电脑键盘字母排列的优化方法

导语：现如今我们使用的键盘大多数都是QWERTY字母排列的全键盘，然而我们所使用的汉字是否也是符合这个电脑键盘字母排列的最优方法呢？让小编带大家来详细探讨一下

1 .有关课题

1.1 关于内容的大致说明

在此篇论文里，本人想先通过对于常见的3500个汉字中使用的字母的次数的统计得出字母使用的频率的高低，来证明现今电脑键盘字母排列的合理性，并且与存在但是未经使用的排列方法相比较，探索排列中的函数关系，试图发现更加便于使用，更加快捷的排列方式。

1.2 电脑键盘发展史

电脑键盘是从英文打字机键盘演变而来的，当它最早出现在电脑上的时候，是以一种叫做“电传打字机”的部件的形象出现的。

在19世纪70年代，肖尔斯公司是当时最大的专门生产打字机厂家。由于当时机械工艺不够完善，使得字键在击打之后的弹回速度较慢，一旦打字员击键速度太快，就容易发生两个字键绞在一起的现象，必须用手很小心地把它们分开，从而严重影响了打字速度。为此，公司时常收到客户的投诉。

为了解决这个问题，设计师和工程师们伤透了脑筋，可一时仍无法再增加字键的弹回速度。后来，有一位聪明的工程师提出：打字机绞键的原因，一方面当然是字键的弹回速度慢，另一方面也是打字员的击键速度太快了。既然我无法提高字键的弹回速度，为什么不想法降低打字员的击键速度呢?

这无疑是一条新思路。降低打字员的击键速度有许多种方法，最简单的方法就是打乱26个字母的排列顺序，把较常用的字母摆在较笨拙的手指下，比如，字母“O”是英语中第三个使用频率最高的字母，但却把它放在右手的无名指下;字母“S”和“A”，也是使用频率很高的字母，却被交给最笨拙的左手无名指和小指来击打。同样理由，使用频率较低的“V”、“J”、“U”等字母却由最灵活的食指来负责。

结果，这种“QWERTY”式组合的键盘就诞生了，并且逐渐定型下来，后来，由于材料工艺的发展，字键弹回速度远大于打字员击键速度，曾经出现过许多种更合理的字母顺序设计方案，但都无法推广，因为大家已经习惯了这样的排列。

在60年后(1934年)，华盛顿一个叫德沃拉克(Dvorak)的人为使左右手能交替击打更多的单词又发明了一种新的排列方法，这个键盘可缩短训练周期1/2时间，平均速度提高35%。DVORAK键盘布局原则是：1、尽量左右手交替击打，避免单手连击;2、越排击键平均移动距离最小;3、排在导键位置应是最常用的字母。 比DUORAK键盘更加合理、高效的是理连•莫尔特(Lillian Malt)发明的MALT键盘。它改变了原本交错的字键行列，并使拇指得到更多使用、使“后退键”(Backspace)及其他原本远离键盘中心的键更容易触到。但MALT键盘需要特别的硬件才能安装到电脑上，所以也没有得到广泛应用。

2 .数据研究

2.1 引言

现如今，社会正处于一个信息的时代。电脑的使用已经大量的普及，不论是从使用的地域范围，还是使用的人数的多少来说，电脑都位居前列。对于电脑的大量使用，对于各类人群的不同需求，大家都希望使用的越便捷越好。使用电脑就要打大量的文字。如何更加快捷地打字?如何更加连贯地打字?这应该是人们的很大一方面的期望。

因此，我现在就想通过用函数的思想来解决这一问题。并且试图用找到的函数关系来发现更好的排列方法。帮助更多的人更快的打字!

2.2 一些说明和定义

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

以上是现在电脑键盘上字母的排列方式。

有关微软拼音输入法：

正如字面意义上所说的，拼音输入法就是要把所有的拼音挨个输入，也就是说，要想统计字母应用频率，需要把所有常用字的拼音中字母的使用次数统计出来，并按由多到少的顺序排列出来，从而看出字母应用频率的高低，再根据得到的数据在键盘上排列字母，使手在输入时能最大限度的减少移动的距离。

在这里，我需要定义出一个函数，用来解释所谓的“使用次数”，同时对字母应用频率的概念做出定义。

定义1：使用次数

将常用汉字的拼音开头字母按英文字母的排列顺序排好。每个汉字输入时用到的拼音中每个字母记为输入一次。设某字母在所有a开头的汉字中需要输入x1次，在b开头的汉字中需要输入x2次，在c开头的汉字中需要输入x3次，依次类推，则其使用次数(y)为y=x1+x2+x3+…+x23

(拼音的开头字母只有23个，与英文字母项比较起来少了三个：i、u、v)

定义2：字母使用频率

将得出的y值进行比较，y值高的字母使用频率高，y值低的字母使用频率低。

2.3 数据统计的结果

(这里的数据的统计是指将常用的3500个汉字拼音使用的次数进行统计)

将统计出的数据用Excel表格排序后得到下列数据结果：

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 数据分析

由以上数据我可以看出，字母的使用频率相差十分悬殊：子母i、n、a、u的使用次数超过了一千次;g、h、o、e的使用次数在500到800次之间;z、y使用次数在300到400之间;j、s、l、c、x使用次数在200到300之间。

为字母进行新的排列的时候，我需要考虑到以下几点：

1、 大部分输入员都是用右手，即应将使用次说较多的字母尽量排在右手边;

2、 无名指和小指最无力，并且大拇指已经默认为只负责空格键;

3、 运用频率最高的字母应该排列在两手食指之间.

将字母按照使用频率高低的顺序在现有键盘上排好后，就可以得出初步的结论。

3 .结论

3.1 有关结论的一些说明

因为字母使用频率层次分化十分厉害，因而对一些字母位置的摆放就出现了多种可能，下面的这组排列方案是本族成员经过讨论得出的结论，增加考虑的因素有：

1 .要考虑手指移动的方便程度(如现在键盘的y手指移动起来就比较困难)

发现的问题：

1 .此排列方法以微软输入法为标准，对五笔可能不适用

2 .这种排列方法以中文中用的字母频率的高低来设计，但在输英文时能否起到快捷的作用没有考虑。

3.2 结果

上面的排列是根据整理到的数据，并经最后的讨论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 .证明本方案的合理性

4.1 证明前的说明

4.1.1 定义

在证明设计方案的合理性之前，我需要作出几个新的定义，并写出一些初步的说明。

首先，为了是问题的研究更简单些，我默认电脑键像表格一样整齐排列，这对于之后的统计会带来一些误差。在研究中暂且忽略掉由此带来的误差。

其次，我默认左手小指、无名指、中指、食指依次按在现有键盘的“asdf”四个字母键上;右手小指、无名指、中指、食指依次按在现有键盘的“;lkj”这几个键上。左手食指负责“ftgvbc”中指负责“ed”无名指负责“wsx”小指负责“qaz”;右手食指负责“juyhnm”中指负责“ikm”无名指负责“ol”小指负责“p”。

最后，是一些定义

定义3：字母间距

将水平或竖直相邻的两个字母(例如h与j是水平相邻，j与u是竖直相邻)之间的距离记为1，斜方向上相邻的字母(例如a和w)间的距离记为√2。

定义4：手指的位移

设每个字母的使用次数从a开始到z依次为x1,x2,x3…x26。

手指的位移= 每个手指由规定位置移动到该字母的距离×字母使用次数

例如，左手食指由规定位置即字母f移动到g移动了1个单位长度，则手指位移为“x7×1=x7”

定义5：手的位移

手的位移是左右手各手指位移之和。

4.1.2 证明方法

找一段文字，统计该段文字中的字母使用次数，然后根据数据分别计算出使用现有键盘和本键盘方案时手的位移大小，然后比较得出结论

4.2 证明

现在选择一句话来作为例子进行对我找到的函数的和理性的证明。

例句：不在沉默中爆发，就在沉默中灭亡。(选自鲁迅的《记念刘和珍君》)

buzaichenmozhongbaofa,jiuzaichenmozhongmiewang

对例句中出现的字母做统计为：

使用次数 现在使用的键盘的 设计的键盘

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

手指总位移: 30+2√10 +4√2 19+6√2

4.3 总结

通过上述的计算结果可以得知，本组人员设计的电脑键盘的排列方法和现在使用的电脑键盘的排队列方法方法相比较，打相同的文字但是本人设计的方案手移动的位移要明显少于先使用的电脑键盘的排队列方法。而且我选的这个例句是随便选取的，并非是有意选取的。因而可以说明本人的方法、更加方便快速。当然，还可以选择更多的句子后文章来检验。此处仅以上述一句话为例来进行说明。