改進(jìn)當(dāng)前的鍵盤使之適合漢語(yǔ)拼音輸入法數(shù)學(xué)模型

摘 要：本文針對(duì)絕大多數(shù)中國(guó)人是以漢語(yǔ)拼音作為中文錄入的方式，而目前的鍵盤是為英文設(shè)計(jì)的，并不適合漢語(yǔ)拼音輸入法，研究改進(jìn)當(dāng)前的鍵盤布局使之適合漢語(yǔ)拼音輸入法，在充分合理的假設(shè)條件下，提出對(duì)鍵盤改造的2種方案，這些方案綜合了鍵盤字符統(tǒng)計(jì)分析，字符的重新布局，抽樣評(píng)估，鍵盤布局顏色設(shè)定等改進(jìn)方案。

關(guān)鍵詞：改進(jìn)；鍵盤；適合；漢語(yǔ)拼音；數(shù)學(xué)模型

對(duì)于方案1，用英文字頻統(tǒng)計(jì)程序?qū)Ω黝愓Z(yǔ)料情況下英文26個(gè)字母的出現(xiàn)頻率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。利用抽樣調(diào)查數(shù)據(jù)估計(jì)整體字母頻率，再對(duì)各種參數(shù)合理定限的基礎(chǔ)上縮小誤差，利用理論推導(dǎo)，以及計(jì)算機(jī)模擬，確保相當(dāng)高的精確度。

對(duì)于方案2，對(duì)字母的布局進(jìn)行重新排列和設(shè)定鍵盤的區(qū)域顏色，通過(guò)打字速率測(cè)試改進(jìn)前和改進(jìn)后的鍵盤，并且進(jìn)行了分析、評(píng)估，結(jié)果較理想。

一、問(wèn)題的提出

起初打字機(jī)的鍵盤是完全按照字母順序列的，而打字機(jī)是一個(gè)機(jī)械結(jié)構(gòu)的機(jī)器，限于當(dāng)時(shí)的技術(shù)水平，如果打字時(shí)速度過(guò)快，某些鍵的組合非常容易出現(xiàn)卡鍵現(xiàn)象。為解決這個(gè)問(wèn)題，人們是從最大限度地放慢敲鍵速度出發(fā)設(shè)計(jì)鍵盤布局的！最簡(jiǎn)單的方法就是打亂26個(gè)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(yǔ)中第三個(gè)使用頻率最高的字母，但卻把它放在右手的無(wú)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(wú)名指和小指來(lái)?yè)舸?。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(lái)負(fù)責(zé)。

結(jié)果，這種“QWERTY”式組合的鍵盤就誕生了，并且逐漸定型下來(lái)，后來(lái)，盡管由于材料工藝及技術(shù)水平的發(fā)展，字鍵彈回速度遠(yuǎn)大于打字員擊鍵速度，并曾經(jīng)出現(xiàn)過(guò)許多種更合理的字母順序設(shè)計(jì)方案，但都無(wú)法推廣，因?yàn)榇蠹乙呀?jīng)習(xí)慣了這樣的排列！

二、問(wèn)題的分析

現(xiàn)有鍵盤的排列方式是為了降低人們打字速度以防機(jī)器故障。我們旨在提出新的鍵盤，提高打字速度，適應(yīng)人們更快的生活要求。提高打字的速度有以下三個(gè)方面：

（1）使其適應(yīng)漢語(yǔ)拼音的輸入。通過(guò)調(diào)查我們發(fā)現(xiàn)：中國(guó)人在使用電腦的時(shí)候，中英文的平均使用頻率為4∶1，而95%以上的中國(guó)人是以漢語(yǔ)拼音作為中文錄入的方式，所以使鍵盤適合拼音輸入能大大提高打字效率。

（2）改變鍵盤的布局，將常用的字符放在最靈活的手指范圍。由于現(xiàn)在的材料技術(shù)工藝水平的發(fā)展，字鍵彈回速度遠(yuǎn)大于打字員擊鍵速度，我們不需要再考慮卡頓現(xiàn)象。通過(guò)概率統(tǒng)計(jì)得出每個(gè)字符在打字過(guò)程中出現(xiàn)的頻率，將常用字符放在靈活手指范圍內(nèi)，這能進(jìn)一步提高打字速率。

（3）通過(guò)改變鍵盤的顏色保障人在打字時(shí)舒適自然，提高打字效率。要將每個(gè)區(qū)域鍵盤的色彩很好的相融洽起來(lái)，同時(shí)易于區(qū)分，以創(chuàng)造怡人的氣氛，從而提高打字效率。

三、模型的假設(shè)

（1）打字時(shí)不出現(xiàn)卡鍵現(xiàn)象；

（2）在網(wǎng)上所獲得的中英文輸入比例，輸入中文時(shí)漢語(yǔ)拼音輸入所占比例的數(shù)據(jù)真實(shí)可信。并且這些數(shù)據(jù)能正確反應(yīng)大多數(shù)中國(guó)人的輸入習(xí)慣。

（3）鍵盤的顏色布局符合人在敲擊鍵盤時(shí)的心理需求。

（4）鍵盤輸入的指法與鍵盤的內(nèi)容無(wú)關(guān)，所以此變量不予考慮，認(rèn)為鍵盤的輸入指法不變

（5）除了改變字母的位置，鍵盤的布局不變。

四、模型的準(zhǔn)備

（1）網(wǎng)絡(luò)調(diào)查顯示：中英文的平均使用頻率為4∶1，而95%以上的中國(guó)人是以漢語(yǔ)拼音作為中文錄入的方式。

（2）用英文字頻統(tǒng)計(jì)程序?qū)Ω黝愓Z(yǔ)料情況下英文26個(gè)字母的出現(xiàn)頻率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)（英文、學(xué)術(shù)類語(yǔ)料取自電子版英文、學(xué)術(shù)名著、新聞?lì)愓Z(yǔ)料取自各大英文新聞網(wǎng)站）。在該統(tǒng)計(jì)中，總體即為英文26個(gè)字母的出現(xiàn)頻率，記為ζ。從總體ζ中取出3了語(yǔ)料：文學(xué)、學(xué)術(shù)以及新聞的樣本（選取這3類語(yǔ)料是因?yàn)樗麄兎謩e代表了一類問(wèn)輸入的3中典型應(yīng)用），每類語(yǔ)料的樣本內(nèi)容量都大于10，每個(gè)樣本統(tǒng)計(jì)字母數(shù)均為1000000.對(duì)于總體矩采用矩估計(jì)法，用樣本均值ζ估計(jì)總體均值E（ζ），樣本方差S?估計(jì)總體方差D（ζ）。

出現(xiàn)頻率最高的28個(gè)英文字母對(duì)：

an at ar al as er en es ed

he ha in it is me ng nd

on of or ou re st se th to ti te

（3）對(duì)各類語(yǔ)料情況下中文拼音中26個(gè)字母的出現(xiàn)頻率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。統(tǒng)計(jì)語(yǔ)料為政治、文藝、科技等文獻(xiàn)，共710000單詞。具體方法同英文。

出現(xiàn)頻率最高的29個(gè)中文字母對(duì)：

An ng ji ia zh he en sh

in hi ao on hu ua xi ha ch ai

Uo li fa yi ui gu ou de di ho yu

（4）對(duì)于重新布局后的主鍵盤的鍵位分布進(jìn)行分析。

普通鍵盤主鍵盤的手指分工：

左手：食指：R，F(xiàn)，V，T，G，B。中指：E，D，C。無(wú)名指：W，S，X。小指：Q，A，Z

右手：食指：Y，H，N，U，J，M。中指：I，K。無(wú)名指：O，L。小指：P

可見(jiàn)，之前的字母排列順序影響打字速率，改進(jìn)后的主鍵盤手指分工：

左手：食指：T，I，D，H，A，F(xiàn)。中 指：O，C，Q。無(wú)名指：B，L，V。小指：X，R，K

右手：食指：V，N，P，W，E，S 。中 指：Y，Z。無(wú)名指：G，J。小指：M

（5）鍵盤色彩的創(chuàng)新設(shè)計(jì)。

對(duì)鍵盤色彩的選擇，并不是孤立的美學(xué)問(wèn)題，要將鍵盤的色彩很好的與 “人的心理”這方面的因素融洽起來(lái)。就鍵盤座的色彩來(lái)說(shuō)，它必須與辦公桌以及工作的周圍環(huán)境相適應(yīng)，以達(dá)到色彩的和諧統(tǒng)一，創(chuàng)造怡人的氣氛。鍵帽的顏色可以采用與底色同一色相，但是在明度、飽和度上要有相應(yīng)的變化，也可以采用與底色形成一定對(duì)比的顏色，但是一定要注意色彩不要過(guò)于眩目，以影響人的視覺(jué)。而為了突出特殊功能鍵及基準(zhǔn)鍵位的位置，可以采用強(qiáng)烈的對(duì)比色或在純度、明度上拉大對(duì)比效果，在適度調(diào)和的基礎(chǔ)上增加對(duì)比，包括冷暖色對(duì)比、色相對(duì)比及明度純度的對(duì)比，從而使整個(gè)鍵盤在視覺(jué)上獲得好的效果。對(duì)于鑲嵌于鍵帽的指示燈的顏色，采用藍(lán)色光，因?yàn)樗{(lán)色對(duì)視覺(jué)的刺激較弱，當(dāng)人們看到藍(lán)色時(shí)，情緒較為安寧、祥和，符合人在敲擊鍵盤時(shí)的心理需求。對(duì)于鍵帽上面字符的顏色，一定要與鍵帽的顏色形成強(qiáng)烈的對(duì)比，以達(dá)到具有較好的易見(jiàn)度和識(shí)別度，具體改進(jìn)如下：

左手：食指：綠色，中指：藍(lán)色，無(wú)名指：橙色，小指：粉色

右手：食指：紫色，中指：紫色，無(wú)名指：橙色，小指：綠色

右手大拇指：粉色

綜合以上設(shè)計(jì)，得到如下鍵盤布局：

作者簡(jiǎn)介：

邢旭陽(yáng)（1994.06—），男，籍貫遼寧省錦州市，單位沈陽(yáng)理工大學(xué)。

（作者單位：遼寧省錦州市沈陽(yáng)理工大學(xué)）