單一手機(jī)鍵盤(pán)設(shè)計(jì)問(wèn)題

1、單一功能手機(jī)鍵盤(pán)設(shè)計(jì)問(wèn)題【摘要】：本文針對(duì)“設(shè)計(jì)一個(gè)合理方便的手機(jī)鍵盤(pán)布局”這一目的，從如下的幾個(gè)方面提出了評(píng)價(jià)指標(biāo)。即1、從輸入時(shí)的等待時(shí)間來(lái)進(jìn)行比較；2、從首字母的出現(xiàn)頻率來(lái)進(jìn)行比較；3、從按鍵的分布位置來(lái)進(jìn)行比較，分別建立模型，并在求解的過(guò)程中不斷的加以調(diào)整，以達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。一、我們打算將英語(yǔ)中26 個(gè)字母編為8 組(除2 組有4 個(gè)字母數(shù)外,其余每組均有3 個(gè)字母)，設(shè)計(jì)關(guān)于總等待時(shí)間y 的函數(shù)。先計(jì)算出組等待時(shí)間T ( T = 組內(nèi)任意2 字母排列頻率的總和×單次等待時(shí)間t) ，再將每組的組等待時(shí)間T相加,便得到總等待時(shí)間y = T1 + T2 + + T8 。 然后，比較

2、各種分組中總等待時(shí)間y 的大小,選出最小的y，即為最佳分組。但最后發(fā)現(xiàn)有1.04*1016種選法，計(jì)算量非常大，因此，進(jìn)行了模型調(diào)整。二、建立首字母出現(xiàn)頻率的比較模型，統(tǒng)計(jì)出100個(gè)常用姓氏首字母的出現(xiàn)情況，先確定八個(gè)鍵的第一個(gè)字母，然后比較組合頻率確定第二個(gè)字母的安排情況，同樣方法一直排完所有字母，得到設(shè)計(jì)的鍵盤(pán)情況如右圖：三、我們就老年人的手指狀況、使用的快捷性、舒適度、其他方面，對(duì)手機(jī)設(shè)計(jì)提出了改進(jìn)方案：1、略微增大手機(jī)按鍵；2、將按鍵凸?fàn)钤O(shè)計(jì)；3、采用“鍵點(diǎn)對(duì)應(yīng)”方式來(lái)設(shè)計(jì)多余鍵位；4、采用硅膠設(shè)計(jì)按鍵、磨砂設(shè)計(jì)鍵盤(pán)；5、加強(qiáng)按鍵的透光/鐳射雕刻效果?？v觀全文，我們竭力設(shè)計(jì)了一款更加方

3、便、快捷、更加人性化的老年人專(zhuān)用型手機(jī)，它將更符合老年消費(fèi)者的心聲！【關(guān)鍵字】：數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、等待時(shí)間、單字母頻率、鍵位分布、最佳(差)置位點(diǎn)【問(wèn)題重述】：中老年手機(jī)用戶(hù)常常只使用一些簡(jiǎn)單功能，比如電話(huà)號(hào)碼簿。現(xiàn)行的手機(jī)鍵盤(pán)常按拼音首字母排列號(hào)碼簿，造成個(gè)別鍵對(duì)應(yīng)的姓名極多，重碼現(xiàn)象嚴(yán)重。請(qǐng)為這些用戶(hù)設(shè)計(jì)一個(gè)合理方便的手機(jī)鍵盤(pán)布局：1、設(shè)計(jì)定量評(píng)價(jià)指標(biāo)，描述怎樣才算合理方便？2、根據(jù)評(píng)價(jià)指標(biāo)，設(shè)計(jì)出最優(yōu)鍵盤(pán)布局方案。3、除了滿(mǎn)足這類(lèi)用戶(hù)號(hào)碼簿需求外，你還能在這個(gè)方案基礎(chǔ)上提供哪些讓中老年用戶(hù)更為方便的功能？【模型假設(shè)】：1、假設(shè)手機(jī)鍵盤(pán)的布局拋棄傳統(tǒng)習(xí)慣的影響，即12個(gè)按鍵可有任由調(diào)整；2、假設(shè)手

4、機(jī)鍵盤(pán)的設(shè)計(jì)不受廠(chǎng)商的默認(rèn)設(shè)計(jì)功能的影響；3、假設(shè)使用者不采用公安部統(tǒng)計(jì)常用100姓以外的姓氏；4、表中統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)雖均為頻數(shù),但由于此處的頻率與頻數(shù)成正比. 所以,為了敘述方便和表述明確,以下均使用頻率這個(gè)概念(為簡(jiǎn)化計(jì)算,使用頻數(shù)的數(shù)值)【模型建立與求解】：一、問(wèn)題1：要求設(shè)計(jì)定量評(píng)價(jià)指標(biāo)，來(lái)合理方便的描述手機(jī)鍵盤(pán)的布局。經(jīng)過(guò)分析和查詢(xún)資料，我們發(fā)現(xiàn)可以從以下幾方面進(jìn)行討論：1、從輸入時(shí)的等待時(shí)間來(lái)進(jìn)行比較；2、從首字母的出現(xiàn)頻率來(lái)進(jìn)行比較；3、從按鍵的分布位置來(lái)進(jìn)行比較；對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)的說(shuō)明和定義：1、等待時(shí)間包括單次等待時(shí)間、組等待時(shí)間和總等待時(shí)間三個(gè)方面。單次等待時(shí)間是指：在拼寫(xiě)單詞時(shí)，由

5、于相鄰的2個(gè)字母在手機(jī)的同一按鍵上，在輸入該兩字母時(shí)，必須等待的時(shí)間。組等待時(shí)間是指：26個(gè)字母變?yōu)?個(gè)組，每個(gè)組內(nèi)的單次等待時(shí)間之和?？偟却龝r(shí)間是指：這8個(gè)組的組等待時(shí)間之和。2、首字母的出現(xiàn)頻率：在百家姓中，常用姓氏的拼音的首字母出現(xiàn)的頻率。3、按鍵的分布位置：由于手機(jī)鍵盤(pán)不像電腦鍵盤(pán)，它比較集中和小巧，所以只有12個(gè)分鍵。其中對(duì)于本題目需要考慮的只是09里的八個(gè)鍵。因此，對(duì)于鍵位的不同分布對(duì)于操作人員來(lái)講，在時(shí)間和反應(yīng)上還是有一定影響的。二、問(wèn)題2：要求根據(jù)以上的評(píng)價(jià)指標(biāo)，設(shè)計(jì)出最優(yōu)鍵盤(pán)布局方案。換句話(huà)說(shuō)，就是如何安排26個(gè)字母在8個(gè)按鍵上，使得操作者在查找姓名時(shí)，花費(fèi)的時(shí)間最短。鑒于以

6、上的目標(biāo)，我們進(jìn)行了一系列的分析：1、從按鍵的分布位置考慮：（參考文獻(xiàn)：按鍵位置對(duì)手機(jī)鍵盤(pán)拇指操作績(jī)效的影響何燦群、李宏汀、葛列眾著）作者實(shí)驗(yàn)采用單因素重復(fù)測(cè)量設(shè)計(jì),自變量為0 - 9 共10 個(gè)數(shù)字鍵,每種處理重復(fù)10 次,每名被試總共需要完成10 ×10 次按鍵選擇任務(wù),對(duì)于每次任務(wù),其數(shù)字鍵的分布都是隨機(jī)進(jìn)行的。因變量為被試操作各個(gè)數(shù)字鍵的正確率、反應(yīng)時(shí)和主觀滿(mǎn)意度。實(shí)驗(yàn)中,被試者需用利右手完成按鍵操作任務(wù)。在聽(tīng)到語(yǔ)音提示后,被試者在鍵盤(pán)上按下相應(yīng)的數(shù)字鍵并用拇指按壓表示選中,對(duì)于被試的每次操作,系統(tǒng)會(huì)快速地給予反饋,每次任務(wù)提示完成后才執(zhí)行下一個(gè)操作。為了準(zhǔn)確捕捉到被試者的反

7、應(yīng)時(shí),要求被試者在每次任務(wù)開(kāi)始之前將拇指放到鍵盤(pán)上,在聽(tīng)到提示任務(wù)開(kāi)始之后才能移動(dòng)拇指。與此同時(shí),為了讓被試者盡量能保持實(shí)際操作時(shí)的自然姿態(tài)，對(duì)被試拇指在鍵盤(pán)上的位置沒(méi)有做任何限制。作者在對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析后，得出如下的結(jié)論：各按鍵在手機(jī)鍵盤(pán)中的位置確實(shí)對(duì)操作績(jī)效有較大影響:位于鍵盤(pán)左上區(qū)域的按鍵的操作績(jī)效(反應(yīng)時(shí)較短且正確率為100 % ,“4”鍵除外) 要優(yōu)于下部區(qū)域的操作績(jī)效,左上區(qū)域的操作績(jī)效較高,可能與被試均使用右手操作有關(guān),也符合人眼的視線(xiàn)認(rèn)知移動(dòng)特征。 在主觀評(píng)價(jià)方面,被試者對(duì)鍵盤(pán)中部區(qū)域的按鍵操作比較滿(mǎn)意,對(duì)位于鍵盤(pán)底端和右下端的按鍵(如“0”和“9”鍵)操作感到不太滿(mǎn)意,這可能與

8、被試操作時(shí)的姿勢(shì)有關(guān):被試用拇指操作底部按鍵時(shí),指關(guān)節(jié)要向內(nèi)屈縮,這在一定程度上限制了指關(guān)節(jié)的靈活運(yùn)動(dòng)。2、從輸入時(shí)的等待時(shí)間考慮：由于手機(jī)鍵盤(pán)中8 個(gè)按鍵上字母分別有3 、3 、3 、3 、3 、4 、3 、4 個(gè),因此將英語(yǔ)中26 個(gè)字母編為8 組(除2 組有4 個(gè)字母數(shù)外,其余每組均有3 個(gè)字母) . 為使等待時(shí)間最短,設(shè)計(jì)下列關(guān)于總等待時(shí)間y 的函數(shù).將26 個(gè)英語(yǔ)字母按上述要求任意編為8 組,按照資料中統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù),將每組中(即每個(gè)按鍵上) 的任意2 個(gè)字母進(jìn)行排列,根據(jù)統(tǒng)計(jì)時(shí)的頻率(此處為簡(jiǎn)化計(jì)算,使用頻數(shù)的數(shù)值,下同) ,計(jì)算出該組的組等待時(shí)間T ( T = 組內(nèi)任意2 字母排列頻

9、率的總和×單次等待時(shí)間t) 。再將該分組中,每組的組等待時(shí)間T相加,便得到總等待時(shí)間y = T1 + T2 + + T8 .計(jì)算出所有分組情況下的總等待時(shí)間y , 比較各種分組中總等待時(shí)間y 的大小,選出其中y 最小時(shí)的分組. 那么,該分組情況,即為資料中所表現(xiàn)出的,該形式手機(jī)鍵盤(pán)的, 等待時(shí)間最短的分組, 即為最佳分組。經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的計(jì)算,不久便發(fā)現(xiàn),要實(shí)現(xiàn)這個(gè)理想模型,存在著許多問(wèn)題. 下面,我們對(duì)分組情況進(jìn)行簡(jiǎn)單的統(tǒng)計(jì). 分組要求:將26 個(gè)字母任意編為8 組,每組分別有3 、3 、3 、3 、3 、4 、3 、4 個(gè)字母. 這個(gè)要求看似很簡(jiǎn)單,可實(shí)際計(jì)算時(shí),數(shù)字卻十分驚人.首先,

10、我們先選擇第1 組的3 個(gè)字母. 因?yàn)橐还灿?6 個(gè)英語(yǔ)字母,從中不計(jì)順序地選擇3 個(gè),共有種可能性。再選擇第2 組的3 個(gè)字母共有 種可能性. 同理,選出剩余4 個(gè)含有3 個(gè)字母的組,依次有,種可能性. 根據(jù)乘法原理,上述6 組共有* (記為n) 種選法(考慮順序)。又由于以上6 組不分先后,所以,上述6 組共有種選法。 同理,剩余2 組含有4 個(gè)字母的組共有種選法. 綜上所述,按照分組要求,將26 個(gè)字母任意編為8 組,共有*= 1.04*1016種選法.由此可見(jiàn),對(duì)于如此龐大的計(jì)算量,很難進(jìn)行后續(xù)工作。3、從首字母的出現(xiàn)頻率考慮：經(jīng)公安部對(duì)全國(guó)戶(hù)籍人口的最新（2007年4月）統(tǒng)計(jì)分析顯示

11、：王姓是中國(guó)第一大姓，有92881萬(wàn)人，占全國(guó)人口總數(shù)的725；第二大姓是李，有92074萬(wàn)人，占全國(guó)人口總數(shù)的719；第三位是張姓，有87502萬(wàn)人，占全國(guó)人口總數(shù)的683。姓氏人口總數(shù)在2000萬(wàn)人以上的姓有10個(gè)，依次為：王、李、張、劉、陳、楊、黃、趙、吳、周；姓氏人口少于2000萬(wàn)人多于1000萬(wàn)人的姓氏有12個(gè)，依次是：徐、孫、馬、朱、胡、郭、何、高、林、羅、鄭、梁。位列前100名的姓氏還有：謝、宋、唐、許、韓、馮、鄧、曹、彭、曾、肖（蕭）、田、董、袁、潘、于、蔣、蔡、余、杜、葉、程、蘇、魏、呂、丁、任、沈、姚、盧、姜、崔、鐘、譚、陸、汪、范、金、石、廖、賈、夏、韋、付、方、白、鄒、

12、孟、熊、秦、邱、江、尹、薛、閆（閻）、段、雷、侯、龍、史、陶、黎、賀、顧、毛、郝、龔、邵、萬(wàn)、錢(qián)、嚴(yán)、覃、武、戴、莫、孔、向、湯。以上100個(gè)姓氏總?cè)丝谡既珖?guó)人口的8477。其中，常用的二十個(gè)姓分別是：王、李、張、劉、陳、楊、黃、趙、周、吳、徐、孫、朱、馬、胡、郭、林、何、高、梁。其中再根據(jù)它們的首字母，畫(huà)出如下直觀圖：過(guò)程分析：1、 在從常用的20大姓首字母中選出，出現(xiàn)頻率最大的8個(gè)首字母，列于下表中：常用20個(gè)姓氏首字母的前8強(qiáng)12345678lzhgwyxm2、 接著，我們就公安部統(tǒng)計(jì)的100個(gè)姓氏按照首字母進(jìn)行了整理，羅列在下表中：100個(gè)姓氏首字母的統(tǒng)計(jì)表首字母頻數(shù)首字母頻數(shù)a0n0

13、b1o0c5p2d6q3e0r1f4s7g4t6h7u0i0v0j5w7k1x8l12y9m4z8說(shuō)明：在上表中統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)雖均為出現(xiàn)頻數(shù),但由于此處的頻率與頻數(shù)成正比. 所以,為了敘述方便和表述明確,以下均使用頻率這個(gè)概念(為簡(jiǎn)化計(jì)算,使用頻數(shù)的數(shù)值)。為了更加直觀的比較出100個(gè)姓氏首字母的使用情況，根據(jù)表中數(shù)據(jù)畫(huà)出如下的圖：3、將20個(gè)常用姓氏的首字母的前八個(gè)放在8個(gè)鍵位的第一位。剩余字母中,選出單個(gè)字母出現(xiàn)頻率最高的字母(即在全部的26 個(gè)字母中,單個(gè)字母出現(xiàn)頻率排在第9 位的字母) ,讓該字母依次與上述8 個(gè)按鍵中的首個(gè)字母(即單個(gè)字母出現(xiàn)頻率排在前8 位的字母) 相交. 比較相交的結(jié)

14、果,從中找出所有相交的數(shù)值最小的. 然后,將該字母放于與之相交所得數(shù)值最小字母的按鍵上,并排列在按鍵中的首字母之后,作為此按鍵的第2 個(gè)字母。字母組合lszshsgswsysxsms頻數(shù)8456492849635628發(fā)現(xiàn)最小的是gs和ms，但由于g的排名先于m，所以，應(yīng)該取ms；同樣的方法，來(lái)進(jìn)行其他七個(gè)首字母的組合，字母組合ltzthtgtwtytxt頻數(shù)72484224425448最小為gt，所以，應(yīng)該取gt；字母組合ldzdhdwdydxd頻數(shù)724842425448最小為hd和wd，由于h的排名先于w，所以，應(yīng)該取wd；.接著，采用同樣的方法將其余的首字母進(jìn)行組合，最后，整理記錄在下

15、表中：lpzfhcgtwdyqxjms再?gòu)氖Ｓ嘧帜钢?選出單個(gè)字母出現(xiàn)頻率最高的字母,讓該字母依次與每一個(gè)按鍵上的每一個(gè)字母相交。 分別統(tǒng)計(jì)該字母與每個(gè)按鍵上的字母相交之和,比較它們和的大小,從中選出所交和最小的,并將該字母放于該按鍵所有字母之后。同理,排列好每個(gè)按鍵上的3 個(gè)字母。字母組合lprzfrhcrgtrwdryqrxjrmsr頻數(shù)2432352442274028最小為gtr,所以，應(yīng)該取gtr；.在通過(guò)同樣的方法將其余的首字母進(jìn)行組合直到姓氏為0時(shí)停止，最后，整理記錄在下表中：lpbzfhcgtrwdyqkxjms下面的是的幾個(gè)首字母在常見(jiàn)的100個(gè)姓氏中沒(méi)有：aeinouv4、考

16、慮鍵位的置位問(wèn)題，是要結(jié)合前面討論過(guò)的那個(gè)結(jié)論：如右圖，鍵位的最佳點(diǎn)置位點(diǎn)是5，其次是左上角的1、2、4最差置位點(diǎn)的點(diǎn)是0、9；所以，綜合以上考慮，鍵盤(pán)的初步設(shè)想是：zfhcxjgtrlpbmswdyqk最后，還要將余下的字母填入進(jìn)去，考慮到在漢字里面 n經(jīng)常做首字母，所以將它放在zfn位置，o和u應(yīng)該放開(kāi)放置，同時(shí)他們也比較常用，所以安排在:hco和wdu,v在拼音里最少用放在msv，a和e在漢字你好像不同時(shí)用，所以xjae；最后一個(gè)是msiv； 即：1zfn2hco3xjae4gtr5lpb6msiv7wdu8yqk9*0三、問(wèn)題3、要求除了滿(mǎn)足這類(lèi)用戶(hù)號(hào)碼簿需求外，在這個(gè)方案基礎(chǔ)上提供一

17、些讓中老年用戶(hù)更為方便的功能。我們可以從下面的這幾個(gè)方面給出改進(jìn)方案：1、從老年人的手指狀況考慮：據(jù)我們所了解：人到老年時(shí)，手指會(huì)或多或少的出現(xiàn)一些狀況，譬如，手指僵硬、麻木，甚至個(gè)別的會(huì)出現(xiàn)關(guān)節(jié)腫大、手指變形等。所以，我們?cè)O(shè)計(jì)的手機(jī)鍵盤(pán)不能像市場(chǎng)上青少年使用的那種小巧、玲瓏型，要求它應(yīng)符合老年人的手指狀況：1、我們可以將手機(jī)按鍵設(shè)計(jì)的略微大一點(diǎn)；2、我們手機(jī)鍵盤(pán)的按鍵最好是呈凸?fàn)睿?、從使用的快捷性考慮：正如前文所說(shuō)，老年人的手機(jī)多用來(lái)進(jìn)行通訊，他們甚至都很少用來(lái)發(fā)短信，所以，對(duì)于手機(jī)來(lái)說(shuō)應(yīng)該提供他們一種更加快捷的查找聯(lián)系人的方式。除了前面所討論的從鍵位字母的排列順序入手，還可以采用“鍵點(diǎn)對(duì)

18、應(yīng)方式”設(shè)計(jì)多余鍵位，即如前面的9鍵來(lái)講，可以編一個(gè)程序，使得當(dāng)按下鍵時(shí)，屏幕上會(huì)調(diào)用出：常見(jiàn)的聯(lián)系人名單（通常這些名單是由自己添加的）；3、從舒適度來(lái)考慮：對(duì)于現(xiàn)在市場(chǎng)上所提供的一般性手機(jī)，鍵盤(pán)以及按鍵的設(shè)計(jì)材料多數(shù)是塑料制品。我們可以這對(duì)這一點(diǎn)將按鍵用硅膠設(shè)計(jì)，鍵盤(pán)底可用帶磨砂的材料設(shè)計(jì)；理由如下：1、用硅膠設(shè)計(jì)按鍵可以使人在觸摸上有一種舒適感和自然感；2、老年人的皮膚由于歲數(shù)的原因，使得粘度和彈性下降，加上手指的握力也在遞減。采用磨砂可以有效的增加摩擦力，使得對(duì)手機(jī)的持握度變強(qiáng)；4、從其他方面考慮：拋開(kāi)單純的手機(jī)鍵盤(pán)方面，我們認(rèn)為作為老年人的專(zhuān)用手機(jī)，還應(yīng)該具有下面的特點(diǎn)：1、手機(jī)的聲音功能有好，隨著聽(tīng)力系統(tǒng)的減弱，一個(gè)好的發(fā)聲系統(tǒng)對(duì)老年人的接聽(tīng)?zhēng)椭€是很大的；2、老年人手機(jī)鍵盤(pán)可以在透光/鐳射雕刻方面做得更好一點(diǎn)，方便在夜間的使用；3、老年人的記憶系統(tǒng)也是在不斷的下降，加上他們的服飾著裝（傳統(tǒng)而且不像青少年那樣具有多而大的口袋），手機(jī)的丟失還是屬于比較正常不過(guò)的事情。所以，手機(jī)生產(chǎn)方應(yīng)考慮減少不必要的功能，譬如GAMES、GPS、GPRS、PHOTOES等娛樂(lè)功能，從而使得價(jià)格上進(jìn)行調(diào)整，打造“用的起、丟的起”的老年人專(zhuān)用手機(jī)。【模型的評(píng)價(jià)與推廣】：本文中我們就提出的問(wèn)題，選出了評(píng)判指標(biāo)“等待時(shí)間、首字母出現(xiàn)頻率、按鍵分布位置”，來(lái)綜合考