CN114546127B - 基于声韵母布局的键盘设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了计算机设备技术领域的基于声韵母布局的键盘设计方法，包括键盘，所述键盘的输入组件上设置有声韵母字符及标点符号字符；本方案针对使用双拼简化加速打字速度的文字编辑工作者，依据斤千万字的小说、新闻等材料，以及利用相关性矩阵判定声母、韵母的关联程度，根据人体工程学文献，分析声韵母排布次序，制作出声韵母的排布图，并且在计算出声韵母之间相关性之后，根据人体工程学中左右手交替率的平衡原则，声韵母布局按照工作强度大小各个手指合理分配，将该声韵母键盘设计的布局应用到现有键盘上，对应将现有键盘的键位改成了声母以及韵母，从而提高中文输入速度，减少在码长出错率、疲劳度、左右手交替率。

Description

基于声韵母布局的键盘设计方法

技术领域

本发明涉及计算机设备技术领域，具体为基于声韵母布局的键盘设计方法。

背景技术

目前键盘基于英文输入法的qwerty键盘布局，是面向英文输入设计的，而对于中文输入并不高效，其主要缺点在于打字速度慢，针对中文输入特点，我们设计了一种基于声韵母关联性的声韵母键盘布局设计方案，并依据此方案设计出了面向高效中文输入的键盘布局，为此，我们提出基于声韵母布局的键盘设计方法。

发明内容

本发明的目的在于提供基于声韵母布局的键盘设计方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：基于声韵母布局的键盘设计方法，包括键盘，所述键盘的输入组件上设置有声韵母字符及标点符号字符；

所述声韵母字符及标点符号字符的布局设计步骤如下：

步骤一：目标用户数据调研；

步骤二：声韵母输入数据集收集，并分析算法；

步骤三：声韵母输入数据清洗，分词操作得到词汇序列；

步骤四：将词语中包含的前后两个声母提取出来，计算每一个不同的有序二元组出现的频率，并根据统计绘制相关性矩阵，直观的对声母之间的相关性进行分析；

步骤五：声韵母输入手指敲击难易度数据调查，声韵母输入手指灵活程度所能承担的负荷量数据调查，根据人体工程学中左右手交替率的平衡原则，声韵母布局按照工作强度大小各个手指合理分配；

步骤六：对应将键位改成了声母以及韵母。

优选的，所述键盘的输入组件为键帽。

优选的，所述步骤一内的目标用户为使用双拼简化加速打字速度的文字编辑工作者。

优选的，所述步骤二中数据收集包括抓取了新闻、博客、小说三类资料近千万字材料，统计出各个声韵母数量，以及利用相关性矩阵判定声母、韵母的关联程度。

优选的，所述步骤三中声韵母输入数据清洗包括筛选出乱码、错别字、英文输入等不符合需求的数据，并将满足条件的数据利用python读取拼音字典的发音规律进行相对应的转码得到所需要的声母韵母。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本方案针对使用双拼简化加速打字速度的文字编辑工作者，依据斤千万字的小说、新闻等材料，以及利用相关性矩阵判定声母、韵母的关联程度，根据人体工程学文献，分析声韵母排布次序，制作出声韵母的排布图，并且在计算出声韵母之间相关性之后，根据人体工程学中左右手交替率的平衡原则，声韵母布局按照工作强度大小各个手指合理分配，将该声韵母键盘设计的布局应用到现有键盘上，对应将现有键盘的键位改成了声母以及韵母，从而提高中文输入速度，减少在码长出错率、疲劳度、左右手交替率。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明声韵母布局示意图；

图3为本发明调研统计数据示意图；

图4为本发明调研统计数据示意图；

图5为本发明调研统计数据示意图；

图6为本发明数据爬取部分代码示意图；

图7为本发明数据清洗部分示意图；

图8为本发明数据清洗部分示意图；

图9为本发明声母数据清洗统计示意图；

图10为本发明韵母数据清洗统计示意图；

图11为本发明查阅文献内容示意图；

图12为本发明查阅文献内容示意图；

图13为本发明数据分析部分代码示意图；

图14为本发明声韵母布局统计示意图；

图15为本发明声韵母布局统计示意图；

图16为本发明查阅文献内容示意图；

图17为本发明查阅文献内容示意图。

图中：1、键盘。

具体实施方式

实施例一

请参阅图1-17，本发明提供一种技术方案：

基于声韵母布局的键盘设计方法，本方案种提出的新型键盘外观如说明书附图1所示，通过在键盘1的键帽上设置声韵母字符及标点符号字符，使得键盘1方便中文输入；

本方案通过在市场上常见的QWERT键盘布局的键盘上的进行改动，将传统键盘上键帽表面的英文字符替换为声韵母字符及标点符号字符，使得本方案的键盘设计更加方便中文的输入。

目前市面上键盘上的字母布局都是针对英文输入法，至今未出现专为中文输入设计的布局，该项目摒弃在英文输入的单字母拼写模式，而根据中文拼写习惯并结合汉语输入以词为主的特点，设计出声母-韵母输入模式，加入了复韵母字符，去掉英文输入的特殊符号，利用算法计算各声母的权重，结合人体工程学设计出中文键盘布局。

经调查研究后发现，使用双拼简化加速打字速度的文字编辑工作者占大多数，而我们的键盘可以加速双拼的打字速度，提高中文输入速度。

同时，我们抓取了新闻，博客，小说三类资料近千万字，统计出各个声韵母数量，以及利用相关性矩阵判定声母，韵母的关联程度，根据人体工程学文献，分析声韵母排布次序，制作出声韵母的排布图。

首先针对特定用户和市场，即需要运用大量中文来进行打字工作的人群(社报编辑，中文小说作者)等，进行了调查问卷的分析，调查问卷显示结果如说明书附图3-5所示。调查问卷显示，在面向特定用户中，78.85％的人认为现有的英文布局键盘输入汉字的效率低下，人们普遍为熟悉英文键盘的布局却无法更好的提高效率，而针对这部分群体我们进行了第二次问卷发放，探究其是否愿意接受中文键盘布局，其中63.83％的用户认为只要是能提高码字效率是愿意接受使用中文键盘布局的，其中大部分文字编辑工作者使用双拼，从调查报告中我们得出结论：该项目具有良好的市场前景。

然后我们继续针对特定目标用户，对数据集(相关作品，文稿等)进行收集，使用Beautifulsoup模块进行文本数据的爬取，我们根据顺序或关键字信息进行爬取。我们指定遍历的页数，就可以爬取指定网站的内容并写入本地。

其部分代码如说明书附图6所示。

之后将所获数据集进行清洗，筛选出乱码，错别字，英文输入等不符合需求的数据，并将满足条件的数据利用python读取拼音字典的发音规律进行相对应的转码得到所需要的声母韵母，其部分代码如下说明书附图7-8所示。

结果如说明书附图9-10所示。

然后我们查阅了相关文献(《英文输入用键盘布局的改》文章编号：1000-7024(2004)01-015304-04)中有记载“字母区呈左右对称故只需研究一侧即可另一侧根据人手指在击键时特点1、2即可相应推出在此选定右侧根据击键时手指和手掌运动的4类情况可以先将自然键盘的字母区划分出一些基本区域对于第1类情况可以得出基本键位4个RMZ，RM3，RM4和RMS即右手手指在击键时初始放置的键位(见说明书附图11中图4右侧的中排浅灰色区域)；对于第2类情况结合特点35可以得出食指缩回击打的一个键位RDZ以及中指和无名指伸展击打的两个键位RU3和RU4总共3个键位由此可以得出包括4个基本键位在内的7个扩展基本键位(见说明书附图11中图4右侧的全部浅灰色区域)所组成的扩展基本键位区；对于第4类情况可以得出相应的最难使用键位区(见说明书附图11中图3右侧的左上角深灰色键位)；最后得出对应于第3类情况的普通键位区即由除去扩展基本键位区和最难使用键位区以外的其余5个键位RUZRMIRDIRD3和RD4组成的区域对于普通键盘字母区因为该字母区左侧并不符合人左手击键时的自然角度不呈左右对称故需要比照自然键盘各键位的使用难易顺序做一些调整譬如对于字母区左侧的扩展基本键位区因为左手食指缩回击打并且不牵动手腕的那个键位并不存在故减少一个扩展的基本键位(见说明书附图11中图6左侧全部浅灰色区域)，对于自然键盘的扩展键位区各键位数字按食指中指无名指和小指负责击打的顺序依次增大这是出于特点4非基本键位区的键位数字均大于相应的基本键位区的键位数字(相应是指由同一手指负责击打)这是出于情况2另外值得注意的是小指负责击打的键位数字最大这是因为特点6相应地最难使用键位区和普通键位区内部各键位的使用难易程度可以类似得最后，根据特点1和2可以相应得出自然键盘左侧各键位的使用难易程度参见说明书附图11中图4左侧的数字大小普通键盘字母区各键位的使用难易程度也可类似推出见说明书附图11中图6中的所有数字”。

基于文献中键位区各键位使用的难易程度，将我们进行分析过后所得到的声母放在了键位中容易的地方，因为基于本项目基于对词语输入为基础，韵母大部分则只需按tab键进行补全。

并且在键位设计安排中，我们也考虑了人体工程学中各手指的灵活程度所能承担的负荷量，参考文献为《关于中文拼音输入法键盘字母布局的探究》文章编号:1003-0077(2010)06-0108-06，里面记载“对于各手及各个指据其灵活度及所能承担的负荷和出现频率高低，按食指、中指、无名指、小指布；根据工程心理学实验数据，同一手指敲击键盘运动的间隔平均为0.09s，同一手的不同手指之间敲击运动的间隔平均为0.03s，不同手的手指之间敲击运动的间隔平均为0.02s，左右手交替敲击键盘的效率高于单手连续敲击键盘的效率，且此种情况手指更不易疲劳，因此要尽量使敲击动作在左右手中交替进行”，记载数据如说明书附图12所示。

其次我们在考虑常见声母统计时，为了能将更多汉字的声母排放到更适合的位置，需要尽可能满足交替率的值趋近于1，参考文献为《关于中文拼音输入法键盘字母布局的探究》文章编号:1003-0077(2010)06-0108-06，其中记载“设左键区为A区，右键区为B区，某一个汉字的拼音为a1a2…ai…an，其中ai∈{a，b，c，…，z}，拼音长度a1a2…ai…an<7，i＝1，2，…，n，n∈N+，若ai出现在A区，ai+1出现在B区，则称某字符合左右手交替进行，符合左右手交替进行的汉字数p与总汉字数q的比值称为交替率”。在此处我们借鉴了交替率，考虑到左右手搭配情况下声母组合可以带动更多的词语也就是更多的汉字从而满足交替率的值尽可能趋近于1，我们通过python进行大量数据集进行分析，其部分代码如说明书附图13所示。

统计出所有二字词的生母相关性，构建相关性矩阵。并根据这个统计结果对键盘布局进行初步设计，显示结果如说明书附图14-15所示，图示中颜色较深区域为声母组合中可以出现更多词语我们会将这些声母放在更为合理的地方。

再继续，我们对人体工程学进行了进一步的研究，参考文献为《关于中文拼音输入法键盘字母布局的探究》文章编号:1003-0077(2010)06-0108-06，其中记载“由于在能够承受的负荷上:右手>左手理论上右键区的工作量应大于左键区，但实际是右键区可排布拼音字母的键位数为11个，左键区为15个，而根据排布用程序计算出的左右键区静态工作量由说明书附图16中表5、表6表示，用程序计算出中排上排下排的静态和动态工作量，详见说明书附图17中的表7、表8。”由图数据显示，在工作量上左键区大于右键区是合理的，但不宜超过太多；在工作量上:中排>上排>下排是合理的。我们在键盘布局中也将此作为布局的重要因素之一。

故目前设计出了说明书附图1中的声韵母字符布局。

综上所述，本方案的设计思路为：

一、确定了特定的用户群体，在国家统计网，CNKI等正规网站进行语料数据的收集，作为经验性统计分析的数据集，通过数据清洗，分词等技术手段，分别统计出了二字词，多字词的词频，并构建了从汉字到拼音的字典，将汉字映射到拼音；

二、利用统计学原理分析词汇中声韵母之间的相关性，依据其依赖关系的强弱及出现频率，决定对应键位的重要性；

三、结合传统键盘布局各键位使用的难易程度，人体工程学中各手指的灵活程度及对应承载的负荷量，综合设计出理论可使手指更不易疲劳，具有较高交替率的基于声韵母键位的键盘布局；

四、分析算法：我们针对需要进行布局设计的一类人群收集文本数据，映射到对应的拼音序列和声韵母序列。之后使用TextRank算法将拼音序列转换为有向权图。利用投票机制对文本中的重要成分进行排序，仅利用当前文档本身的信息就可以实现关键词的排序。而我们需要的并不是最终提取出的关键词，而是将模型在迭代训练过程中学习到的无向权图进行提取，以此作为键盘布局的参考；

五、具体实现上，我们针对每一份原始文本数据，进行分词和词性标注，过滤停用词，完成向拼音序列的过度，目的是完成基于拼音中基于声韵母之间相关程度的排序。这种序列的输入对TextRank原本句子层面的分析进行了进一步的细化，将拼音序列中n个连续声韵母组合作为元数据，考察声韵母之间的共现程度。首先将完成映射的拼音序列作为模型输入，进行序列标注，构建有关声韵母的无向图G＝(V，E)，其中其中V为节点集，由所有的声韵母组成，E为边集，表示所连接节点之间的相关程度。然后采用共现关系(co-occurrence)迭代计算两点之间的边，这里的任意两个节点之间必然存在联系，而我们的模型则是要通过拼音序列的输入学习出节点之间关系的强弱。而共线窗口大小K的设置，要作为超参数通过实验进行评估。根据公式，迭代传播各节点的权重，边的权重。直至收敛.另一方面，我们脱离在句子层面的相关性计算，直接在全局的上下文上计算不同声母的相关性；

六、落实到实现上，我们首先仍然通过数据清洗，分词操作得到词汇序列。之后将词语中包含的前后两个声母提取出来，计算每一个不同的有序二元组出现的频率，并根据统计绘制相关性矩阵，直观的对声母之间的相关性进行分析。

七、输入法基本使用规则:在我们计算出声韵母之间相关性之后，根据人体工程学中左右手交替率的平衡原则，我们希望用户左手输入声母之后，用右手输入韵母，或者右手输入声母之后，左手输入韵母，根据左右手工作量平衡原则，这样设计合理的排布了左右手工作量，致使左右手工作量大致相同，并且各个手指按照工作强度大小合理分配。同时我们在布局上按照各个手指的工作强度进行了合理的分配。

八、字母键位排布设计思路：我们的输入分为声母和韵母，对应将键位改成了声母以及韵母。声母整体位于键盘的上部。通过直接输入声母，使用补全键补全的方式输入韵母。

九、基于这种布局设计思路，我们将这种键盘布局设计方式与全拼和双拼方式进行了对比：

1、对比双拼

并不需要记忆双拼中特有的韵母位置映射，这些在我们键盘布局中以不同的键位进行了直观的表示；

2、对比全拼

设计的基于声韵母布局的键盘在码长出错率(码长是输入一个字需要按键的次数，如：张，zhang全拼码长为5，而本申请中的新型键盘只需要zh和ang，码长为2)、疲劳度、左右手交替率三个方面均优于全拼。通过逻辑分析，我们认为造成这种差异的主要原因是平均码长的大幅度降低，输入相同的内容，全拼的按键次数要比基于声韵母的方式多，在按键速度一定的前提下，全拼一定更慢，全拼输入次数多，所以出错需要修改的可能性也更大。

Claims (5)

1.基于声韵母布局的键盘设计方法，包括键盘(1)，其特征在于：所述键盘(1)的输入组件上设置有声韵母字符及标点符号字符；

所述声韵母字符及标点符号字符的布局设计步骤如下：

步骤一：目标用户数据调研；

步骤二：声韵母输入数据集收集，并分析算法；

步骤三：声韵母输入数据清洗，分词操作得到词汇序列；

步骤四：将词语中包含的前后两个声母提取出来，计算每一个不同的有序二元组出现的频率，并根据统计绘制相关性矩阵，直观的对声母之间的相关性进行分析；

步骤五：声韵母输入手指敲击难易度数据调查，声韵母输入手指灵活程度所能承担的负荷量数据调查，根据人体工程学中左右手交替率的平衡原则，声韵母布局按照工作强度大小各个手指合理分配；

步骤六：对应将键位改成了声母以及韵母。

2.根据权利要求1所述的基于声韵母布局的键盘设计方法，其特征在于：所述键盘(1)的输入组件为键帽。

3.根据权利要求1所述的基于声韵母布局的键盘设计方法，其特征在于：所述步骤一内的目标用户为使用双拼简化加速打字速度的文字编辑工作者。

4.根据权利要求1所述的基于声韵母布局的键盘设计方法，其特征在于：所述步骤二中数据收集包括抓取了新闻、博客、小说三类资料，统计出各个声韵母数量，以及利用相关性矩阵判定声母、韵母的关联程度。

5.根据权利要求1所述的基于声韵母布局的键盘设计方法，其特征在于：所述步骤三中声韵母输入数据清洗包括筛选出不符合需求的数据，并将满足条件的数据利用python读取拼音字典的发音规律进行相对应的转码得到所需要的声母韵母。