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二戰(zhàn)時期，英國數(shù)學家、計算機科學之父Alan Turing在布萊切利莊園成功破譯了德軍密碼，為贏得世界反法西斯戰(zhàn)爭的勝利做出了重大貢獻。為了表達對前輩先賢的敬意，本微實踐取名為“布萊切利莊園的秘密”。

本文引用自作者編寫的下述圖書; 本文允許以個人學習、教學等目的引用、講授或轉載，但需要注明原作者"海洋餅干叔叔"；本文不允許以紙質及電子出版為目的進行抄摘或改編。

(資料圖片)

1.《Python編程基礎及應用》，陳波，劉慧君，高等教育出版社。免費授課視頻

2.《Python編程基礎及應用實驗教程》, 陳波，熊心志，張全和，劉慧君，趙恒軍， 高等教育出版社

3. 《簡明C及C++語言教程》，陳波，待出版書稿。免費授課視頻

在人類尚未獲得足夠的算力之前，加密和解密都是手工進行的。受限于有限的人工算力，加解密只能采取一些簡單的方法，比如下面這種：

信息的發(fā)送方和接收方同時持有如上表所示的明密文字母對照表，該對照表對任何第三方保密。加密時，按照該對照表，將明文中的a映射為f，b映射為v，…，z映射為t，即得密文。解密時，同樣按照該對照表，將密文中的f映射為a，v映射為b，…，t映射為z，即得明文。

在隨書代碼的CH6子目錄下，文件包含了示例中的“明文”，其內容引自一本著名的英文小說：

通過執(zhí)行CH6子目錄下的，可以將明文按前述加密方法加密成密文，文件名為：

看起來，即便密文被第三方截獲，也難以解讀，實則不然。在正常的英文表達中，每個字母出現(xiàn)的頻率是有差異的，比如e的出現(xiàn)頻次通常最高的，而z、x、q則相較較低。這提供了一種解密思路：對密文中的字母出現(xiàn)頻率進行統(tǒng)計，其中出現(xiàn)次數(shù)最高者極可能是e，次高者可能是t，最低者則可能是z、x或者q。

應用上述解密思路，我們設計了下述解密程序：

第2 ~ 4行：打開當前工作路徑下的密文文件，將其中的內容按字符串形式讀出，保存在變量s中。使用Python進行文件讀寫的詳細方法，我們在第8章中討論。 請讀者留意第3行中l(wèi)ower()函數(shù)的存在，在整個解密過程中，我們統(tǒng)一使用小寫字母。

第6 ~ 9行：借助于字典stats對密文中各字母的出現(xiàn)次數(shù)進行統(tǒng)計。統(tǒng)計完成后，stats中將得到形如{“a”:112, “x”:7, … “z”:3}的結果數(shù)據(jù)。統(tǒng)計過程中，我們使用for循環(huán)對密文s中的字符c逐一進行處理，如果字符c是英文字母(使用成員函數(shù)isalpha()進行判斷)，則將其在字典中的出現(xiàn)次數(shù)加1。請讀者留意get()函數(shù)的運用，當某個字母是首次發(fā)現(xiàn)時，其在字典中尚不存在，此時，get()函數(shù)將返回默認值0。

第11 ~ 14行：通過列表按統(tǒng)計的頻次對字母進行降序排序。在字典中，鍵值對之間沒有前后之分，因此排序只能通過列表進行。第11行將字典的鍵值對轉換為列表，其內容形式為：[(“a”,112),( “q”,3),…,(“x”,7)]。第12行使用sort()函數(shù)對該列表進行排序，排序時通過匿名函數(shù)獲取每個元組的下標1值，即頻次做為排序依據(jù)。第13行使用列表推導語法將有序列表中的字母單獨提取出來，并使用空字符串””將所有字母串接在一起。如執(zhí)行結果的第1行所示，stats字符串的值為zufaolsjyedhpqrcvgiwnbmtkx，這表明在密文中，出現(xiàn)頻次最高的是z，然后是u，f，出現(xiàn)頻次最低是x。

第16行：字符串codes給出了從正常語料庫中統(tǒng)計的字母出現(xiàn)頻次的降序排列。

第19 ~ 24行：按照字母頻次的統(tǒng)計結果，進行解密。字符串stats給出了密文統(tǒng)計的字母頻次降序排列，字符串codes則給出了正常語料統(tǒng)計的字母頻次降序排列。粗略地，我們認為，密文字母stats[i]對應的明文字母即為codes[i]。在下述統(tǒng)計結果中，z在密文中出現(xiàn)頻次最高，我們認為它對應明文字母e；u在密文中出現(xiàn)頻次為第二高，我們認為它對應明文字母t。

解密過程中，我們使用for循環(huán)逐一處理密文s中的字符c。如果字符c是字母(isalpha())，首先通過(c)找到它在密文中的頻次排位，然后再以該頻次排位作為下標，從codes中獲得對應的明文字母，并將明文字母附加至明文字符串r。舉例，假設c為字母”f”，(c)的結果為下標2，對照codes[2]，明文字母即為”a”。如代碼的第23 ~ 24行所示，對于那些不是字母的密文字符，直接將其附加至明文字符串r。

第26 ~ 28行：將解密所得的明文字符串r寫入文件。

使用Visual Studio Code打開解密文件，可見解密結果是正確的：

需要說明的是，由于密文較短，其字母頻次統(tǒng)計結果不一定能與正常語料統(tǒng)計的字母頻次完美對應。此時，按上述方法得到解密結果可能并不十分準確，比如z被錯誤解讀成了q。在多數(shù)字母被正確解密的情況下，少數(shù)字母的錯誤對應關系容易通過人工進行校正。

源程序、數(shù)據(jù)文件下載：?請在瀏覽器中復制并錄入下述地址

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