電腦鍵盤字母排列的優化方法
導語：現如今我們使用的鍵盤大多數都是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方法呢？讓小編帶大家來詳細探討一下
1 .有關課題
1.1 關於內容的大致說明
在此篇論文裡，本人想先通過對於常見的3500個漢字中使用的字母的次數的統計得出字母使用的頻率的高低，來證明現今電腦鍵盤字母排列的合理性，並且與存在但是未經使用的排列方法相比較，探索排列中的函式關係，試圖發現更加便於使用，更加快捷的排列方式。
1.2 電腦鍵盤發展史
電腦鍵盤是從英文打字機鍵盤演變而來的，當它最早出現在電腦上的時候，是以一種叫做“電傳打字機”的部件的形象出現的。
在19世紀70年代，肖爾斯公司是當時最大的專門生產打字機廠家。由於當時機械工藝不夠完善，使得字鍵在擊打之後的彈回速度較慢，一旦打字員擊鍵速度太快，就容易發生兩個字鍵絞在一起的現象，必須用手很小心地把它們分開，從而嚴重影響了打字速度。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。後來，有一位聰明的工程師提出：打字機絞鍵的原因，一方面當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，為什麼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責。
結果，這種“QWERTY”式組合的鍵盤就誕生了，並且逐漸定型下來，後來，由於材料工藝的發展，字鍵彈回速度遠大於打字員擊鍵速度，曾經出現過許多種更合理的字母順序設計方案，但都無法推廣，因為大家已經習慣了這樣的排列。
在60年後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明了一種新的排列方法，這個鍵盤可縮短訓練週期1/2時間，平均速度提高35%。DVORAK鍵盤佈局原則是：1、儘量左右手交替擊打，避免單手連擊;2、越排擊鍵平均移動距離最小;3、排在導鍵位置應是最常用的字母。 比DUORAK鍵盤更加合理、高效的是理連•莫爾特Lillian Malt發明的MALT鍵盤。它改變了原本交錯的字鍵行列，並使拇指得到更多使用、使“後退鍵”Backspace及其他原本遠離鍵盤中心的鍵更容易觸到。但MALT鍵盤需要特別的硬體才能安裝到電腦上，所以也沒有得到廣泛應用。
2 .資料研究
2.1 引言
現如今，社會正處於一個資訊的時代。電腦的使用已經大量的普及，不論是從使用的地域範圍，還是使用的人數的多少來說，電腦都位居前列。對於電腦的大量使用，對於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?這應該是人們的很大一方面的期望。
因此，我現在就想通過用函式的思想來解決這一問題。並且試圖用找到的函式關係來發現更好的排列方法。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
以上是現在電腦鍵盤上字母的排列方式。
有關微軟拼音輸入法：
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，要想統計字母應用頻率，需要把所有常用字的拼音中字母的使用次數統計出來，並按由多到少的順序排列出來，從而看出字母應用頻率的高低，再根據得到的資料在鍵盤上排列字母，使手在輸入時能最大限度的減少移動的距離。
在這裡，我需要定義出一個函式，用來解釋所謂的“使用次數”，同時對字母應用頻率的概念做出定義。
定義1：使用次數
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 資料統計的結果
這裡的資料的統計是指將常用的3500個漢字拼音使用的次數進行統計
將統計出的資料用Excel表格排序後得到下列資料結果：
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 資料分析
由以上資料我可以看出，字母的使用頻率相差十分懸殊：子母i、n、a、u的使用次數超過了一千次;g、h、o、e的使用次數在500到800次之間;z、y使用次數在300到400之間;j、s、l、c、x使用次數在200到300之間。
為字母進行新的排列的時候，我需要考慮到以下幾點：
1、 大部分輸入員都是用右手，即應將使用次說較多的字母儘量排在右手邊;
2、 無名指和小指最無力，並且大拇指已經預設為只負責空格鍵;
3、 運用頻率最高的字母應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有鍵盤上排好後，就可以得出初步的結論。
3 .結論
3.1 有關結論的一些說明
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了多種可能，下面的這組排列方案是本族成員經過討論得出的結論，增加考慮的因素有：
1 .要考慮手指移動的方便程度如現在鍵盤的y手指移動起來就比較困難
發現的問題：
1 .此排列方法以微軟輸入法為標準，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計，但在輸英文時能否起到快捷的作用沒有考慮。
3.2 結果
上面的排列是根據整理到的資料，並經最後的討論得出的最後的研究成果。
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
在證明設計方案的合理性之前，我需要作出幾個新的定義，並寫出一些初步的說明。
首先，為了是問題的研究更簡單些，我預設電腦鍵像表格一樣整齊排列，這對於之後的統計會帶來一些誤差。在研究中暫且忽略掉由此帶來的誤差。
其次，我預設左手小指、無名指、中指、食指依次按在現有鍵盤的“asdf”四個字母鍵上;右手小指、無名指、中指、食指依次按在現有鍵盤的“;lkj”這幾個鍵上。左手食指負責“ftgvbc”中指負責“ed”無名指負責“wsx”小指負責“qaz”;右手食指負責“juyhnm”中指負責“ikm”無名指負責“ol”小指負責“p”。
最後，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
設每個字母的使用次數從a開始到z依次為x1,x2,x3…x26。
手指的位移= 每個手指由規定位置移動到該字母的距離×字母使用次數
例如，左手食指由規定位置即字母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，統計該段文字中的字母使用次數，然後根據資料分別計算出使用現有鍵盤和本鍵盤方案時手的位移大小，然後比較得出結論
4.2 證明
現在選擇一句話來作為例子進行對我找到的函式的和理性的證明。
例句：不在沉默中爆發，就在沉默中滅亡。選自魯迅的《記念劉和珍君》
buzaichenmozhongbaofa,jiuzaichenmozhongmiewang
對例句中出現的字母做統計為：
使用次數 現在使用的鍵盤的 設計的鍵盤
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
通過上述的計算結果可以得知，本組人員設計的電腦鍵盤的排列方法和現在使用的電腦鍵盤的排佇列方法方法相比較，打相同的文字但是本人設計的方案手移動的位移要明顯少於先使用的電腦鍵盤的排佇列方法。而且我選的這個例句是隨便選取的，並非是有意選取的。因而可以說明本人的方法、更加方便快速。當然，還可以選擇更多的句子後文章來檢驗。此處僅以上述一句話為例來進行說明。