大数据告诉你键盘布局的真相

键盘布局谜案和常见解释

今天,打字机已经完成了自己的历史使命,除了收藏和赏玩以外,基本上已经不再具备实用价值了。但是,由此而演化出来的键盘,依然是我们生活的重要组成部分。即使是完全没有键盘的智能手机,在屏幕上的软键盘也依然是古老的 QWERTY 键盘。

图:手机上的一种常见虚拟键盘布局

键盘是一个相当伟大的发明,几乎让所有认识字的人,只要看一眼就能弄明白这是做什么用的。一名熟练的打字员,用这台打字机,可以做到每分钟打出大约40个单词。这个速度,已经超越了人们用英文书写的平均速度。

从这以后,打字机已经毫无悬念地跻身于书写替代工具的行列。不仅仅打印印刷品才需要用到打字机,人们还可以使用打字机来给家人写信。而打字机的机械结构虽然还在被发明家们不停地修改着,但具体的技术革新已经不再受人瞩目。因为此时人们关注的焦点已经从打字机本身转移到了打字键盘上,那个诡异的QWERTY键盘将与我们展开长达一个多世纪的爱恨纠葛。

“为什么键盘上的字母不是顺序排列的?”

虽然我没有任何证据,但我估计这个问题能跻身于现代人常见问题的前 100 名。

我女儿就曾经问过我这个问题,我外甥也问过我这个问题。事实上,我小的时候,也问过相同的问题。只要你接触过有键盘的东西,就很容易产生这样的疑问。好好的字母顺序为什么会被打乱,而这个奇怪的QWERTY又是个什么鬼?

我记得当年初中劳技课的老师没能回答这个问题。这个古怪的问题就这样一直困扰了我很多年。直到2012年的时候,我读了一本很好的书,书名叫作《复杂》。这是计算机科学家梅兰妮·米歇尔探索复杂系统普遍规律的一本书。在这本书中,梅兰妮教授专门介绍了 QWERTY 键盘的故事。

书中介绍说,QWERTY键盘是一位名叫克里斯托弗·肖尔斯的工程师设计的。他设计这款键盘的初衷,其实是为了解决当时打字机的卡壳问题。随着打字员熟练程度的提升,敲击键盘的速度也越来越快,这时候,打字机的金属杆就很容易卡在一起。为了解决这个问题,肖尔斯大胆地改变了键盘的布局,并将相邻的字母拆开,放慢了打字员的击键速度。就是这个大开脑洞的设计,成功地解决了打字机卡壳的问题。然而,当打字机逐渐退出历史舞台后,这种效率较低的QWERTY键盘却已经深深地与人们的习惯绑定在一起,再也无法改变。人们不得不与这款打字效率超慢的键盘永远地共存下去。

梅兰妮教授的这个解释,随着《复杂》这本书的畅销被广为流传,很多知名的媒体和科普人都讲过 QWERTY 键盘的故事。

例如:罗振宇《逻辑思维》第 48 期“未来脑世界”:

“比如说吧,我们那个电脑键盘,那个键盘现在叫Qwerty键盘,你看最左边上面,是不是Q、W、E、R、T、Y,对不对,这么排的,这叫Qwerty 键盘。什么道理这么排呢?没道理。当然也许有人会告诉你,这么打字最符合人体工程学。扯淡,没这些。最根本的原因就是刚开始的老式打字机,它那个钢丝怕缠绕,所以他把常用到的字母在键盘上给分开了,怕那个钢丝缠绕。后来技术改进了,没有这个问题了,但是键盘本身的排列格局定下来了。事实上在历史上,很多人试图给出一种更优化、更符合人类输入习惯的字母的排列方法,但是从来没有成功过,这种最不合理、或者说最没有什么道理的键盘排列,就这样定下来了,不会再改了。”

此外,还有

·万维刚《精英日课3》“ 以和为贵 ”

·《王烁30天认知训练营》“创新必须讲政治”

·《薛兆丰的经济学课 141 讲》“网络效应与路径依赖”

·《李翔知识内参》(2017 年10 月19 日)“为什么更好的产品不一定会赢?”

·《徐来给孩子的博物学》“键盘为什么这么难用?”

也都说了类似的观点。

(可能有心人发现我举的这些例子全都来自于同一个知名学习平台,原因仅仅是因为它们搜索起来比较方便,绝不是刻意为之。)

甚至我还看到有文章说 “QWERTY键盘布局是史上最反人类的设计”,总结下来,这个键盘布局有以下几大罪状:

1. 该键盘天生就是为了减速而设计的键盘,效率低下;

2. 将常用的字母和符号边缘化,并分配给力量较弱的小拇指和无名指;

3. 中间的黄金区域全都是那些不常用的字母;

4. 手指不停地在三排键盘中上下移动,效率进一步降低……

诚实地说,我过去也一直对这些观点深信不疑,直到我开始写今天这篇文章。

怀疑的起点来自于我查到的一个资料:1878年,史上第一台实现规模量产的雷明顿2号打字机诞生。它是著名的雷明顿武器公司制造的,它最大的机械改进就是帮助肖尔斯彻底改造了打字机的内部结构,不再存在相邻按键卡住的问题了

而这款打字机用的键盘布局,恰恰就是肖尔斯几经改进后,最终定型的QWERTY键盘,与我们现在使用的现代键盘已经几乎一模一样了。

图:革命性的雷明顿二号打字机

看到这个资料,我非常吃惊,因为所有关于QWERTY键盘的罪状的根源都来自于“肖尔斯当年是为了解决打字卡壳的问题而设计的” ,而这个基本的论据竟然是站不住脚的,这就有意思了

我仔细回忆了在我不多的使用打字机的印象中,除非刻意弄出卡壳,貌似过去用过的打字机从没有出现过卡壳现象,当然这或许可以用我不够专业,打字速度太慢来解释。但我很快就在怀疑的驱使下,在《万物起源》([英]格雷厄姆·劳顿 湖南科技出版社)这本书中看到这样的故事:

“1867年7月,QWERTY 键盘的发明人肖尔斯·肖尔斯在翻阅《科学美国人》的时候,偶然看到了一篇文章。这篇文章介绍了一些专门用于打字的机器,并且说,这些机器可以以不低于平均书写速度的水平打印出工整漂亮的文字。这篇文章给了肖尔斯不小的启发,他暗暗下了决心,要做出能以书写速度的两倍速打印文字的打字机。”

图:肖尔斯使用的第一个键盘模型

肖尔斯的第一个模型,使用了一个类似于钢琴琴键一样的键盘布局。这个键盘分为上下两排,键盘的顺序是按照字母顺序来排列的。

肖尔斯在使用中很快就发现。按照字母顺序排列的键盘,在打字的时候,常常会出现单手连续击键。在一只手打字的时候,另外一只手完全就是闲着没事干。而连续击键的这只手,却很容易疲劳而打字速度下降,这就大大地降低了打字的速度。

肖尔斯琢磨,能不能想办法改变键盘的布局,能让左右手比较平均地交替击键呢?如果可以的话,左手击键的同时,右手就可以把手指放在下一个键的键位上,打字的过程就会更加流畅连贯了。于是,肖尔斯就依照这个目标,设计了他的第一个版本的键盘。

整整花费了5年时间,肖尔斯一直在调整着键盘的布局。直到1872年,键盘的布局才算是初步确定下来。肖尔斯写了一篇名为“肖尔斯打字机”的文章,并且把文章发表在最初启发他开始工作的《科学美国人》上。在文章中,肖尔斯还配了一张漂亮的女性打字员正在操作打字机的插图,暗示打字将是未来为女性们准备的一个亮闪闪的新职业。

图:肖尔斯在1872年发表在《科学美国人》上的文章的插图

图:QWERTY 键盘的雏形

这个版本的键盘有4排键,最上面的一排是数字键,第二排键的开头是QWE.TY,虽然这个键盘与我们的现代键盘还不太像,但键盘第二排开头的QWE.TY告诉我们,这就是现代键盘的雏形。肖尔斯亲自使用这款键盘的打字速度已经达到了惊人的每分钟80个单词,兑现了他5年前立下的誓言。

这个故事和《复杂》作者梅兰妮讲述的故事有着本质的不同,梅兰妮说肖尔斯为了降低打字员的打字速度而改进键盘,但是,这个故事中的肖尔斯明明是为了提高打字速度在孜孜不倦地改进键盘。

(柯南:真相只有一个)

柯南说的很对,显然,真相只有一个,如何找到真相呢?我看并不难,工具和数据全都是现成的,写一个程序,做一些扎实的统计工作就能让我找到真相。刚好,科学声音科普写作训练营有一位学员,她是加州大学伯克利分校信息与数据科学专业的硕士陈骢颖小姐姐,她协助我完成了数据统计工作。

大数据告诉你键盘布局的真相

分析工具:Python

数据源:30 本肖尔斯同时代的畅销书加《圣经》

有了这两样东西,就足以让我发现真相了。

整个分析过程对于大多数人来说阅读体验很不友好,所以我把它链接在这里:

http://www.kexueshengyin.com/typerAnalysis.html

(不怕“晕”的小伙伴可以大胆地点击进去,发现苗头不对,火速返回即可保平安)

下面是阅读体验很友好的结论:

它比最初的ABCD键盘“卡壳”的概率降低了76%,置信度99.99%。所以,肖尔斯第一个版本的键盘,确实大大降低了相邻字母连续敲击的概率。 它比最初的ABCD键盘增加了31%的左右手交替,置信度99.99%。所以,肖尔斯的新键盘布局极大地提高了打字速度。

因此,最有可能的情况是,《复杂》中讲的那个故事只对了一半,肖尔斯第一次改进键盘的确有降低“卡壳”率的目的,但不是通过降低打字速度实现的,相反,这次改进因为提高了左右手交叉使用的概率,大大提高了打字速度。

但请大家别忘了,上面两份统计是肖尔斯的第一代键盘,它与现代我们常见的键盘还有区别,现代的QWERTY键盘是在1878年雷明顿2号打字机上定型的。真正让我为现代键盘“平反”的,是下面的统计结论:

现代QWERTY 键盘比肖尔斯第一版QWE.TY键盘平均增加了77%的相邻字母概率,置信度99.99%。现代键盘不可能是为了降低打字速度,减少“卡壳率”专门设计的。

另外一个统计结论是:现代QWERTY键盘在左右手交叉使用率上并不比QWE.TY有优势。

之前,有很多文章都用QWERTY当作例子解释过路径依赖这个词。人们是想借此说明,一个很差劲的东西,由于改变起来代价巨大,最终也有可能被保留下来。这个说法可能有一定的道理,不过这个锅让QWERTY键盘来背,就不合适了。

我想请大家暂时抛开对公知的思考依赖,回归一种最朴素的想法:

QWERTY键盘已经诞生了一个多世纪的时间了,在它诞生的时代,打字员是一个非常专业的群体,要经历专门的训练才能上岗工作。打字员的效率关乎自己的生计,一个效率低、速度慢的键盘必然会遭到打字员无情的抛弃。如果真的有一款键盘,能在效率上稳定胜出QWERTY键盘 10%,有什么理由不能战胜QWERTY键盘,成为新的标准呢?这可是巨大的商业利益。

我承认自己也很容易接受流传广泛的说法,而惰于独立思考,这可能确实是我们的本性。不过,那些愿意经常突破本性的人,往往能取得更大的成功。

事实上,QWERTY键盘一直都在不断地接受其他键盘的挑战。在有据可查的挑战中,虽然互有胜负,但QWERTY键盘从来也没有出现过大比分落后的情况。也就是说,大部分的其他方法排列的键盘,也并不比QWERTY键盘更强。一个进化出来的东西常常就是这样,不会是最好的,但绝对差不到哪里去。

现在,当机械式打字机退役之后,就只有QWERTY键盘留在了我们身边,继续陪伴着我们。当我们噼里啪啦敲打着键盘的时候,也会偶尔想起,世界上还存在过打字机这种东西,而打字机竟然凭借着键盘这个设备,与我们的计算机和智能终端无缝衔接,继续影响着我们的生活。

无论在苹果手机上还是安卓设备上,都有这样的一类小插件儿,装上它,在使用软键盘打字的时候,就会发出机械式打字机一样的咔哒咔哒的声音。就在刚才,我也在我的手机上安装了一个。听着这复古的咔哒声,我也仿佛回到了191年前,发明家威廉提交他发明专利的那一天。

说明:

本文由科学声音科普训练营第一期学员董轶强、陈骢颖完成第一稿,汪诘完成终稿。

(本文经授权,转载自微信公众号“科学有故事”)

附录:

统计分析原始数据:

http://www.kexueshengyin.com/typerAnalysis.html

30 本统计用的畅销书单:

The Story of a Bad Boy by Thomas Bailey Aldrich

Blue Jackets by Edward Greey

From the Earth to the Moon by Jules Verne

Joseph and His Friend by Bayard Taylor

Lothair by Benjamin Disraeli

Man and Wife by Wilkie Collins

Memoir of Jane Austen by James Edward Austen-Leigh

The Adventures of Harry Richmond by George Meredith

The Caged Lion by Charlotte M. Yonge

The Earthly Paradise by William Morris

The Mystery of Edwin Drood by Charles Dickens

The Visionary: Pictures From Nordland by Jonas Lie

The Vicar of Bullhampton by Anthony Trollope

The Wild Garden by William Robinson

Twenty Thousand Leagues under the Sea by Jules Verne

Venus in Furs by Ritter von Leopold Sacher-Masoch

The Adventures of Tom Sawyer by Mark Twain

At the Back of the North Wind by George MacDonald

Cole’s Funny Picture Book No. 1 by Edward William Cole

The Cuckoo Clock by Mrs. Molesworth

The Lost Princess of Oz by L. Frank Baum

Mildred Keith by Martha Finley

The Princess and the Goblin by George MacDonald

What Katy Did At School by Susan Coolidge

Under the Window by Kate Greenaway

Carmilla by J. Sheridan LeFanu

Erewhon by Samuel Butler

Daisy Miller by Henry James

The Leavenworth Case by Anna Katherine Green

Rose in Bloom by Louisa May Alcott