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第三章汉字编码原理
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第三节 汉字编码原理
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一、什么是汉字编码 汉字外码：汉字的字母数字代码 计算机人机界面：键盘 字母 数字 控制符号 功能键位
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二、汉字编码的历史发展 广义的汉字编码是从汉字字书的编撰算起的。因为字典的编撰，离不开字的排序和检索。
字典是供人来*查阅，编码输入法是让机器到字库中去查找。都是按照某种规则排列和检索汉字*的。 可以说，早期的汉字排字检字法就是汉字编码的早期形式。比如， 笔画部首法、四角号码法、拼音查字法、笔形查字法等。
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最早的汉字代码 １８８０年清政府创办电报局，由丹麦人设计的汉字电报码。它的方法是将电报用的汉字按照笔画顺序由少到多排列成一个字表。
使用的字数不到一万，就以字的顺序号作该字的代码。第一个字的代码就是０００１，第五个字的代码就是０００５，第３８５个字的代码就是０３８５。 电报码一直使用到今天，经过不断的修订完善成为《标准电码本》。
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十个数字如果转换为二进制表示，则只需四位二进制单位。这样，用“嘀——嗒”两种状态就可以传输汉字了。
电报码的特点是“字”－“码”一一对应，没有重码。 缺点是难以记忆，非经过专门训练无法使用。
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三、编码原理 １、确定编码对象 汉字的总字数有６万多，现代汉语常用的也有１万左右。《信息交换用汉字编码字符集基本集》根据各种统计数据确定收入汉字６７６３个。这些汉字就是一个编码对象的数量级。 “大字符集” 包括大陆、台湾、日本、韩国所使用的全部汉字的集合。有２0902字。 数量不同，有关参数也不同。
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２、确定码元类型和数量 码元是用来作为汉字代码的元素。例如， 电报码的码元就是０－９这十个阿拉伯数字。
码元的种类和数量与编码容量、以及码长、重码数等指标直接相关。 比如电报码，采用十个数目字作码元，四位码长的编码容量至多１００００个汉字，从００００到９９９９。超过１万字就是出现重码，否则就必须增加码长。
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一般的编码方案多采用２６个英文字母作码元， 也有的在这个基础上再增加１０个数目字，使码元数增加到３６个的方案， 还有的把字母键盘区的其它功能键也利用上的。 这种需要增加码元数的方案多数是形码方案。
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３、确定编码规则 理想的规则是“字码意义对应” 、规则简单，好学易记，没有复杂的条件限制或特例情况。 实际上最难做到。
比如按形排序，同笔画数的字很多，同笔画的字当中，起笔相同的也不少，甚至笔顺相同的也有。究竟谁先谁后，难以给出一个标准。 按音排序也有个同音字的先后问题。同音、同调、同笔画数的汉字再按什么条件排先后，都是难题。 人为地增加许多规定，势必增加用户的学习量。
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４、编制码表 所谓码表就是“字”－“码”对照表。 按照确定的编码规则将《基本集》中的全部汉字逐个给出正确的代码，形成一个字码对照表。
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５、编制软件、上机实现 这部分是软件人员的工作。软件人员根据编码规则和码表， 设计一个查字管理程序，经过调试，准确无误，就可以投入使用。
至此，一个汉字编码系统就完成了从设计到实现的整个过程。
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四、汉字编码的技术参数指标 汉字编码是一个理论与实践性都很强的课题，而最重要的是它的实践性，也即在实际应用中的效果。
因为这是要解决汉字信息处理的第一个“人机界面”，所以，几乎全部技术指标都与“人”密切相关。
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在“人服从机器”还是“机器服从人”这个问题上，曾经有过一个认识过程。
开始为了使机器能够处理汉字，主要是从机器出发的，重点考虑机器的特点和条件，较少考虑人的特点和需要。 后来才将立脚点转移到“人”这方面来，将许多困难都留给机器，使机器对人服务得友好、周到，人的操作变得轻松、愉快。
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什么是理想的编码 １、规则简单。 一般具有中等文化水平的人不需要经过专门培训就可以通过“自学”完全掌握。
如果能够利用人的常识和知识，如果这种常识和知识中涉及或包括了关于汉字的基本知识， 编码规则应当简化到不需要特殊的规则的地步。
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２、码元数量少 一般不超过３６个，即２６个字母外加１０个数字键。最好只使用２６个字母键。
２、码元数量少 一般不超过３６个，即２６个字母外加１０个数字键。最好只使用２６个字母键。 这样，对于人来说记忆量减少，对于机器来说，在键盘管理方面较好处理。
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３、码长短 每个汉字的代码不超过四码。如果采用简码和不等长码处理的话， 平均码长应当在３码以下。
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４、编码容量具有可扩展性 汉字信息处理除了《基本集》的６７６３个汉字外，随着实际应用的发展，不可避免地出现繁体汉字的问题以及大字符集的问题。
理想的汉字编码应当在不增加或少增加规则的基础上，就能够使编码容量扩展到繁体汉字或更大的范围。
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５、采用词语编码 应具有足够的词汇编码容量。词语码最长不超过４码。
应该给用户提供足够的词库扩展空间和扩展手段，使用户能够方便自如地根据自己的需要增加用户词汇。
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６、重码率低 一般用户可以实现“盲打”，即不用看键盘（有一定的键盘基础的情况下）和提示行就能够输入汉字。 只有能实现盲打，才能提高输入速度。
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７、服务功能 系统能提供方便周到的自学检索服务功能。例如， 对规则的训练指导、查询疑难字，容错处理、允许模糊输入等等。
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８、具有广泛的适应性 适合不同年龄层次、不同地域、不同文化背景的人学习使用， 同时，又能适应各种类型的输入，比如
“照打”、“想打”、“听打”、“盲打”等。
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第四节汉字编码类型
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１、流水码 流水码的特点是： ①码元只有１０个阿拉伯数字； ②一般多为等长四码，有效数字不足四位的在前面加零补足四位；
③字、码一一对应，没有重码； ④字、码之间没有理据性，就是没经过专门训练不能做到“见字识码”；
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２、拼音码 是以汉字的读音属性为编码依据，采用键盘上的拉丁字母做为码元的编码方法。又分为 “全拼音码”、 “简化拼音码”、
“双拼音码”三种。 一般不加声调。
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全拼音码的特点 ①码元为２６个拉丁字母； ②与教学、社会应用的拼音规则完全一致，只要会拼音的人就会编码，能够作到“见字识码”；
③因为是“按音编码”，怎么读就怎么输入，便于思路的连续性，适于“想打”即写作者边想边打的方式； ④为不等长码，最长的如“装”“创”“双”音节都是６码； ⑤重码较多，有的音节多达上百个重码，多次翻页，很不方便；
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㈡简化拼音码 主要为了解决码长过长的问题，减少击键次数，提高输入速度，在拼写规则上加以简化处理，将双字母声母“ＺＨ”“ＣＨ”“ＳＨ”以及许多两字母以上的复韵母都各用一个字母代替。比较常用的如前面介绍的ＣＣ－ＤＯＳ所配置的拼音码。 简化拼音码的特点，除了比全拼音码减少码长外，其余与全拼音码都一样。但是，因为，增加了字母替换规则，所以，就比全拼音码增加了学习量。
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㈢双拼音码 根据汉字传统的“反切”拼音的原理，采用一声一韵的字母拼写形式，进一步将每字的码长减少到两码。 双拼音码的特点是：
①码元为２６个拉丁字母； ②较复杂的声母、韵母替换规则，须经过一段时间的学习才能掌握； ③重码仍然与普通音码一样多； ④由于码长短可以提高输入速度；
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㈣标调拼音码 汉语是有声调的语言，汉语的声调是一个重要的“音位”，具有重要的辨义功能。有一种乐器叫做“雷琴”，可以只用“音高”就能模拟汉语的句子。这个例子足以说明汉语声调的重要性。
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拼音码为了降低重码率，采用标调的办法，这样的拼音码，我们称之为“标调拼音码”。
汉语的音节是有数的：不加声调只有４１２个，加声调则有１３００个左右。 汉字共有６万个。收在《基本集》中的有６７６３个。 不加声调平均每个音节约有１５个重码，加上重码分布的不平衡，个别的音节就有几十甚至上百个； 如果加上声调，平均每个音节只有不到４个重码了。
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在汉语拼音方案中规定了“阴平、阳平、上声、去声”四种声调的调号，调号的位置要标在一个音节的主要元音的上面。比如，“āāǎàēéěèīíǐì”等。虽然字库中做好了带调号的主要元音的字模点阵，但是键盘上却没有相应的键位，所以，采用通用键盘输入汉字就无法输入调号，所以只好采用变通的办法。 汉语拼音历史上标调的方法有三种：符号标调法、数字标调法和字母标调法。
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符号标调法 １９１８年注音字母公布时采用小圆圈标调，以一个拼音音节的四个角表示四个不同的声调，叫做“四声点法”或叫“点角法”。后来，改用现在的调号来表示。
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数字标调法 比如用１、２、３、４分别表示一声、二声、三声、四声，将表示调号的数字放在一个音节的末尾。
在实际使用当中，又有一些变通的处理办法。比如， 挑选出一个含字数最多的声调，作为“默认值”，用“零位”表示，即用不加调号来表示该调号。其余的分别加上数字调号，实际上等于只增加了三个调号符号。 这样作可以缩短码长，减少击键次数。采用这种方法的编码方案如山东烟台唐懋宽的“声数码”就是其中较有代表性的一个。
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字母标调法 在具体做法上各有不同。这种方法在汉语拼音方案的设计过程中就有人试验过， 其中比较有代表性的例子是“国语罗马字拼音方案”等。
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“国罗”的声调表示法 〖阴平〗（包括轻声）用基本形式； 〖阳平〗浊音半浊音声母（ｍｎｌｒ）用基本形式；
“ｉ”、“ｕ”作韵头时改为ｙ、ｗ，如： 黄ｈｗａｎｇ、元ｙｕａｎ、今ｊｙｎ， 但是，单独作韵母时则用双字母表示，如： 皮ｐｙｉ、湖ｈｗｕ； 开口韵在元音后加“ｒ”，如 拔ｂｒａ、达ｄｒａ、啥ｓｈｒａ；
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〖上声〗 单元音连写，如闪ｓｈａａｎ，版ｂａａｎ、比ｂｉｉ；
复韵母“ｉ”改“ｅ”、“ｕ”改“ｏ”，如检ｊｅａｎ、广ｇｏａｎｇ、百ｂａｅ、好ｈａｏ； ｅｉ、ｏｕ、ｉｅ、ｕｏ四韵采用连写法，如北ｂｅｅｉ、手ｓｈｏｏｕ、姐ｊｉｅｅ、妥ｔｕｏｏ；
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〖去声〗 韵尾改写：ｉ改为ｙ、ｕ改为ｗ、ｎ改为ｎｎ、ｎｇ改为ｎｑ、ｌ改为ｌｌ或ｈ，如在ｔｚａｙ、占ｊａｎｎ、胜ｓｈｅｎｑ；
采用字母标调的汉字编码方案如山东青岛丁天铎的“汉语辅助字编码方案”。
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拼音编码的瓶颈 同音字繁多，影响输入 《新华字典》中，读SHI音的字有72个， 《汉语词典》中，读YI音的字有164个。
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同音词也影响编码输入 Shi-shi的词就有如下的24条： 失实、失时、诗史、失事、 失势、施事、实施、时时、 事事、时事、时势、时世、 时式、史诗、史实、试试、 誓师、事实、适时、事势、 逝世、世事、视事、实时
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形码 ① 字“形”具有“音”和“义”都无法比拟的唯一性。 ② 字“形” 图形信息丰富，可供采用。 ③ 字“形”不受不同口音、不同国家的影响。
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形码主要根据汉字的字形特征信息进行编码。
汉字的形体分析有笔画、字根、结构方式、部位特征等。 从不同的角度选择特征信息、设计编码规则，就形成了不同类型的编码方案。
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㈠笔画笔形码 以汉字的基本笔画特征为取码依据，参考笔顺、部位特征等信息的编码方案统称为“笔画笔形码”。
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这类编码方案的基本方法是， 首先确定汉字的基本笔画数，一般有“五种”、“六种”或“八种”不等， 然后确定这些基本笔画的固定顺序，给每种笔画一个顺序代号。 按照写字时笔顺的先后就可以将一个汉字转换成笔画代码的线性排列。
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例如，假设确定的汉字基本笔画为“横、竖、撇、捺、点、折”这样的六种，并且代号依次为“１、２、３、４、５、６”，
这时，任何一个汉字都可以转换成用这六个数字组成的“数字串”来表示了。如：“中”２６１２，“国”２６１１２１５１等。
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笔画笔形码的特点 ①码元数少； ②规则极其简单，几乎没有记忆量；
③平均码长过长，因为汉字的平均笔画约为１１－１２划，《基本集》中笔画最多的“齄”有２３划。所以，单纯用笔画编码由于码长过长而降低了实用价值。 ④由于有些字的笔顺缺乏统一和规范，在具体编码时会出现二义性情况；
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㈡字根码 汉字是可以分析的，从《说文解字》开始，汉字就有两分法的传统，就有所谓“独体”“合体”之说。至今仍沿用的“部首查字法”实际上就是将汉字拆分成有限数量的结构单位，依此作为汉字检索的依据和途径。
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字根码的特点 ①克服表音码不知读音就不会编码的缺点，同时也避免了汉语方言对拼音码的干扰。即使不认识的汉字也能根据字根给出正确的编码；
②重码率比音码大幅度降低； ③规则较复杂，包括拆字、取码、确定字根代码等都有许多硬性规定的规则；
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④学习量较大，尤其是字根与键位的对应关系难学难记。通常要把一、二百个字根安排在２－３０个键位上不经过专门训练无法使用。一般学习期要３周到一个月；
⑤因汉字的拆分没有统一的标准和规范，在字根的数量、大小、拆分方法、名称等方面都没有标准。各个编码方案的作者按照自己的认识去做，这些做法又与传统的汉字教学有许多不同，因此，给用户造成许多困惑。
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字根码的瓶颈 部首只是汉字分析结果的一部分。 传统的汉字分析结果有偏旁、部首、声符、形符等名称。
它们之间虽然有区别，但是尚缺乏统一的称呼。比如说“偏旁”包括“部首”，但又有“左偏右旁”之说； 又比如，上下结构的字，部首在上部，该怎么称呼它的结构成分呢； 而且一个汉字去掉部首之后的部分，该叫什么名称呢。
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许多表形码的作者自发地使用“字元”、“字素”、“构件”、“部件”、“构字成份”、“笔画组合”、“字根”等名称。这些名称的称谓对象并没有根本的区别。经研讨，大家基本倾向于使用“字根”的名称。本书就用“字根”一词作为笔画与汉字之间的成份的称呼。所以，字根码就包括了所有进行汉字拆分的编码方案。 大小、标准都不同。比如“韶”字有分成“音”“召”二根的，也有分成“立”“日”“刀”“口”四根的。
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㈢字形特征码 利用汉字的结构特征信息对汉字进行的编码叫做“字形特征码”。如“四角号码”、“三角号码”、“高低笔号编码”等。
字形特征码的编码依据是汉字部位信息量分布不平衡的特点。这使汉字作为图形符号，在识别和使用中具有“模糊识别”的特点，就是说，在一个字中总有些部位的笔画、结构成分所含有的信息量大、成为重要的区别性特征；而有些笔画和结构成分的信息量很少，区别性意义不大，在识别过程中往往被忽略。在编码规则上，就选取具有区别性特征的部位的信息进行编码。
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字形特征码的特点 ①除了具有形码的不受字音影响的特点外，也克服了笔画笔形码受笔顺的限制、字根码拆分标准不统一等二义性的干扰；
②规则相对简单； ③码元少，码长不长，所以重码较多，为了区别重码，只好增加规则或增加码长；
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４、音形结合码 汉字是一个形、音、义的统一体。汉字的信息特征分布在字形、字音、字义方面。在编码实践中，人们逐渐认识到，单纯的按“音”或按“形”编码都不很理想，都不符合“近字性”原则。从汉字本身分析，同音字的原因主要在于汉字形旁的辨义功能；而具有相同的部首的一批汉字的区别性特征在于读音的不同。显然，字音和字形都是汉字的重要区别性特征，二者都不可缺少。
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字音属性主要有声、韵、调，字形属性有笔画、字根、部位、结构特征等。而笔画、字根也可以有“形”、有“音”、有“名称”。因此，究竟利用哪些特征信息来编码，实在大有资源潜力。这也是造成汉字编码多样化的一个重要原因。
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㈠声形码 以汉字的语音特征为主、以字形信息为辅的编码叫做“声形码”。比如，一组同音字中再用该字的偏旁读音的声母作为区别码。这种重码字的区别码是有理据的，可以不必特别记忆。此外也可以用字形的结构特征或某一个部位的特征等作为区别码，都属于声形码。因为是兼顾了字音与字形两种信息，所以，每种信息都取其中的一部分而不是全部。比如，也可以先取整个字的声母，再将该字一分为二，分别取各部分的读音的声母，组成这个字的编码。
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声形码的特点 ①因为不是字音的全部信息，所以容许使用者发音不准，比如只取声母，发不准韵母的用户也照样能用；
②基本符合汉字使用习惯，如平时所说的“人言为信”、“弓长张”、“立早章”则“信”的编码就是“ＸＲＹ”、“张”的编码是“ＺＧＣ”、“章”的编码是“ＺＬＺ”。 ③因为使用了字形信息，所以，在编码的同时，破坏了语言思维的连续性，不便于“想打”，而且难以提高速度； ④字形属性信息仍然由于缺乏统一标准而干扰取码。
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㈡形声码 以形为主以音为辅的编码叫做“形声码”。字形属性一般多分析出字根，再根据字根的读音特征，按音编码。例如，组成“韶”字的几个字根的读音分别是“ｌｉ、ｒｉ、ｄａｏ、ｋｏｕ”若取这些字根的读音的首字母可以组成“ｌｒｄｋ”四个字母代码。这就是“韶”字的形声码。当然，形声码的取码规则各有不同的特点，形成各类大同小异的形声码。
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形声码的特点 ①避免了记忆复杂的字根－键位分布对应关系，按读音确定字根代码，比形码大大地减少了学习记忆量；
②以字形信息为主，利用的信息量大，重码率相对少； ③基本保留了形码不受方音干扰的优点，对于不认识的汉字，拆成字根后就都能认识了；
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㈢声形义结合码 除了字形和读音信息之外，还有的方案作者利用汉字的意义信息来编码，目的是进一步区别重码，作到“全息编码”。所谓“意义”信息其实只是“义类”信息，即汉字所表示的意义的大类。这种对汉字“义类”的认识来源于《说文解字》。
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许慎在《说文解字》中分析出的５４０个部首都具有表“义类”的功能。５４０个部首的排列依据也不是象今天似的按笔画多少，而是按“意义”。
关于部首表义的研究一直没有间断，在清代达到了一个高峰。所以，汉字的意义属性的确属于汉字属性的一部分。 现代汉字已经不断地“符号化”了，究竟具有多少表义性，大可疑问。因此，利用意义属性给汉字编码，就应当考虑意义信息的比重、客观理据性和可接受性。
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声形义结合码的例子如郭秀珍的“声韵部形码”，在意义类型上，将部首分成“自然”“生物”“生理”“生活”“余类”五大类。台湾的“仓颉输入法”将“仓颉字母”分成“哲理类”“笔画类”“人身类”“字形类”四大类。
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声形义结合码的特点 ①综合利用汉字的形、声、义的信息进行编码，是一种全息码； ②重码相对较少； ③规则多，记忆量大，有一定的学习难度；
④因形、声、义属于三个不同的范畴，混合使用进行编码，思维方式不同，影响思维的连续性，不利于想打； ⑤汉字的使用频度不同，每个汉字的信息量也不同，并不是每个汉字都需要所谓的“全息”编码。“全息”的结果对一些字来说，只是徒然增加码长，并不能提高编码效应。
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1．整字输入法 这类输入法将汉字视为一个个整体，人工地或自动地将汉字赋予号码。
① 最早为汉字编制代码的，应首推1880年（清光绪六年）由丹麦人为清廷创办中文电报时所编制的“四码”。这种沿用至今的“电报四码”，是将10000个汉字人为地编制流水号，每4位数字代表一个汉字，可谓整字输入法之鼻祖。
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----② 1926年日本人发明了“万能式中文打字键盘”，一字一键，在70×35的字盘上共收入2000多个汉字和符号。1971年日本人森健一等又将这一大字盘按键输入，改为查表的“笔触式”输入，从而使输入设备体积减小，效率提高。
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----③ 主键——辅键方式 ----作为对大键盘的改进，日本的富士通，美国的PHOTON726照排机，以及美籍华人叶晨辉等，于70年代初先后推出了“主键—辅键键盘”。这种键盘共有21×8＝168个主键，每个主键上有5×6＝30个汉字。左手控制一个有5×6＝30个键的小键盘，右手控制主键，先按主键，再按辅键，即可选中并输入主键上与辅键对应的那个汉字。
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3、字根码 这种键盘，由于设备小、效率有所提高，一度成为70年代后期和80年代初期在各种汉字照相排版系统中广为使用的输入设备。
所谓“整字输入法”的特点，是对汉字本身不做任何“加工”而直接编制代码或直接见字按键。 优点：唯一性强， 缺点：难记（电报码）、 设备庞大（大键盘）、效率低。 使用大键盘可以达到的输入速度只及西文的十分之一到五分之一。
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