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WordChess · Alimento para o Pensamento

A Matemática de uma Letra

Q vale dez pontos e E vale um. Esse único fato esconde uma pequena teoria da linguagem, um argumento sobre informação e uma razão pela qual a bolsa de peças do jogo parece diferente em espanhol do que em inglês.

E · um ponto 12 peças na bolsa
versus
Q · dez pontos 1 peça na bolsa
01 · Um arquiteto conta a primeira página

Um valor é uma medida de escassez

A regra de pontuação que você encontra em seu primeiro turno não é uma escolha estética. É uma medição. No final da década de 1930, um arquiteto desempregado chamado Alfred Mosher Butts decidiu criar um jogo de palavras que não fosse nem pura sorte nem puro vocabulário, e ele precisava de uma maneira principada de precificar cada letra. Então ele fez o que um engenheiro faz: ele contou. Butts contabilizou com que frequência cada letra aparecia nas fontes impressas de sua época, a primeira página do The New York Times sendo a principal delas, junto com Herald Tribune e The Saturday Evening Post.1

A partir desses totais, ele leu dois números de uma só vez. O número de peças, quantas de cada letra entram na sacola, acompanha o quão comum a letra é na escrita real. O valor funciona de forma inversa: quanto mais rara a letra, mais uma jogada que a utiliza deve pagar. Vogais comuns valem um ponto; as letras que surgem apenas em empréstimos e cantos difíceis do dicionário valem o máximo do jogo. Como a BBC uma vez afirmou, Butts fez Q e X valerem dez "porque apareciam relativamente raramente."2

02 · O livro-razão

Frequência, em três colunas

Alinhe as letras e o design revela-se. O valor em pontos sobe quase monotonicamente à medida que a frequência no mundo real cai. E está em toda parte e é barata; Z e Q estão quase em lugar nenhum e são caras.

Conjunto de peças em inglês, contagem, valor e frequência das letras em texto comum
LetraPeças na sacolaValor em pontosFreq. em inglês
E121≈ 12.7%
A91≈ 8.2%
N61≈ 6.7%
D42≈ 4.3%
B23≈ 1.5%
K15≈ 0.8%
X18≈ 0.15%
Q110≈ 0.10%
Z110≈ 0.07%

As contagens e os valores são os conjunto padrão em inglês;3 as frequências são as estimativas convencionais para o texto inglês comum.4 O WordChess usa peças com valor em pontos e uma bolsa de 100 peças ponderada por frequência nesta tradição, medido a partir dos documentos de design do jogo.

03 · A tensão no design

Raro o suficiente para recompensar, comum o suficiente para jogar

É aqui que uma ideia limpa encontra uma restrição difícil. Se o valor simplesmente recompensasse a raridade, a bolsa ideal estaria repleta de Qs e Zs, enormes pontos esperando para ser reivindicados. Mas uma bolsa também é uma mão que você realmente precisa jogar. Sorteie sete curiosidades de alto valor e ficará congelado, incapaz de formar uma palavra legal. Então, a contagem puxa contra o valor: a bolsa deve conter letras na proporção aproximada em que a língua as usa, ou o jogo trava.

É por isso que há exatamente um Q, e por que ele chega com um único companheiro U enterrado entre quatro. O Q solitário é precioso porque é quase injogável, e jogável apenas porque as outras peças da bolsa foram distribuídas nas proporções da própria vida. A escassez define a recompensa; a frequência mantém o jogo em movimento.

O preço de uma peça é definido pela raridade com que a letra aparece, mas o conteúdo da bolsa é definido pela frequência com que ela aparece. As duas forças são o mesmo fato, lido para frente e para trás.

04 · Vinte e duas línguas, vinte e duas sacas

Por que o espanhol descarta o K

Se um conjunto de peças justo é uma fotografia das frequências das letras de uma língua, então mudar a língua deve mudar a fotografia. E muda, visivelmente. O WordChess funciona em 22 línguas, e a saca é redesenhada para cada uma, porque uma distribuição ajustada ao inglês é simplesmente incorreta em outros lugares.3

Os conjuntos de peças em espanhol vendidos fora da América do Norte descartam K e W completamente; essas letras aparecem no espanhol apenas em palavras importadas, de modo que uma saca fiel não lhes atribui nenhuma peça.5 O italiano vai além, omitindo J, K, W, X e Y, letras que não pertencem à ortografia nativa do italiano e surgem apenas em empréstimos.5 As letras que um jogador de inglês valoriza por dez pontos cada são, em outra língua, não raras, mas ausentes. A raridade não é uma propriedade de uma letra. É uma propriedade de uma letra em uma língua.

05 · A ideia profunda

A raridade de uma letra é sua informação

Butts estava, sem o vocabulário para isso, medindo algo que um matemático formalizaria uma década depois. Em 1948 Claude Shannon fundou a teoria da informação com base em uma afirmação precisa: quanto menos previsível é um símbolo, mais informação ele carrega. Uma letra que você poderia ter adivinhado diz pouco; uma surpreendente diz muito. A raridade é informação, e a informação é medida em bits.6

Em seu artigo de 1951 Previsão e Entropia do Inglês Impresso, Shannon propôs-se a pesar essa quantidade. Tratando as letras de forma isolada, o inglês chega a cerca de quatro bits por letra; mas, se um leitor usar o contexto, o fato de que um q all praticamente promete um u, que poucas palavras terminam em v, e a taxa real colapsa. Os experimentos de previsão de Shannon colocaram a entropia do inglês comum em algum lugar entre 0,6 e 1,3 bits por letra.6 A maior parte do que escrevemos é redundante; as letras surpreendentes fazem o trabalho real.

A mesma contabilidade já havia moldado um código anterior. Quando Samuel Morse e Alfred Vail construíram seu alfabeto na década de 1840, diz-se que Vail estudou as caixas de tipos de uma tipografia para aprender quais letras eram mais usadas, e então atribuiu a essas letras os sinais mais curtos, um único ponto para E, um único traço para T.7 Códigos curtos para letras frequentes; pontos baratos para peças comuns; poucos bits para o previsível. Morse minimizou o tempo em um fio, Butts equilibrou um jogo, Shannon nomeou o número subjacente, mas todos os três estavam lendo o mesmo livro-razão. O valor de uma letra, como se descobriu, era sempre uma medida de quanto ela poderia surpreendê-lo.

Fontes & notas
  1. Wikipedia, "Alfred Butts", sobre Butts derivando suas contagens e valores das letras de contagens de frequência impressas: "Butts estudou a primeira página do The New York Times para calcular com que frequência cada letra do alfabeto era utilizada." Cita Bruce Lambert, "Alfred M. Butts, 93, Is Dead; Inventor of SCRABBLE", The New York Times, 7 de abril de 1993. en.wikipedia.org/wiki/Alfred_Butts
  2. "Scrabble: Should letter values change?" BBC News Magazine (2013), fonte da frase citada sobre Q e X valerem dez "porque apareciam relativamente raramente." bbc.com/news/magazine-20984707
  3. "Scrabble letter distributions." Wikipedia, as contagens padrão de peças em inglês e os valores em pontos. en.wikipedia.org/wiki/Scrabble_letter_distributions
  4. Estimativas de frequência de letras para texto em inglês comum (E ≈ 12,7%, T ≈ 9,1%, …), conforme compilado em referências padrão. Veja "Letter frequency," Wikipedia. en.wikipedia.org/wiki/Letter_frequency
  5. "Scrabble letter distributions." Wikipedia, os conjuntos em espanhol fora da América do Norte omitem K e W; os conjuntos em italiano omitem J, K, W, X e Y, pois estas ocorrem apenas em empréstimos. en.wikipedia.org/wiki/Scrabble_letter_distributions
  6. Shannon, C. E. "Prediction and Entropy of Printed English." Bell System Technical Journal 30 (1951): 50–64. Estima a entropia do inglês em aproximadamente 0,6–1,3 bits por letra com contexto. princeton.edu/~wbialek/rome/refs/shannon_51.pdf
  7. Cook, J. D. "How efficient is Morse code?", sobre Morse e Vail atribuírem os códigos mais curtos às letras mais frequentes (E, T). johndcook.com/blog/2017/02/08/how-efficient-is-morse-code
  8. Leitura adicional sobre as distribuições de letras do Scrabble, o Scrabble como ferramenta para a alfabetização em crioulo haitiano. doi.org.
  9. Leitura adicional sobre Frequência de letras, [1103.2950] Fitting Ranked English and Spanish Letter Frequency Distribution in U.S. and Mexican Presidential Speeches. arxiv.org.
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