電腦鍵盤字母排列的優(yōu)化方法

　　導(dǎo)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(xì)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(dāng)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(jì)70年代，肖爾斯公司是當(dāng)時最大的專門生產(chǎn)打字機廠家。由于當(dāng)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(yán)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(dāng)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(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，后來，由于材料工藝的發(fā)展，字鍵彈回速度遠(yuǎn)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(xí)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(xùn)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(dǎo)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(yuǎn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(rèn)為只負(fù)責(zé)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(biāo)準(zhǔn)，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 [ ]

　　R W B I A U N G O ; ‘ Enter

　　V M X C J S L , . / shift

　　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(rèn)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(rèn)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(fù)責(zé)“ftgvbc”中指負(fù)責(zé)“ed”無名指負(fù)責(zé)“wsx”小指負(fù)責(zé)“qaz”;右手食指負(fù)責(zé)“juyhnm”中指負(fù)責(zé)“ikm”無名指負(fù)責(zé)“ol”小指負(fù)責(zé)“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(jìn)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(dāng)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(jìn)行說明。