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電腦鍵盤字母排列的優(yōu)化方法

時間: 孫勝龍652 分享

  導語:現(xiàn)如今我們使用的鍵盤大多數(shù)都是QWERTY字母排列的全鍵盤,然而我們所使用的漢字是否也是符合這個電腦鍵盤字母排列的最優(yōu)方法呢?讓小編帶大家來詳細探討一下

  1 .有關(guān)課題

  1.1 關(guān)于內(nèi)容的大致說明

  在此篇論文里,本人想先通過對于常見的3500個漢字中使用的字母的次數(shù)的統(tǒng)計得出字母使用的頻率的高低,來證明現(xiàn)今電腦鍵盤字母排列的合理性,并且與存在但是未經(jīng)使用的排列方法相比較,探索排列中的函數(shù)關(guān)系,試圖發(fā)現(xiàn)更加便于使用,更加快捷的排列方式。

  1.2 電腦鍵盤發(fā)展史

  電腦鍵盤是從英文打字機鍵盤演變而來的,當它最早出現(xiàn)在電腦上的時候,是以一種叫做“電傳打字機”的部件的形象出現(xiàn)的。

  在19世紀70年代,肖爾斯公司是當時最大的專門生產(chǎn)打字機廠家。由于當時機械工藝不夠完善,使得字鍵在擊打之后的彈回速度較慢,一旦打字員擊鍵速度太快,就容易發(fā)生兩個字鍵絞在一起的現(xiàn)象,必須用手很小心地把它們分開,從而嚴重影響了打字速度。為此,公司時常收到客戶的投訴。

  為了解決這個問題,設(shè)計師和工程師們傷透了腦筋,可一時仍無法再增加字鍵的彈回速度。后來,有一位聰明的工程師提出:打字機絞鍵的原因,一方面當然是字鍵的彈回速度慢,另一方面也是打字員的擊鍵速度太快了。既然我無法提高字鍵的彈回速度,為什么不想法降低打字員的擊鍵速度呢?

  這無疑是一條新思路。降低打字員的擊鍵速度有許多種方法,最簡單的方法就是打亂26個字母的排列順序,把較常用的字母擺在較笨拙的手指下,比如,字母“O”是英語中第三個使用頻率最高的字母,但卻把它放在右手的無名指下;字母“S”和“A”,也是使用頻率很高的字母,卻被交給最笨拙的左手無名指和小指來擊打。同樣理由,使用頻率較低的“V”、“J”、“U”等字母卻由最靈活的食指來負責。

  結(jié)果,這種“QWERTY”式組合的鍵盤就誕生了,并且逐漸定型下來,后來,由于材料工藝的發(fā)展,字鍵彈回速度遠大于打字員擊鍵速度,曾經(jīng)出現(xiàn)過許多種更合理的字母順序設(shè)計方案,但都無法推廣,因為大家已經(jīng)習慣了這樣的排列。

  在60年后(1934年),華盛頓一個叫德沃拉克(Dvorak)的人為使左右手能交替擊打更多的單詞又發(fā)明了一種新的排列方法,這個鍵盤可縮短訓練周期1/2時間,平均速度提高35%。DVORAK鍵盤布局原則是:1、盡量左右手交替擊打,避免單手連擊;2、越排擊鍵平均移動距離最小;3、排在導鍵位置應(yīng)是最常用的字母。 比DUORAK鍵盤更加合理、高效的是理連•莫爾特(Lillian Malt)發(fā)明的MALT鍵盤。它改變了原本交錯的字鍵行列,并使拇指得到更多使用、使“后退鍵”(Backspace)及其他原本遠離鍵盤中心的鍵更容易觸到。但MALT鍵盤需要特別的硬件才能安裝到電腦上,所以也沒有得到廣泛應(yīng)用。

  2 .數(shù)據(jù)研究

  2.1 引言

  現(xiàn)如今,社會正處于一個信息的時代。電腦的使用已經(jīng)大量的普及,不論是從使用的地域范圍,還是使用的人數(shù)的多少來說,電腦都位居前列。對于電腦的大量使用,對于各類人群的不同需求,大家都希望使用的越便捷越好。使用電腦就要打大量的文字。如何更加快捷地打字?如何更加連貫地打字?這應(yīng)該是人們的很大一方面的期望。

  因此,我現(xiàn)在就想通過用函數(shù)的思想來解決這一問題。并且試圖用找到的函數(shù)關(guān)系來發(fā)現(xiàn)更好的排列方法。幫助更多的人更快的打字!

  2.2 一些說明和定義

  q W e r t y u i O p [ ]

  a S d f g h j k L ; ‘ enter

  Z x c v b n m , . / shift

  以上是現(xiàn)在電腦鍵盤上字母的排列方式。

  有關(guān)微軟拼音輸入法:

  正如字面意義上所說的,拼音輸入法就是要把所有的拼音挨個輸入,也就是說,要想統(tǒng)計字母應(yīng)用頻率,需要把所有常用字的拼音中字母的使用次數(shù)統(tǒng)計出來,并按由多到少的順序排列出來,從而看出字母應(yīng)用頻率的高低,再根據(jù)得到的數(shù)據(jù)在鍵盤上排列字母,使手在輸入時能最大限度的減少移動的距離。

  在這里,我需要定義出一個函數(shù),用來解釋所謂的“使用次數(shù)”,同時對字母應(yīng)用頻率的概念做出定義。

  定義1:使用次數(shù)

  將常用漢字的拼音開頭字母按英文字母的排列順序排好。每個漢字輸入時用到的拼音中每個字母記為輸入一次。設(shè)某字母在所有a開頭的漢字中需要輸入x1次,在b開頭的漢字中需要輸入x2次,在c開頭的漢字中需要輸入x3次,依次類推,則其使用次數(shù)(y)為y=x1+x2+x3+…+x23

  (拼音的開頭字母只有23個,與英文字母項比較起來少了三個:i、u、v)

  定義2:字母使用頻率

  將得出的y值進行比較,y值高的字母使用頻率高,y值低的字母使用頻率低。

  2.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計的結(jié)果

  (這里的數(shù)據(jù)的統(tǒng)計是指將常用的3500個漢字拼音使用的次數(shù)進行統(tǒng)計)

  將統(tǒng)計出的數(shù)據(jù)用Excel表格排序后得到下列數(shù)據(jù)結(jié)果:

  I 1507

  N 1490

  A 1353

  U 1123

  G 791

  H 763

  O 661

  E 563

  Z 323

  Y 306

  J 295

  S 286

  L 249

  C 232

  X 222

  B 184

  D 184

  Q 155

  T 155

  M 151

  F 125

  P 121

  W 120

  K 100

  R 66

  V 15

  2.4 數(shù)據(jù)分析

  由以上數(shù)據(jù)我可以看出,字母的使用頻率相差十分懸殊:子母i、n、a、u的使用次數(shù)超過了一千次;g、h、o、e的使用次數(shù)在500到800次之間;z、y使用次數(shù)在300到400之間;j、s、l、c、x使用次數(shù)在200到300之間。

  為字母進行新的排列的時候,我需要考慮到以下幾點:

  1、 大部分輸入員都是用右手,即應(yīng)將使用次說較多的字母盡量排在右手邊;

  2、 無名指和小指最無力,并且大拇指已經(jīng)默認為只負責空格鍵;

  3、 運用頻率最高的字母應(yīng)該排列在兩手食指之間.

  將字母按照使用頻率高低的順序在現(xiàn)有鍵盤上排好后,就可以得出初步的結(jié)論。

  3 .結(jié)論

  3.1 有關(guān)結(jié)論的一些說明

  因為字母使用頻率層次分化十分厲害,因而對一些字母位置的擺放就出現(xiàn)了多種可能,下面的這組排列方案是本族成員經(jīng)過討論得出的結(jié)論,增加考慮的因素有:

  1 .要考慮手指移動的方便程度(如現(xiàn)在鍵盤的y手指移動起來就比較困難)

  發(fā)現(xiàn)的問題:

  1 .此排列方法以微軟輸入法為標準,對五筆可能不適用

  2 .這種排列方法以中文中用的字母頻率的高低來設(shè)計,但在輸英文時能否起到快捷的作用沒有考慮。

  3.2 結(jié)果

  上面的排列是根據(jù)整理到的數(shù)據(jù),并經(jīng)最后的討論得出的最后的研究成果。

  K P Q D Y E H Z T f [ ]

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  4 .證明本方案的合理性

  4.1 證明前的說明

  4.1.1 定義

  在證明設(shè)計方案的合理性之前,我需要作出幾個新的定義,并寫出一些初步的說明。

  首先,為了是問題的研究更簡單些,我默認電腦鍵像表格一樣整齊排列,這對于之后的統(tǒng)計會帶來一些誤差。在研究中暫且忽略掉由此帶來的誤差。

  其次,我默認左手小指、無名指、中指、食指依次按在現(xiàn)有鍵盤的“asdf”四個字母鍵上;右手小指、無名指、中指、食指依次按在現(xiàn)有鍵盤的“;lkj”這幾個鍵上。左手食指負責“ftgvbc”中指負責“ed”無名指負責“wsx”小指負責“qaz”;右手食指負責“juyhnm”中指負責“ikm”無名指負責“ol”小指負責“p”。

  最后,是一些定義

  定義3:字母間距

  將水平或豎直相鄰的兩個字母(例如h與j是水平相鄰,j與u是豎直相鄰)之間的距離記為1,斜方向上相鄰的字母(例如a和w)間的距離記為√2。

  定義4:手指的位移

  設(shè)每個字母的使用次數(shù)從a開始到z依次為x1,x2,x3…x26。

  手指的位移= 每個手指由規(guī)定位置移動到該字母的距離×字母使用次數(shù)

  例如,左手食指由規(guī)定位置即字母f移動到g移動了1個單位長度,則手指位移為“x7×1=x7”

  定義5:手的位移

  手的位移是左右手各手指位移之和。

  4.1.2 證明方法

  找一段文字,統(tǒng)計該段文字中的字母使用次數(shù),然后根據(jù)數(shù)據(jù)分別計算出使用現(xiàn)有鍵盤和本鍵盤方案時手的位移大小,然后比較得出結(jié)論

  4.2 證明

  現(xiàn)在選擇一句話來作為例子進行對我找到的函數(shù)的和理性的證明。

  例句:不在沉默中爆發(fā),就在沉默中滅亡。(選自魯迅的《記念劉和珍君》)

  buzaichenmozhongbaofa,jiuzaichenmozhongmiewang

  對例句中出現(xiàn)的字母做統(tǒng)計為:

  使用次數(shù) 現(xiàn)在使用的鍵盤的 設(shè)計的鍵盤

  手指的位移 手指的位移

  A: 5 次 0 5

  B: 2 次 2√10 0

  C: 2 次 2 2√2

  E: 3 次 3 3√2

  F: 1 次 0 1

  G: 3 次 3 0

  H: 4 次 4 4

  I: 4 次 4 0

  J: 1 次 0 √2

  M: 3 次 3 3

  N: 5 次 5 0

  O: 5 次 5 0

  U: 2 次 2 2

  W: 1 次 1 0

  Z: 4 次 4√2 4

  手指總位移: 30+2√10 +4√2 19+6√2

  4.3 總結(jié)

  通過上述的計算結(jié)果可以得知,本組人員設(shè)計的電腦鍵盤的排列方法和現(xiàn)在使用的電腦鍵盤的排隊列方法方法相比較,打相同的文字但是本人設(shè)計的方案手移動的位移要明顯少于先使用的電腦鍵盤的排隊列方法。而且我選的這個例句是隨便選取的,并非是有意選取的。因而可以說明本人的方法、更加方便快速。當然,還可以選擇更多的句子后文章來檢驗。此處僅以上述一句話為例來進行說明。

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