信息技術(shù)實(shí)驗(yàn)的程序基礎(chǔ)：中文鍵盤的設(shè)計(jì)研究

吳俊杰

自電子計(jì)算機(jī)傳入中國以來，人們一直在研究中文的輸入法，從五筆字型到智能拼音，但總是有人試圖設(shè)計(jì)一種更符合中文習(xí)慣的鍵盤，這在從前往往是信息技術(shù)研究者考慮的問題，而現(xiàn)在通過程序的幫助，普通學(xué)生也可以完成一個(gè)中文鍵盤的設(shè)計(jì)和測試的全過程，在以前這是很難想象的。

● 基于數(shù)據(jù)的決策：中文拼音輸入法中字母輸入頻率的研究

1.研究工具的設(shè)計(jì)

如果我們設(shè)計(jì)鍵盤，就需要一項(xiàng)基本的研究：研究漢語拼音所需要的26個(gè)字母在全拼輸入狀態(tài)下每個(gè)字母的出現(xiàn)頻率，并且依據(jù)頻率將比較常用的字母放在手指較為靈活的位置上。因此，我們設(shè)計(jì)了圖1所示的研究工具，來記錄輸入的字母并且通過按鍵的大小完成數(shù)據(jù)的可視化。在程序設(shè)計(jì)的過程中，由于每個(gè)字母都有對應(yīng)的按下次數(shù)，因此對于角色A，當(dāng)A按下一次以后，變量次數(shù)加1并將大小增加1，在初始化時(shí)控制角色的初始大小和位置，如圖2所示，就設(shè)定了角色A中變量次數(shù)的改變。

接下來，復(fù)制角色A，并修改造型為角色B，以此類推完成A～Z的鍵盤布局和變量位置的布局，使得圖1所示的界面，能夠用上方的變量顯示出每個(gè)字母按下的次數(shù)，也能用下方該字母的大小將字母按下的次數(shù)可視化，這種可視化是接下來設(shè)計(jì)中文鍵盤結(jié)構(gòu)的一個(gè)重要依據(jù)，圖1所得出的初步結(jié)論說明，目前的英文鍵盤排布明顯不適用于中文，字母UINOE顯然應(yīng)該放在手指直接觸碰到的第二行比較合適。

2.數(shù)據(jù)的獲取和分析

接下來用全拼輸入法輸入一段文字，如圖3所示的代碼將數(shù)據(jù)匯總在鏈表“結(jié)論-學(xué)號1”當(dāng)中。

這時(shí)我們面臨一個(gè)決策，是直接根據(jù)可視化結(jié)果當(dāng)中比較大的字母放在手指靈活的位置，還是需要對數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步的分析。從工程上來講，根據(jù)圖1所示的可視化的結(jié)果的確可以做大概的設(shè)計(jì)，但是為了更加準(zhǔn)確地研究該問題，還是有必要將數(shù)據(jù)在Excel當(dāng)中作進(jìn)一步的分析。

將數(shù)據(jù)導(dǎo)出到Excel中以后，各個(gè)字母的出現(xiàn)概率如圖4所示。

圖4只是一個(gè)學(xué)生的結(jié)論，將多組學(xué)生的結(jié)論匯總之后可以得出更具可信度的結(jié)論，如當(dāng)字母總數(shù)N=3883時(shí)，頻率出現(xiàn)由低到高的排序?yàn)楸?所示，其中加粗的字母在大樣本的情況下相比于小樣本發(fā)生了比較大的改變，這說明有必要對學(xué)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總以提高結(jié)論的可信度。

接下來，表1用不同的灰度背景將這些字母出現(xiàn)的次數(shù)作了3檔的區(qū)分，依據(jù)手指的靈活程度和手指的移動距離兩個(gè)指標(biāo)進(jìn)行了分類，按照常用的字母放在比較容易按下的位置的原則，對鍵盤進(jìn)行了重新的設(shè)計(jì)，如表2所示。

至此，我們完成了對中文鍵盤的重新設(shè)計(jì)，接下來是對中文鍵盤的測試，看看其使用效果，只有完成了新鍵盤的技術(shù)測試才能完成一個(gè)完整的從研究到設(shè)計(jì)再到技術(shù)實(shí)現(xiàn)的過程。

● 中文鍵盤的測試和評估

為了對新的鍵盤進(jìn)行評估，接下來有必要對新鍵盤進(jìn)行測試，如圖5所示的程序，將角色A的造型按照表2所示的對照關(guān)系轉(zhuǎn)換為T，并修改程序?yàn)楫?dāng)A按下之后，鏈表“新”增添字母t，同時(shí)將就鍵盤的結(jié)果保存在鏈表“舊”中。

由于對新的鍵盤并不熟悉，圖6所示的這種新的鍵盤排列，僅僅輸入下面文字的第一行，就需要比原有的鍵盤結(jié)構(gòu)多出10倍的時(shí)間，因此新的鍵盤排列的學(xué)習(xí)成本將是影響新鍵盤設(shè)計(jì)能否成功的一個(gè)重要原因。因?yàn)槿绻麤]有人愿意付出更多的學(xué)習(xí)成本來學(xué)習(xí)新的鍵盤排列就完全沒有意義。

然而對于圖6的實(shí)驗(yàn)結(jié)論的另一種解讀是，圖6和圖1比較起來，確實(shí)達(dá)到了“讓出現(xiàn)頻率較高的字母放置在手指比價(jià)靈活的位置”的實(shí)驗(yàn)效果，只不過新鍵盤的學(xué)習(xí)成本是一個(gè)需要解決的問題。

● 鍵盤研究的拓展及反思

鍵盤設(shè)計(jì)的實(shí)質(zhì)是從科學(xué)的角度出發(fā)，以人為本的設(shè)計(jì)輸入方法，提高輸入效率。該案例源自于2008年景山學(xué)校高中學(xué)生范子瑜的一項(xiàng)研究性學(xué)習(xí)，當(dāng)時(shí)他所在小組的思路是將鍵盤的26個(gè)字母鍵按照中文的規(guī)律重新設(shè)計(jì)，制作一種專門用于錄入漢字的速錄機(jī)，將聲母和韻母分開，將漢字中常用的組合，如en、ui、uang獨(dú)立設(shè)計(jì)一組鍵輸入，之后這個(gè)項(xiàng)目參加了北京市科技創(chuàng)新大賽并獲得了三等獎(jiǎng)。但一直以來都有一個(gè)遺憾，就是沒能將設(shè)計(jì)的新鍵盤做實(shí)地的技術(shù)測試，用來研究新鍵盤的學(xué)習(xí)成本和效率提升的情況，如果速錄的效果高于其學(xué)習(xí)成本，這種鍵盤的設(shè)計(jì)是有其市場價(jià)值的?，F(xiàn)在通過用Scratch語言編寫研究工具，普通學(xué)生已經(jīng)可以把這個(gè)鍵盤設(shè)計(jì)的過程用有限的課堂時(shí)間完成并經(jīng)歷一個(gè)完整的從研究獲取穩(wěn)定的規(guī)律，從以人為本的角度做出設(shè)計(jì)，編寫軟件測試產(chǎn)品做出決策的過程。這個(gè)案例給我們的另一個(gè)反思就是，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)的初期就應(yīng)該有研究的意識，事實(shí)上如果用同樣的方法研究英文當(dāng)中各個(gè)字母的出現(xiàn)頻率，同樣會發(fā)現(xiàn)現(xiàn)行英文鍵盤設(shè)計(jì)的不合理之處，但是由于絕大部分計(jì)算機(jī)使用者已經(jīng)適應(yīng)了現(xiàn)有的鍵盤排布，恐怕只能是一個(gè)積重難返的錯(cuò)誤了。在信息技術(shù)實(shí)驗(yàn)的課程體系當(dāng)中，中文鍵盤的設(shè)計(jì)研究這個(gè)案例，除了讓學(xué)生尋找穩(wěn)定的現(xiàn)象之外，更重要的是要體會依據(jù)研究設(shè)計(jì)的全過程。