改进当前的键盘使之适合汉语拼音输入法数学模型

摘 要：本文针对绝大多数中国人是以汉语拼音作为中文录入的方式，而目前的键盘是为英文设计的，并不适合汉语拼音输入法，研究改进当前的键盘布局使之适合汉语拼音输入法，在充分合理的假设条件下，提出对键盘改造的2种方案，这些方案综合了键盘字符统计分析，字符的重新布局，抽样评估，键盘布局颜色设定等改进方案。

关键词：改进；键盘；适合；汉语拼音；数学模型

对于方案1，用英文字频统计程序对各类语料情况下英文26个字母的出现频率进行统计。利用抽样调查数据估计整体字母频率，再对各种参数合理定限的基础上缩小误差，利用理论推导，以及计算机模拟，确保相当高的精确度。

对于方案2，对字母的布局进行重新排列和设定键盘的区域颜色，通过打字速率测试改进前和改进后的键盘，并且进行了分析、评估，结果较理想。

一、问题的提出

起初打字机的键盘是完全按照字母顺序列的，而打字机是一个机械结构的机器，限于当时的技术水平，如果打字时速度过快，某些键的组合非常容易出现卡键现象。为解决这个问题，人们是从最大限度地放慢敲键速度出发设计键盘布局的！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，尽管由于材料工艺及技术水平的发展，字键弹回速度远大于打字员击键速度，并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！

二、问题的分析

现有键盘的排列方式是为了降低人们打字速度以防机器故障。我们旨在提出新的键盘，提高打字速度，适应人们更快的生活要求。提高打字的速度有以下三个方面：

（1）使其适应汉语拼音的输入。通过调查我们发现：中国人在使用电脑的时候，中英文的平均使用频率为4∶1，而95%以上的中国人是以汉语拼音作为中文录入的方式，所以使键盘适合拼音输入能大大提高打字效率。

（2）改变键盘的布局，将常用的字符放在最灵活的手指范围。由于现在的材料技术工艺水平的发展，字键弹回速度远大于打字员击键速度，我们不需要再考虑卡顿现象。通过概率统计得出每个字符在打字过程中出现的频率，将常用字符放在灵活手指范围内，这能进一步提高打字速率。

（3）通过改变键盘的颜色保障人在打字时舒适自然，提高打字效率。要将每个区域键盘的色彩很好的相融洽起来，同时易于区分，以创造怡人的气氛，从而提高打字效率。

三、模型的假设

（1）打字时不出现卡键现象；

（2）在网上所获得的中英文输入比例，输入中文时汉语拼音输入所占比例的数据真实可信。并且这些数据能正确反应大多数中国人的输入习惯。

（3）键盘的颜色布局符合人在敲击键盘时的心理需求。

（4）键盘输入的指法与键盘的内容无关，所以此变量不予考虑，认为键盘的输入指法不变

（5）除了改变字母的位置，键盘的布局不变。

四、模型的准备

（1）网络调查显示：中英文的平均使用频率为4∶1，而95%以上的中国人是以汉语拼音作为中文录入的方式。

（2）用英文字频统计程序对各类语料情况下英文26个字母的出现频率进行统计（英文、学术类语料取自电子版英文、学术名著、新闻类语料取自各大英文新闻网站）。在该统计中，总体即为英文26个字母的出现频率，记为ζ。从总体ζ中取出3了语料：文学、学术以及新闻的样本（选取这3类语料是因为他们分别代表了一类问输入的3中典型应用），每类语料的样本内容量都大于10，每个样本统计字母数均为1000000.对于总体矩采用矩估计法，用样本均值ζ估计总体均值E（ζ），样本方差S?估计总体方差D（ζ）。

出现频率最高的28个英文字母对：

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）对各类语料情况下中文拼音中26个字母的出现频率进行统计。统计语料为政治、文艺、科技等文献，共710000单词。具体方法同英文。

出现频率最高的29个中文字母对：

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）对于重新布局后的主键盘的键位分布进行分析。

普通键盘主键盘的手指分工：

左手：食指：R，F，V，T，G，B。中指：E，D，C。无名指：W，S，X。小指：Q，A，Z

右手：食指：Y，H，N，U，J，M。中指：I，K。无名指：O，L。小指：P

可见，之前的字母排列顺序影响打字速率，改进后的主键盘手指分工：

左手：食指：T，I，D，H，A，F。中 指：O，C，Q。无名指：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）键盘色彩的创新设计。

对键盘色彩的选择，并不是孤立的美学问题，要将键盘的色彩很好的与 “人的心理”这方面的因素融洽起来。就键盘座的色彩来说，它必须与办公桌以及工作的周围环境相适应，以达到色彩的和谐统一，创造怡人的气氛。键帽的颜色可以采用与底色同一色相，但是在明度、饱和度上要有相应的变化，也可以采用与底色形成一定对比的颜色，但是一定要注意色彩不要过于眩目，以影响人的视觉。而为了突出特殊功能键及基准键位的位置，可以采用强烈的对比色或在纯度、明度上拉大对比效果，在适度调和的基础上增加对比，包括冷暖色对比、色相对比及明度纯度的对比，从而使整个键盘在视觉上获得好的效果。对于镶嵌于键帽的指示灯的颜色，采用蓝色光，因为蓝色对视觉的刺激较弱，当人们看到蓝色时，情绪较为安宁、祥和，符合人在敲击键盘时的心理需求。对于键帽上面字符的颜色，一定要与键帽的颜色形成强烈的对比，以达到具有较好的易见度和识别度，具体改进如下：

左手：食指：绿色，中指：蓝色，无名指：橙色，小指：粉色

右手：食指：紫色，中指：紫色，无名指：橙色，小指：绿色

右手大拇指：粉色

综合以上设计，得到如下键盘布局：

作者简介：

邢旭阳（1994.06—），男，籍贯辽宁省锦州市，单位沈阳理工大学。

（作者单位：辽宁省锦州市沈阳理工大学）