《单一手机键盘设计问题.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《单一手机键盘设计问题.doc（11页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、单一功能手机键盘设计问题【摘要】：本文针对“设计一个合理方便的手机键盘布局”这一目的，从如下的几个方面提出了评价指标。即1、从输入时的等待时间来进行比较；2、从首字母的出现频率来进行比较；3、从按键的分布位置来进行比较，分别建立模型，并在求解的过程中不断的加以调整，以达到预期目标。一、我们打算将英语中26 个字母编为8 组(除2 组有4 个字母数外,其余每组均有3 个字母)，设计关于总等待时间y 的函数。先计算出组等待时间T ( T = 组内任意2 字母排列频率的总和单次等待时间t) ，再将每组的组等待时间T相加,便得到总等待时间y = T1 + T2 + + T8 。 然后，比较各种分组中总
2、等待时间y 的大小,选出最小的y，即为最佳分组。但最后发现有1.04*1016种选法，计算量非常大，因此，进行了模型调整。二、建立首字母出现频率的比较模型，统计出100个常用姓氏首字母的出现情况，先确定八个键的第一个字母，然后比较组合频率确定第二个字母的安排情况，同样方法一直排完所有字母，得到设计的键盘情况如右图：三、我们就老年人的手指状况、使用的快捷性、舒适度、其他方面，对手机设计提出了改进方案：1、略微增大手机按键；2、将按键凸状设计；3、采用“键点对应”方式来设计多余键位；4、采用硅胶设计按键、磨砂设计键盘；5、加强按键的透光/镭射雕刻效果。纵观全文，我们竭力设计了一款更加方便、快捷、更
3、加人性化的老年人专用型手机，它将更符合老年消费者的心声！【关键字】：数据统计、等待时间、单字母频率、键位分布、最佳(差)置位点【问题重述】：中老年手机用户常常只使用一些简单功能，比如电话号码簿。现行的手机键盘常按拼音首字母排列号码簿，造成个别键对应的姓名极多，重码现象严重。请为这些用户设计一个合理方便的手机键盘布局：1、设计定量评价指标，描述怎样才算合理方便？2、根据评价指标，设计出最优键盘布局方案。3、除了满足这类用户号码簿需求外，你还能在这个方案基础上提供哪些让中老年用户更为方便的功能？【模型假设】：1、假设手机键盘的布局抛弃传统习惯的影响，即12个按键可有任由调整；2、假设手机键盘的设计
4、不受厂商的默认设计功能的影响；3、假设使用者不采用公安部统计常用100姓以外的姓氏；4、表中统计的数据虽均为频数,但由于此处的频率与频数成正比. 所以,为了叙述方便和表述明确,以下均使用频率这个概念(为简化计算,使用频数的数值)【模型建立与求解】：一、问题1：要求设计定量评价指标，来合理方便的描述手机键盘的布局。经过分析和查询资料，我们发现可以从以下几方面进行讨论：1、从输入时的等待时间来进行比较；2、从首字母的出现频率来进行比较；3、从按键的分布位置来进行比较；对评价指标的说明和定义：1、等待时间包括单次等待时间、组等待时间和总等待时间三个方面。单次等待时间是指：在拼写单词时，由于相邻的2个
5、字母在手机的同一按键上，在输入该两字母时，必须等待的时间。组等待时间是指：26个字母变为8个组，每个组内的单次等待时间之和。总等待时间是指：这8个组的组等待时间之和。2、首字母的出现频率：在百家姓中，常用姓氏的拼音的首字母出现的频率。3、按键的分布位置：由于手机键盘不像电脑键盘，它比较集中和小巧，所以只有12个分键。其中对于本题目需要考虑的只是09里的八个键。因此，对于键位的不同分布对于操作人员来讲，在时间和反应上还是有一定影响的。二、问题2：要求根据以上的评价指标，设计出最优键盘布局方案。换句话说，就是如何安排26个字母在8个按键上，使得操作者在查找姓名时，花费的时间最短。鉴于以上的目标，我
6、们进行了一系列的分析：1、从按键的分布位置考虑：（参考文献：按键位置对手机键盘拇指操作绩效的影响何灿群、李宏汀、葛列众著）作者实验采用单因素重复测量设计,自变量为0 - 9 共10 个数字键,每种处理重复10 次,每名被试总共需要完成10 10 次按键选择任务,对于每次任务,其数字键的分布都是随机进行的。因变量为被试操作各个数字键的正确率、反应时和主观满意度。实验中,被试者需用利右手完成按键操作任务。在听到语音提示后,被试者在键盘上按下相应的数字键并用拇指按压表示选中,对于被试的每次操作,系统会快速地给予反馈,每次任务提示完成后才执行下一个操作。为了准确捕捉到被试者的反应时,要求被试者在每次任
7、务开始之前将拇指放到键盘上,在听到提示任务开始之后才能移动拇指。与此同时,为了让被试者尽量能保持实际操作时的自然姿态，对被试拇指在键盘上的位置没有做任何限制。作者在对数据进行分析后，得出如下的结论：各按键在手机键盘中的位置确实对操作绩效有较大影响:位于键盘左上区域的按键的操作绩效(反应时较短且正确率为100 % ,“4”键除外) 要优于下部区域的操作绩效,左上区域的操作绩效较高,可能与被试均使用右手操作有关,也符合人眼的视线认知移动特征。 在主观评价方面,被试者对键盘中部区域的按键操作比较满意,对位于键盘底端和右下端的按键(如“0”和“9”键)操作感到不太满意,这可能与被试操作时的姿势有关:被
8、试用拇指操作底部按键时,指关节要向内屈缩,这在一定程度上限制了指关节的灵活运动。2、从输入时的等待时间考虑：由于手机键盘中8 个按键上字母分别有3 、3 、3 、3 、3 、4 、3 、4 个,因此将英语中26 个字母编为8 组(除2 组有4 个字母数外,其余每组均有3 个字母) . 为使等待时间最短,设计下列关于总等待时间y 的函数.将26 个英语字母按上述要求任意编为8 组,按照资料中统计的数据,将每组中(即每个按键上) 的任意2 个字母进行排列,根据统计时的频率(此处为简化计算,使用频数的数值,下同) ,计算出该组的组等待时间T ( T = 组内任意2 字母排列频率的总和单次等待时间t)
9、 。再将该分组中,每组的组等待时间T相加,便得到总等待时间y = T1 + T2 + + T8 .计算出所有分组情况下的总等待时间y , 比较各种分组中总等待时间y 的大小,选出其中y 最小时的分组. 那么,该分组情况,即为资料中所表现出的,该形式手机键盘的, 等待时间最短的分组, 即为最佳分组。经过简单的计算,不久便发现,要实现这个理想模型,存在着许多问题. 下面,我们对分组情况进行简单的统计. 分组要求:将26 个字母任意编为8 组,每组分别有3 、3 、3 、3 、3 、4 、3 、4 个字母. 这个要求看似很简单,可实际计算时,数字却十分惊人.首先,我们先选择第1 组的3 个字母. 因
10、为一共有26 个英语字母,从中不计顺序地选择3 个,共有种可能性。再选择第2 组的3 个字母共有 种可能性. 同理,选出剩余4 个含有3 个字母的组,依次有,种可能性. 根据乘法原理,上述6 组共有* (记为n) 种选法(考虑顺序)。又由于以上6 组不分先后,所以,上述6 组共有种选法。 同理,剩余2 组含有4 个字母的组共有种选法. 综上所述,按照分组要求,将26 个字母任意编为8 组,共有*= 1.04*1016种选法.由此可见,对于如此庞大的计算量,很难进行后续工作。3、从首字母的出现频率考虑：经公安部对全国户籍人口的最新（2007年4月）统计分析显示：王姓是中国第一大姓，有92881万
11、人，占全国人口总数的725；第二大姓是李，有92074万人，占全国人口总数的719；第三位是张姓，有87502万人，占全国人口总数的683。姓氏人口总数在2000万人以上的姓有10个，依次为：王、李、张、刘、陈、杨、黄、赵、吴、周；姓氏人口少于2000万人多于1000万人的姓氏有12个，依次是：徐、孙、马、朱、胡、郭、何、高、林、罗、郑、梁。位列前100名的姓氏还有：谢、宋、唐、许、韩、冯、邓、曹、彭、曾、肖（萧）、田、董、袁、潘、于、蒋、蔡、余、杜、叶、程、苏、魏、吕、丁、任、沈、姚、卢、姜、崔、钟、谭、陆、汪、范、金、石、廖、贾、夏、韦、付、方、白、邹、孟、熊、秦、邱、江、尹、薛、闫（阎）
12、、段、雷、侯、龙、史、陶、黎、贺、顾、毛、郝、龚、邵、万、钱、严、覃、武、戴、莫、孔、向、汤。以上100个姓氏总人口占全国人口的8477。其中，常用的二十个姓分别是：王、李、张、刘、陈、杨、黄、赵、周、吴、徐、孙、朱、马、胡、郭、林、何、高、梁。其中再根据它们的首字母，画出如下直观图：过程分析：1、 在从常用的20大姓首字母中选出，出现频率最大的8个首字母，列于下表中：常用20个姓氏首字母的前8强12345678lzhgwyxm2、 接着，我们就公安部统计的100个姓氏按照首字母进行了整理，罗列在下表中：100个姓氏首字母的统计表首字母频数首字母频数a0n0b1o0c5p2d6q3e0r1f4
13、s7g4t6h7u0i0v0j5w7k1x8l12y9m4z8说明：在上表中统计的数据虽均为出现频数,但由于此处的频率与频数成正比. 所以,为了叙述方便和表述明确,以下均使用频率这个概念(为简化计算,使用频数的数值)。为了更加直观的比较出100个姓氏首字母的使用情况，根据表中数据画出如下的图：3、将20个常用姓氏的首字母的前八个放在8个键位的第一位。剩余字母中,选出单个字母出现频率最高的字母(即在全部的26 个字母中,单个字母出现频率排在第9 位的字母) ,让该字母依次与上述8 个按键中的首个字母(即单个字母出现频率排在前8 位的字母) 相交. 比较相交的结果,从中找出所有相交的数值最小的.
14、然后,将该字母放于与之相交所得数值最小字母的按键上,并排列在按键中的首字母之后,作为此按键的第2 个字母。字母组合lszshsgswsysxsms频数8456492849635628发现最小的是gs和ms，但由于g的排名先于m，所以，应该取ms；同样的方法，来进行其他七个首字母的组合，字母组合ltzthtgtwtytxt频数72484224425448最小为gt，所以，应该取gt；字母组合ldzdhdwdydxd频数724842425448最小为hd和wd，由于h的排名先于w，所以，应该取wd；.接着，采用同样的方法将其余的首字母进行组合，最后，整理记录在下表中：lpzfhcgtwdyqxjm
15、s再从剩余字母中,选出单个字母出现频率最高的字母,让该字母依次与每一个按键上的每一个字母相交。 分别统计该字母与每个按键上的字母相交之和,比较它们和的大小,从中选出所交和最小的,并将该字母放于该按键所有字母之后。同理,排列好每个按键上的3 个字母。字母组合lprzfrhcrgtrwdryqrxjrmsr频数2432352442274028最小为gtr,所以，应该取gtr；.在通过同样的方法将其余的首字母进行组合直到姓氏为0时停止，最后，整理记录在下表中：lpbzfhcgtrwdyqkxjms下面的是的几个首字母在常见的100个姓氏中没有：aeinouv4、考虑键位的置位问题，是要结合前面讨论过
16、的那个结论：如右图，键位的最佳点置位点是5，其次是左上角的1、2、4最差置位点的点是0、9；所以，综合以上考虑，键盘的初步设想是：zfhcxjgtrlpbmswdyqk最后，还要将余下的字母填入进去，考虑到在汉字里面 n经常做首字母，所以将它放在zfn位置，o和u应该放开放置，同时他们也比较常用，所以安排在:hco和wdu,v在拼音里最少用放在msv，a和e在汉字你好像不同时用，所以xjae；最后一个是msiv； 即：1zfn2hco3xjae4gtr5lpb6msiv7wdu8yqk9*0三、问题3、要求除了满足这类用户号码簿需求外，在这个方案基础上提供一些让中老年用户更为方便的功能。我们可
17、以从下面的这几个方面给出改进方案：1、从老年人的手指状况考虑：据我们所了解：人到老年时，手指会或多或少的出现一些状况，譬如，手指僵硬、麻木，甚至个别的会出现关节肿大、手指变形等。所以，我们设计的手机键盘不能像市场上青少年使用的那种小巧、玲珑型，要求它应符合老年人的手指状况：1、我们可以将手机按键设计的略微大一点；2、我们手机键盘的按键最好是呈凸状；2、从使用的快捷性考虑：正如前文所说，老年人的手机多用来进行通讯，他们甚至都很少用来发短信，所以，对于手机来说应该提供他们一种更加快捷的查找联系人的方式。除了前面所讨论的从键位字母的排列顺序入手，还可以采用“键点对应方式”设计多余键位，即如前面的9键
18、来讲，可以编一个程序，使得当按下键时，屏幕上会调用出：常见的联系人名单（通常这些名单是由自己添加的）；3、从舒适度来考虑：对于现在市场上所提供的一般性手机，键盘以及按键的设计材料多数是塑料制品。我们可以这对这一点将按键用硅胶设计，键盘底可用带磨砂的材料设计；理由如下：1、用硅胶设计按键可以使人在触摸上有一种舒适感和自然感；2、老年人的皮肤由于岁数的原因，使得粘度和弹性下降，加上手指的握力也在递减。采用磨砂可以有效的增加摩擦力，使得对手机的持握度变强；4、从其他方面考虑：抛开单纯的手机键盘方面，我们认为作为老年人的专用手机，还应该具有下面的特点：1、手机的声音功能有好，随着听力系统的减弱，一个好
19、的发声系统对老年人的接听帮助还是很大的；2、老年人手机键盘可以在透光/镭射雕刻方面做得更好一点，方便在夜间的使用；3、老年人的记忆系统也是在不断的下降，加上他们的服饰着装（传统而且不像青少年那样具有多而大的口袋），手机的丢失还是属于比较正常不过的事情。所以，手机生产方应考虑减少不必要的功能，譬如GAMES、GPS、GPRS、PHOTOES等娱乐功能，从而使得价格上进行调整，打造“用的起、丢的起”的老年人专用手机。【模型的评价与推广】：本文中我们就提出的问题，选出了评判指标“等待时间、首字母出现频率、按键分布位置”，来综合考虑最优的手机键位发布问题。在模型的求解过程中我们不断的调整方案，最后决定采用比较首字母出现频率的方法来完成。在本文中我们用到了统计的部分数据，虽说是常用100姓、但这种方法毕竟有局部不全面性。但是本文的建模思想却能推广到其他方面：比如对手机的英文输入的改进，以及其他键位少要求全英文字母的应用领域。【参考资料】：1、数学建模原理与案例冯杰、黄力伟、王勤、尹成义编著，科学出版社2、对手机键盘设计与评测方式的探索http:/