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1、键位相关速度当量的研究中文信息第4卷第4期JOURNALOFCHINESEINFORMATIONPROCESSING键位相关速度当量的研究陈一凡张鹿(北京信息工程学院)周志柱(北京电子技术服务中心)【摘要】本文从二百多万个实验数据中统计分析出通用小键盘连续击键键位相关速度当量矩阵.键住相关速度当量表是优化汉字键盘输入键住设计曲人机I程基础据,也为自动测定汉字键盘精八方法速度素质提供了科学依据.本文还介绍7采集数上述数据的实验设计原理和数据处理所采用的方法.(关键词:键位相关速度当量,最小值归一,时间相对值.)一,键位相关速度当量在设计汉字键盘输入系统的键位分布,为了提高击键速度,目前通常采用的
2、原则是:1.尽量做到左右手交替击键2.食指,中指,无名指,小指的击键额度依次降低3.中间键位安排使用频度高的码元4.尽量减少同一手指的越排操作.这些原则与人们的直观感觉t双手交替击键快于单手操作;食指动作敏捷,小指迟钝等相一致.然而上述原则并没有给出快慢量的差别,从而无法确定键位设计量化的合理性指标.某些文献曾发表过各个手指击键速度的定量比较,如以右手食指的击键时间为1.0,则右手小指的击键时间为1.4,左手小指的击键时间为1.5.然而这些孤立的数据只能作为设计的参考而不能作为依据.键位相关速度当量为连续击键过程中两键之间击键时间的相对值,无量纲.只有铡定连续击键过程中键位相关速度当量才能为评
3、测汉字输入系统键位分布台理性和进行键位分布设计提供更为有效的数据.为了得到通用小键盘键位相关速度当量表,选用了30名指法标准训练有素的中,英文专业操作员,使用专门设计的输入文本和数据采集软件,从二百多万个数据中得到表l键位相关速度当量.表中的数据为连续击键的时间相对值,采用向最小值归一,即击键速度最快的键位搭配的击键相对时间为1.0.表的纵坐标表示先行键,横坐标表示后续键.丰文1990年g月1日收到I2由表l我们应对上面提到的设计键位分布的原则作较大的修正,并给出了量的比较1.左右手交替击键速度最快,速度当量多数为1.0一1.2之问2.同指连续击键多数为1.3;3.食指,巾指,无名指,小指,姆
4、指在左右手交替击键和同指连续击键时它们之间无明显差异;4.同手连续击键的击键速度较慢,速度当量在1.52.5之间,反映了各个手指在同手操作时的灵活性不同和键位位置对击键速度的影响5.空格键尽管总是处于左右手交替操作的位置,但由于它的惯性大于其它键位和姆指击键时的接触位置等原因,无论先击还是后击,速度当量均为1.5左右.表l所示的人一机工程学基本实验数据,为汉字键盘输入方法键位设计提供科学依据.下面介绍键位相关速度当量数据采集的实验设计和数据处理方法.二,键位范围的确定确定原则1.能复盖多数汉字键位输入系统;2.鉴于目前通用小键盘国际和国内均没有标准化,因此对某些位置不确定的键位(如;一1)不于
5、采集.1.J根据以上原则,选定26个字母键,lO个数字键,9个符号键,空格键共46个键位问的相关连击作为采典范围.除了功能选择键和控制键外,这46个键位的使用复盖了绝大多数汉字输入系统使用的键位.键位分布如图一.i.selsl.o一.1wjRTYuff0fPJisIorIclH:Ixl;I!zxIclvIn.lMl,?/spaeBar三,数据采集原理在采集数据用的Pc机系统中有一个由8253做计时器的时钟,基准时钟频率1.19MHz,在正常情况下,通道0做计算机的系统时钟,每钟中断l8.2次,为系统软件提供时钟计时.由于我们采集连续快速击键两键间的时间过程中需要中断频率更高的时钟计算,为此我们
6、将时钟计算器初始化为每秒中断400次,这样键盘上的每个键位被按下时,时钟计数器单元记录下该键位被按下时间t,采集软件同时记下被击键的位置,这样即可测出我们所要的测政A.1.31.8B.1.61.3C.1.61.6D,1.41.7B.1.51.813,l1.3L_8G.1.41.8I-It1.21.2l1.2l_2JlL_11.2K.1.21.1L.1.21.2M1.21.1N-1.21.20,1.11.1Pl111.1q.1.91.9It.1519S.1.617T.1_51.9Ut1.1I.1VI1.51.8W.1.81.9X_1.715Y1.21.1Z.1.81sO_1.11.11l2.22
7、.22-2.02.23lL_72.04-1.62.15lL_72.06l1.3137,1.21.28ll_2l_29l1.21.I,l1.21.2.1I.11l/l1.21.2【l1.212l1.21.2jl1.212-1.212一-1.2L_2=l1.21.2_1.41.414.1l91.1.51.71.11.619151.11.1.12.22.11.92.11.91.211111.1111.1I.2】.11.31.51.51.1.91.61.51.3L_51.41.31.41.61.1121.t1.11.11.2111.11.11.21.11.11.1l_O1.71.6.41.71.515
8、1_41.7l_l1.11.6L_71.5L_6181.71.8-1.71.11.12.12.01.81.91.81.91.B1.91.11.21.11.11.11l1.11.21.2111.11.11.11.21.11.11.21.31.21.21.1121.1.41.21.21.31.112111.11.71.71.51.71.11.81.61.51.11.71.11.91.81.B1.91.81.41.21.21.2I.21.11.21.21.21.21.21.21.31.3键位相关UVWT丧SRQPONMLKJ【HGFEDCBB886445112l2Z1135752;93tZl766Z
9、ZZ222;32Z23j;mmmm=三卅=三mJJJn一_:J111l1ll111l1l1l11ll11ll11l2111111ll1112ZZZ2221D2Ol011;336668912l17lll7lllll11O980679238O343l11llll11l111ll1l1ll11l11t2lllll2112ll1221Z22lL2llO1l65356665616ltD8O9lll1l98788881789O.LLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLJJJJJJJJJJ口:l1lll11lll1lll1;1llllllll11l111l111l2l2l122lmmmM
10、=三=三m卅”:耋mmmmmm_一i988221222221lCB0l6l5l6l32121lll122Z221l1l1l11l1111ll122l2ll21l1lZ222211l11l1l1l/9B765l$2l表0量z当度速x3223534332223233144332l333d2334443343333443353,_._,_iiii;i;!;l24l12l280811D99912226l228l7l1ll18B002227BO963e-._11l11l112122211111lll1l1l11llll1l122222ll2llll221222288010998233352$262723
11、332;783238DOD4B6_1l111ll1l12221111l111111lll1l11111112;1222lt12l12lO178687799111171117ll1111lg0020988942O_a1l11ll1ll11l111l1ll1111lll21111ll2222ll11ll22132222226868792l22612272O22222ODD209090490O5_l111111111l11111l11l111lll2ll111222221l121l22111lll1l8989D99080l1l7ll29ODlllll191111O6400B4-_._._l11l11
12、1ll112112l1l1l111l1l2l11112122222112l2l12222222668898822234l2262B22222898010O4g8B875_l1l1l11l1ll111ll1l1l1111llllL1l11l2222111l1l1,O111121997867D2ll117ll18l2l1ll2l118740l88235lll1111lll1l11221l1111111l2ll11l22221ll22llZ2lO1l01118976866130ll181l19D2Dl0l2120264924005:l1l1111llll11122ll1l1ll11l2lllll22
13、221ll222l23222228g9897804l2230222g242322321123695501i4l1l1111l1ll1112:l112ll1l12ll1ll222211l222222ll1l22l256699867Dllll4ll130711ll1l432ll2534225lll1111l1ll11l12ll111ll1l11ll111l11l2222222221l22l1224699877DDll2521lll610l114835l2213l2l25lll11l1ll1l1ll12ll11lll1l1111l11l1ll2222222221121222278890l989112
14、25l225261ll22435522302l1806l1l11l1111l22l1lll111l1ll1111l1lllll2222222l2l344233379901208932258233636223233767333l4130l6l1ll1111l122221lllIlll1lll1I1ll11l112222222l2l621O799212222232679B2D822D2555女3;2333l3443346l222ll11l11111l111lll21212lll1l11l11111ll11lll721979022222223268882l712D256437312322l22121
15、1ll2lll21111111l111l1l2l212Ill1l11tl1111l11l1l1000988821l1222228697291112763l211222222l2224_222ll111111111l1lll11ll212111l11l11l111111l11122Z9878l1222322297O7098224;64422ll2l22222226222111111lll1111ll2l1l121211111ll11lllll1l1l1l211877634333423386163983324&654322123322322232l111l1ll1l1l1l1l2l1112
16、1211111i1j1l1l1l11ll122222:T89986911242415Z42;2445O1303O289l11l1l11l;ll_l11lll1111lllll1l1112212:i1964586623333333Z00893403344311042233a333&4235,_lllll11111111l112211ll2l111222221l1l1111ll1111232222156878085622l2532234733212665lOO8l0O8口61ll1l11111112111llll1ll11111111ll1ll222l2l2lll976707_122232
17、3322lO8l25D35;32l1D222232222222241111211l1111111l22121l2111122222l1l1l1ll111l11数据.按照上面的思想,我们设计了数据采集软件.采集原理如图二革示.t1I键按下t2J键按下I键到J键的时间At=t2一tlI键t1J键t2腰二健啦相美莲击健序夏时间采寨犀理一(t)在数据采集过程中,当键盘中断和DRAM刷新或数据自动存盘DMA传送发生冲突时将产生系统误差,这就要求尽量优化中断服务程序,因此采集程序用汇编语言编写.采集用一5.机器的石英时钟脉冲的稳定性为l0,足够满足采集精度要求.不同机器的时钟频率不一定完垒一致,只要使同一
18、操作员使用固定的机器,不同操作员的数据归一化后再合并,就不致因机器时钟频率不一致而带来误差.这样,系统误差将远小于本项目要求5的偶然误差.四,采集文本的设计操作员在看稿键入过程中,其选舔反应时间按海曼公式为t.T=n+bH()(1)式中H()为码元熵值,n为操作员从看稿巍击键的简单反应时,6为与键位分布有关的常数.为尽量降低.值及缩小.值在不同操作员之间离散性,同肘又要尽可能使采集过程手腕动作与输入汉字文本时的动作相接近,经过反复试验,采用4个码元为一组的字符串.英文录入操作员对诸如of,ing等高频使用搭配,汉字录入操作员对他们常用的码元组台均具有条件反射式的反应,因此不能采用英文单词或中文
19、单字(词)作为采集样本,而是采用由46个码元组成的离散文本.样本还要保证表l|中每个数据的采样量的一致性和同一组键位组合前后键的多样性.五,样本的大小确定连续击键键位相关速度当量的母体为经过正规指法训练的通用键盘使用人员连续击键时两键问相隔时间的相对值根据小子样抽样理论,我们选用的30名操作员作为人数样本,每个操作者在I一组相关键位提供36个数据为个人样本.这样,每个操作员提供的数据为l646463673176个,从而采集数据的总数为7617630=2285280个,表l中每个数据的样本大小为3630=1080个.六,采用数据的处理为了使表l的数据能反映绝大多数经过正蝇指法训练的通用键盘使用人
20、员的击键规律,对悖于多数人规律的数据,对采样过程中受干扰得出的数据,误操作数据,均作为非正常数据对待而采用肖维涅(wChaaveet)判据原则予以剔除.即将某一操作员对同一组速度当量的采集视作一列N次等精度测量,每一次测量的剩余误差的绝对值f=lxix应小于K,口为N史测量值的方差,K为与测肇次数有关的常数.当XixKg时,xi披认为是非正常数据.设在N次等精度数据采集中,IxixI&g数据处理流程如图三所示.K;4i0vK=a/101.96222.gB1l2.0022.32122.O4262.34J132.072B2.37142.10302.3g152l3402.50162.16;025B1
21、7218602.64182.2D802.7d192.221002.8l202241853.0O图中:1为从第i个操作员采集到的数据,此方阵由46x46=2116组组成,每组为两个相关码元键入平均时间和方差组成.对于同一组相关码元,同一个操作员在采集过程不同阶段的36次输八过程中,由于精力集中,疲劳,字符串结构,外界干扰等众多因素,难免存在少数非正常数据,经肖维涅判据处理将这些数据剔除后得到每个操作员的数据方阵3:.因为要对每一组数据反复作期望值和方差值运算后才能进行判决,因此这是一项计算量较大的工作.每个操作员的数据在Sun386i工作站上处理约需-/J-,时以上,因此从1到3sun操作员十体
22、l数据方阵l-Vi,1操作员个体l羲据归一他lDi,.iJ4lIChauvenetlI_(n)_l2lIll速度当量归一也一ldidD(dij一l7l撮作员个件披l据方阵lVi.o-i3厂l判据(递归)ll嘲l周三链位相关速度当量数据处理流程386i需运行40小时以上.每个操作员的击键速度不同,每台采样用计算机的时钟频率也不可完全一致,因此必须对每个操作员的数据进归一化处理使每一个数据成为相对时间值才能进行数据合并,第二次肖维涅判据用于剔除远离群体特性的个别数据,从而得到反映群体共性的D矩阵.在D矩阵(表)中,定义两个最快搭配键位的连击速度为1.0,给出46个键位各种组合的连击速度当量.表体数
23、据为先击纵列键位后连击楮列键位的速度当量.表I的相对或然误差/V或口/D均小于0.05.参考文献1李慧勤,计算机汉语输入技术的研究博士诗文1g802陈文熙:刺激?技应的境一模型心理学投1084年第三期3林少宫:基础概率与数理.计人民教育出版社19784冯师颜I误差理论与实验处理科学出版杜l9645张世箕I量馄差及数据处理科学出版杜l96HymaneSimnluslInformationa8aDeterminanLofReactiontimeJournalofExperimentalPsychelegyVe1.45,No.319537HaraldCramerlTheElementsofProbabilityTheoryandSomeofjtgAppllcationJohnWileySonsInc.1055(下转第1l页)匿
