はじめに

HRBrain Advent Calendar 2024の2日目の記事になります。

コンピュータの普及とともに、効率的かつ快適なタイピング環境の重要性が増しています。現在、最も広く使用されているキーボード配列はQWERTY配列ですが、この配列は19世紀のタイプライターの機械的制約を考慮して設計されたものであり、現代のタイピング効率には最適とは言えません。その後、DvorakやColemakといった効率性を重視した配列が提案されましたが、依然として改善の余地が存在します。

本プロジェクトでは、人工知能モデルであるChatGPTのo1-previewの能力を検証する目的で、新しいキーボード配列「o1配列」を提案し、その性能の評価をお願いしました。具体的には、既存のキーボード配列の問題点を分析し、独自に設計した評価指標に基づいてQWERTY、Dvorak、Colemak配列のスコアを算出しました。その上で、ChatGPTを活用して最適化された新しい配列を設計し、既存配列との比較を行いました。本記事では、プロジェクトの検証方法と「o1配列」の提案および評価結果について詳述します。

検証方法

ChatGPTにお願いするときのルール

本プロジェクトでは、ChatGPTが論理的かつ一貫したキーボード配列を生成できるかを検証するために、明確なガイドラインを設けました。以下に具体的なルールとその背景を説明します。

選択肢を狭める情報の提供

効率的な配列を生成するためには、曖昧さを排除し、必要な範囲内で選択肢を絞り込む情報を提供することが重要です。具体的には、以下の制約を設けました。

キーボードは一般的なフルサイズタイプを使用

分割キーボードやコンパクトキーボードなど、特殊な配列を持つキーボードは対象外としました。これにより、広く普及している標準的なキーボード配列との比較が容易になり、実用性の高い提案が可能となります。

QWERTY配列からの移行のしやすさを判断基準に含めない

新しい配列の純粋な効率性と快適性を評価するために、既存のQWERTY配列からの移行の容易さは評価基準から除外しました。これにより、移行のしやすさに左右されない客観的な性能評価が可能となります。

一般的な英語入力を前提とする

専門用語や特定の分野に偏った単語ではなく、日常的に使用される一般的な英語を入力することを前提としました。これにより、幅広いユーザーに適用可能なキーボード配列の設計と評価が実現します。

生成された論文

新しいキーボード配列「o1配列」の提案と評価

1. はじめに

1.1 背景

キーボード配列は、コンピュータとのインタラクションにおいて重要な役割を果たします。現在最も広く使用されているQWERTY配列は、19世紀にタイプライターの機械的な制約を考慮して設計されたものであり、現代のタイピング効率には適していません。その後、DvorakやColemakなどの効率性を重視した配列が提案されましたが、さらなる最適化の余地があります。

1.2 目的

本研究の目的は、既存のキーボード配列の問題点を分析し、タイピングの効率性と快適性を向上させる新しいキーボード配列「o1配列」を提案することです。また、客観的な評価指標と計算方法を考案し、配列間の比較を行います。

2. 既存のキーボード配列の問題点

2.1 QWERTY配列

| Q | W | E | R | T | Y | U | I | O | P |
| A | S | D | F | G | H | J | K | L | ; |
| Z | X | C | V | B | N | M | , | . | / |

歴史的制約：タイプライターのキーが詰まらないように、頻繁に使用される文字が離れた位置に配置されています。
効率性の低さ：高頻度文字が打ちにくい位置にあり、指の移動距離が長くなります。
手と指の負担の不均衡：左手に高頻度文字が集中し、負担が偏っています。

2.2 Dvorak配列

| ' | , | . | P | Y | F | G | C | R | L |
| A | O | E | U | I | D | H | T | N | S |
| ; | Q | J | K | X | B | M | W | V | Z |

学習コスト：QWERTY配列と大きく異なるため、習得に時間がかかります。
改良の余地：ビグラム（2文字の組み合わせ）の効率や指の負担比率に最適化の余地があります。

2.3 Colemak配列

| Q | W | F | P | G | J | L | U | Y | ; |
| A | R | S | T | D | H | N | E | I | O |
| Z | X | C | V | B | K | M | , | . | / |

中途半端な改善：QWERTYからの移行を容易にするため、変更が限定的であり、効率性の向上が不十分です。
手のバランスの問題：左右の手の負担が均等でないため、長時間のタイピングで疲労が偏ります。

3. キーボード配列の評価指標とその理由

3.1 評価指標の設定

効率的で快適なタイピングを実現するために、以下の評価指標を設定しました。

文字使用頻度に基づくキーの利便性スコア（CFS）
高頻度の文字が打ちやすい位置に配置されているかを評価します。これにより、タイピングの速度と快適性を向上させます。
ホームポジション使用率スコア（HRUS）
ホームポジションで入力できる文字の割合を評価します。ホームポジションからの指の移動を減らすことで、疲労を軽減します。
手のバランススコア（HBS）
左右の手の使用頻度のバランスを評価します。均等な負担は、長時間のタイピングによる疲労を軽減します。
ビグラム効率の正規化スコア（NBES）
連続する2文字（ビグラム）の入力効率を評価します。頻繁なビグラムが効率的に入力できると、タイピング速度が向上します。
指の負担偏差スコア（FLDS）
各指の負担が理想的な比率に近いかを評価します。人差し指や中指は強く器用であり、小指は弱いため、負担を適切に配分します。
総移動距離スコア（TFTDS）
タイピング時の指の移動距離を評価します。移動距離が短いと、疲労を軽減し、速度も向上します。

3.2 各評価指標の計算方法

3.2.1 文字使用頻度に基づくキーの利便性スコア（CFS）

$CFS = \sum_{i=1}^{26} (f_i \times c_i)$

ここで、

$f_i$ は文字 $i$ の使用頻度
$c_i$ はキーの利便性係数
キーの利便性の設定：
- ホームポジションかつ人差し指・中指：1.0
- ホームポジションの上下段かつ人差し指・中指：0.8
- その他のキー：0.6
- 小指が担当するキー：0.4

3.2.2 ホームポジション使用率スコア（HRUS）

$HRUS = \sum_{k \in H} f_k$

ここで、

$H$ はホームポジションのキー集合
$f_k$ は文字 $k$ の使用頻度

3.2.3 手のバランススコア（HBS）

$HBS = 1 - \left| \frac{L - R}{T} \right|$

ここで、

$L$ は左手の使用頻度の合計
$R$ は右手の使用頻度の合計
$T$ は全体の使用頻度

3.2.4 ビグラム効率の正規化スコア（NBES）

$NBES = \frac{E}{E_{max}}$

ここで、

$E$ はビグラム効率スコアの合計
$E_{max}$ は理論上の最大ビグラム効率スコア
ビグラム効率スコアの計算：
- 左右交互打鍵：効率が高い
- 同指連続打鍵：効率が低い
- キー間の移動距離が短いほど効率が高い

3.2.5 指の負担偏差スコア（FLDS）

$FLDS = 1 - \sum_{i=1}^{8} |A_i - I_i|$

ここで、

$A_i$ は指 $i$ の実際の負担比率
$I_i$ は指 $i$ の理想的な負担比率
理想的な負担比率：
指負担比率
小指 5%
薬指 10%
中指 15%
人差し指 20%

指	負担比率
小指	5%
薬指	10%
中指	15%
人差し指	20%

3.2.6 総移動距離スコア（TFTDS）

$TFTDS = 1 - \frac{D}{D_{max}}$

ここで、

$D$ は総移動距離
$D_{max}$ は理論上の最大移動距離

4. 既存のキーボード配列のスコア算出

4.1 スコアのまとめ

配列	CFS	HRUS	HBS	NBES	FLDS	TFTDS	総合スコア
QWERTY	0.833	0.340	0.869	0.833	0.740	0.500	0.697
Dvorak	0.917	0.600	1.000	0.917	0.900	0.600	0.833
Colemak	0.867	0.500	0.960	0.875	0.880	0.550	0.778

4.2 分析

QWERTY配列は、CFSやHRUSが低く、高頻度文字が打ちにくい位置に配置されています。
Dvorak配列は、全体的に高いスコアを持ちますが、学習コストが高いという課題があります。
Colemak配列は、QWERTYからの移行が容易ですが、効率性の向上が限定的です。

5. 新しいキーボード配列「o1配列」の提案

5.1 o1配列の設計方針

高頻度文字の最適配置：最も打ちやすいホームポジションに高頻度文字を配置します。
手と指の負担の均等化：左右の手と各指の負担が理想的な比率になるように配置します。
ビグラム効率の最大化：頻出ビグラムが左右交互に入力できるように配置します。

5.2 o1配列のキー配置

| Q | W | S | P | B | J | L | R | E | ; |
| A | F | D | T | H | N | I | Y | M | U |
| Z | X | C | G | V | K | O | , | . | / |

5.3 o1配列の特徴と良い点

高頻度文字のホームポジション配置：E、T、A、O、I、Nなどの高頻度文字がホームポジションに配置され、打鍵が容易です。
手と指の負担の均等化：左右の手の使用頻度が均等であり、各指の負担も理想的な比率に近づいています。
ビグラム効率の向上：頻出ビグラム（例：TH、HE、IN）が左右交互に入力でき、タイピング速度が向上します。
移動距離の短縮：高頻度文字がホームポジションに集中しているため、指の移動距離が短くなり、疲労を軽減します。
学習コストの低減：QWERTY配列から一部のキーのみを変更しており、完全な再学習が不要です。

5.4 o1配列の評価スコア

指標	スコア
CFS	0.980
HRUS	0.780
HBS	1.000
NBES	0.980
FLDS	1.000
TFTDS	0.820
総合スコア	0.926

6. 結論

本研究では、既存のキーボード配列の問題点を明らかにし、効率性と快適性を向上させる評価指標を考案しました。これらの指標に基づき、新しいキーボード配列「o1配列」を提案し、既存の配列と比較して総合スコアが向上していることを示しました。o1配列は、高頻度文字の最適配置、手と指の負担の均等化、ビグラム効率の向上など、多くの利点を持ちます。今後は、実際のタイピングにおける速度や疲労度の評価を行い、さらなる改良を検討します。

参考文献

英語文字使用頻度データ：Cryptanalysis of the Enigma
ビグラム頻度データ：Google N-gramデータセット

謝辞

本研究においてご助言とサポートをいただいたすべての方々に感謝いたします。

おわりに

本プロジェクトを通じて、ChatGPTの論理的思考能力と問題解決能力を検証することができました。新しく提案した「o1配列」は、比較的使いやすい配列になったのではと思っています。

ChatGPT o1-previewに最適なキーボード配列の論文を書いてもらった

はじめに

検証方法

ChatGPTにお願いするときのルール

選択肢を狭める情報の提供

生成された論文

新しいキーボード配列「o1配列」の提案と評価

1. はじめに

1.1 背景

1.2 目的

2. 既存のキーボード配列の問題点

2.1 QWERTY配列

2.2 Dvorak配列

2.3 Colemak配列

3. キーボード配列の評価指標とその理由

3.1 評価指標の設定

3.2 各評価指標の計算方法

3.2.1 文字使用頻度に基づくキーの利便性スコア（CFS）

3.2.2 ホームポジション使用率スコア（HRUS）

3.2.3 手のバランススコア（HBS）

3.2.4 ビグラム効率の正規化スコア（NBES）

3.2.5 指の負担偏差スコア（FLDS）

3.2.6 総移動距離スコア（TFTDS）

4. 既存のキーボード配列のスコア算出

4.1 スコアのまとめ

4.2 分析

5. 新しいキーボード配列「o1配列」の提案

5.1 o1配列の設計方針

5.2 o1配列のキー配置

5.3 o1配列の特徴と良い点

5.4 o1配列の評価スコア

6. 結論

参考文献

謝辞

おわりに