 应用
(
    pd.Series([*'Say hello, Zero!'])
    .replace(letters_map)
    .pipe(''.join)
)
# 'Tbz ifmmp, Afsp!'

封装为函数，最终代码为：

import pandas as pd
import string


def next_letters(letters):
    # 读取大小写字母表
    letters_map = pd.Series([*string.ascii_letters])

    # 构造映射 Series
    letters_map = (
        letters_map.rename(letters_map) # 将索引也设置为此序列
        .shift(-1) # 值往前移动，代表下个字母
        .mask(lambda x: x.index=='z', 'a') # 将 z 替换为 a
        .mask(lambda x: x.index=='Z', 'A') # 同上，替换大写
    )

    # 将字符读取到 Series 进行处理，并返回
    return (
        pd.Series([*letters])
        .replace(letters_map)
        .pipe(''.join)
    )


# 应用函数
next_letters('Say hello, Zero!')
# 'Tbz ifmmp, Afsp!
next_letters('Z世代')
# 'A世代'

pandas 处理让逻辑更加清晰，代码更加流畅，但前提是你需要熟练使用 pandas。

（完）