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

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

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

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

對于方案2，對字母的布局進行重新排列和設(shè)定鍵盤的區(qū)域顏色，通過打字速率測試改進前和改進后的鍵盤，并且進行了分析、評估，結(jié)果較理想。

一、問題的提出

起初打字機的鍵盤是完全按照字母順序列的，而打字機是一個機械結(jié)構(gòu)的機器，限于當(dāng)時的技術(shù)水平，如果打字時速度過快，某些鍵的組合非常容易出現(xiàn)卡鍵現(xiàn)象。為解決這個問題，人們是從最大限度地放慢敲鍵速度出發(fā)設(shè)計鍵盤布局的！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(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，盡管由于材料工藝及技術(shù)水平的發(fā)展，字鍵彈回速度遠大于打字員擊鍵速度，并曾經(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！

二、問題的分析

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方面：

（1）使其適應(yīng)漢語拼音的輸入。通過調(diào)查我們發(fā)現(xiàn)：中國人在使用電腦的時候，中英文的平均使用頻率為4∶1，而95%以上的中國人是以漢語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，字鍵彈回速度遠大于打字員擊鍵速度，我們不需要再考慮卡頓現(xiàn)象。通過概率統(tǒng)計得出每個字符在打字過程中出現(xiàn)的頻率，將常用字符放在靈活手指范圍內(nèi)，這能進一步提高打字速率。

（3）通過改變鍵盤的顏色保障人在打字時舒適自然，提高打字效率。要將每個區(qū)域鍵盤的色彩很好的相融洽起來，同時易于區(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，輸入中文時漢語拼音輸入所占比例的數(shù)據(jù)真實可信。并且這些數(shù)據(jù)能正確反應(yīng)大多數(shù)中國人的輸入習(xí)慣。

（3）鍵盤的顏色布局符合人在敲擊鍵盤時的心理需求。

（4）鍵盤輸入的指法與鍵盤的內(nèi)容無關(guān)，所以此變量不予考慮，認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%以上的中國人是以漢語拼音作為中文錄入的方式。

（2）用英文字頻統(tǒng)計程序?qū)Ω黝愓Z料情況下英文26個字母的出現(xiàn)頻率進行統(tǒng)計（英文、學(xué)術(shù)類語料取自電子版英文、學(xué)術(shù)名著、新聞類語料取自各大英文新聞網(wǎng)站）。在該統(tǒng)計中，總體即為英文26個字母的出現(xiàn)頻率，記為ζ。從總體ζ中取出3了語料：文學(xué)、學(xué)術(shù)以及新聞的樣本（選取這3類語料是因為他們分別代表了一類問輸入的3中典型應(yīng)用），每類語料的樣本內(nèi)容量都大于10，每個樣本統(tǒng)計字母數(shù)均為1000000.對于總體矩采用矩估計法，用樣本均值ζ估計總體均值E（ζ），樣本方差S?估計總體方差D（ζ）。

出現(xiàn)頻率最高的28個英文字母對：

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）對各類語料情況下中文拼音中26個字母的出現(xiàn)頻率進行統(tǒng)計。統(tǒng)計語料為政治、文藝、科技等文獻，共710000單詞。具體方法同英文。

出現(xiàn)頻率最高的29個中文字母對：

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）對于重新布局后的主鍵盤的鍵位分布進行分析。

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。無名指：O，L。小指：P

可見，之前的字母排列順序影響打字速率，改進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。無名指：G，J。小指：M

（5）鍵盤色彩的創(chuàng)新設(shè)計。

對鍵盤色彩的選擇，并不是孤立的美學(xué)問題，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。就鍵盤座的色彩來說，它必須與辦公桌以及工作的周圍環(huán)境相適應(yīng)，以達到色彩的和諧統(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比的顏色，但是一定要注意色彩不要過于眩目，以影響人的視覺。而為了突出特殊功能鍵及基準(zhǔn)鍵位的位置，可以采用強烈的對比色或在純度、明度上拉大對比效果，在適度調(diào)和的基礎(chǔ)上增加對比，包括冷暖色對比、色相對比及明度純度的對比，從而使整個鍵盤在視覺上獲得好的效果。對于鑲嵌于鍵帽的指示燈的顏色，采用藍色光，因為藍色對視覺的刺激較弱，當(dāng)人們看到藍色時，情緒較為安寧、祥和，符合人在敲擊鍵盤時的心理需求。對于鍵帽上面字符的顏色，一定要與鍵帽的顏色形成強烈的對比，以達到具有較好的易見度和識別度，具體改進如下：

左手：食指：綠色，中指：藍色，無名指：橙色，小指：粉色

右手：食指：紫色，中指：紫色，無名指：橙色，小指：綠色

右手大拇指：粉色

綜合以上設(shè)計，得到如下鍵盤布局：

作者簡介：

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

（作者單位：遼寧省錦州市沈陽理工大學(xué)）