玩魔方

王朝百科·作者佚名  2010-05-22  
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玩魔方

魔方是什么●魔方是什么

魔方,Rubik's Cube 又叫魔术方块,也称鲁比克方块。是匈牙利布达佩斯建筑学院鲁比克教授在1974年发明的。当初他发明魔方,仅仅是作为一种帮助学生增强空间思维能力的教学工具。但要使那些小方块可以随意转动而不散开,不仅是个机械难题,这牵涉到木制的轴心,座和榫头等。直到魔方在手时,他将魔方转了几下后,才发现如何把混乱的颜色方块复原竟是个有趣而且困难的问题。鲁比克就决心大量生产这种玩具。魔方发明后不久就风靡世界,人们发现这个小方块组成的玩意实在是奥妙无穷。

魔方系由富于弹性的硬塑料制成的6面正方体。核心是一个轴,并由26个小正方体组成。包括中心方块6个,固定不动,只一面有颜色。边角方块8个(3面有色)(角块)可转动。边缘方块12个(2面有色)(棱块)亦可转动。玩具在出售时,小立方体的排列使大立方体的每一面都具有相同的颜色。当大立方体的某一面平动旋转时,其相邻的各面单一颜色便被破坏,而组成新图案立方体,再转再变化,形成每一面都由不同颜色的小方块拼成。据专家估计所有可能的图案构成约为4.3×10^19。玩法是将打乱的立方体通过转动尽快恢复成六面成单一颜色。

魔方种类较多,平常说的都是最常见的三阶立方体魔方。其实,也有二阶、四阶、五阶等各种立方体魔方。还有其它的多面体魔方,面也可以是其它多边形。《如五边形十二面体:五魔方,简称五魔,英文名称:Megamix,又称正12面体魔方》《3x4长方体》《3X5长方体》。

三阶立方体魔方由26个小方块和一个三维十字连接轴组成,小方块有6个在面中心,8个在角上,12个在棱上,物理结构非常巧妙。它每个面纵横都分为三层,每层都可自由转动,通过层的转动改变小方块在立方体上的位置,各部分之间存在着制约关系,没有两个小块是完全相同的。立方体各个面上有颜色,同一个面的各个方块的颜色相同,面与面之间颜色都不相同。这种最初状态就是魔方的原始状态。复原魔方就是按照某种规则转动魔方,使其恢复到原始状态。复原魔方要一个好魔方,一双灵巧的手,敏锐的空间想象力和高效实用的转动程序。复原方法有很多种,具体步骤上有很大的差异性,但也有相通之处,最常见的是一层一层地拼好。

原版实际测量下来发现大约 57mm。

如果试着翻阅国外的资料,会发现世界上第一个魔方为二又四分之一英寸(57.15mm)的记载。

虽然现在还能见到它,但其中不少魔方制造商已随着历史发展,经历了重重变革。

在日本,今天你仍能买到 Tsukuda Original 公司的魔方。早期的产品由 Ideal Toy 生产,透明包装的下方有厂家的标志。

而现在则一律为 Seven Towns 的纸包装,盒子比早期的看起来还要显大。2000年的时候开始特别定制的新标志。但那毕竟是匈牙利等欧洲国家的公制,真的准确吗?请不要怀疑任何一组数据。

现在我们手里的“克隆魔方”的尺寸已经相当接近于原版了。大多在55mm至60mm的范围。

也别小看这魔方别看它只有26个小方块,变化可真是不少,魔方总的变化数为43,252,003,274,489,856,000

或者约等于4.3X10^19。如果你一秒可以转3下魔方,不计重复,你也需要转4542亿年,才可以转出魔方所有的变化,这个数字是目前估算宇宙年龄的大约30倍。这可是十分惊人的!

魔方什么样●魔方什么样

二阶魔方的英文官方名字叫做Pocket Rubik's Cube或Mini Cube,中文直译叫做“口袋魔方”。它每个边有两个方块,官方版本之一魔方边长为40毫米,另外一个由东贤开发的轴型二阶魔方则为50毫米。二阶魔方的总变化数为 3,674,160 或者大约 3.67×106。二阶魔方(Pocket Cube)又称口袋魔方、迷你魔方、小魔方、冰块魔方 ,为2×2×2的立方体结构。本身只有8个角块,没有其他结构的方块。结构与三阶魔方相近, 可以以复原三阶魔方的公式进行复原。

三阶魔方的英文官方名字叫做Rubik's Cube,也就是用鲁比克教授的名字命名的,是目前最普遍的魔方种类。它每个边有三个方块,官方版本魔方边长为57毫米,三阶魔方的总变化数是(8!x38x12!x212)/(2x2x3)=43,252,003,274,489,856,000或者约等于4.3x10^19.三阶魔方由一个连接着六个中心块的中心轴以及结构不一的20个方块构成,当它们连接在一起的时候会形成一个整体,并且任何一面都可水平转动而不影响到其他方块。

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四阶魔方的英文官方名字叫做Rubik's Revenge相对于三阶来说就要复杂的多,它的构成分为两类,一类中心是一个球体,每个外围的小块连接着中心球的滑轨,在运动时候会沿着用力方向在滑轨上滑动。第二类是以轴为核心的四阶魔方,这类魔方的构成非常复杂,除了中心球和外围块外还有很多附加件。作为竞速运动来说第二种构成的四阶魔方运动速度快,不易在高速转动中卡住。 4阶魔方的英文官方名字叫做Rubik's Revenge,直译过来是“魔方的复仇”。官方版本大概边长为67毫米,Mefferts版本为60毫米。四阶魔方被认为是2-5阶魔方中最不好复原的,虽然5阶魔方的变化种类比4阶多,但是4阶魔方的中心块并不固定,也就不能用一般的方法进行复原。即7,401,196,841,564,901,869,874,093,974,498,574,336,000,000,000种变化

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五阶魔方的构成则更甚于四阶魔方。每发明一种新的高阶魔方都要经过很长时间,因为不仅要考虑到项目的可行性,还要考虑如果将魔方作出来后能不能稳定的用于转动。正是由于这个原因,五阶魔方是官方公布的最高阶魔方,其结构也不是一般的爱好者可以想象出来的。 2008年9月14日时的走进科学节目中张腾岳也说了:"我看谁能够将复杂的五阶魔方还原至六面同色,那他智商要上200了."这里同时体现出了五阶魔方的难.五阶魔方的英文名字叫做Professor's Cube,直译过来是“专家(玩)的魔方”,也说明了它的难度,最好的魔方爱好者能在1分半钟左右就把五阶魔方复原。五阶魔方总共有8个角块、72个边块(两种类型)和54个中心块(48块可以移动,6块固定)。

五阶魔方的中心块为3×3结构,所以其每种颜色都有4块中心块是等价的,即中心块的变化状态为(24!(4!6))2种。其24个外侧边块的位置不能随意移动,所以总共有24!种变幻状态。12个中心边块中有11个可以互换位置,所以总共有12!/2×211种变化状态。五阶魔方的总变化状态数为282,870,942,277,741,856,536,180,333,107,150,328,293,127,731,985,672,134,721,536,000,000,000,000,000种变化。

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六阶魔方是由希腊的Olimpic方块公司出产,方块本身评价不太好,常见的评价为容易"pop"(指在复原中的魔方某些组成部分从魔方上面脱离的情况),'中心轴不坚固'等。

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七阶魔方同样是由希腊Olimpic方块公司出产。同时兼备了收藏,鉴赏及实用价值,方块本身为圆弧型,因若持续以正方体设计,方块的零件将无法固定而散开。同时这也是世界上公开并证实存在的最高阶魔方。

八阶或以上魔方

十一阶魔方是现时魔方设计(无实体)的极限,为V-CUBE公司所设计。至于之前在网络上出现过的9x9x9魔方,事后证明只不过是拼凑出来的,正方体的九阶魔方是不可能存在的。

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魔方的还原●魔方的还原

基本术语

阶:阶数是指魔方每个边所具有的块数,比如三阶魔方每个边就有3个小块。

复原:指魔方从非原始状态到原始状态的过程。

POP(飞棱):指在复原中魔方的某些组成部分从魔方上面脱离的情况,如果是出现在比赛中作为无效的复原过程。

DNF(弃权):即Did Not Finish指魔方复原者感觉无法在自己满意的时间内完成魔方而弃权的情况,在比赛中可以有一次DNF。

普通玩法

这类玩法适合拿魔方当作放松和娱乐的爱好者。他们通常仅仅满足于复原一个魔方,不会追求更高的标准。

竞速玩法

竞速玩法竞速玩法出现的具体的时间已经难以考证。当爱好者们已经能够熟练复原魔方的时候,就开始追求最快的复原。竞速复原有几个要点:使用的方法要最简便,但是随之产生的问题是步骤越少,需要记忆的公式就越多;使用的魔方需要最适合竞速使用,不会卡住或者打滑,所以出现了为魔方专用润滑油;灵巧的双手,因为拥有方法和好的魔方不是最重要的,双手能够熟练的转动魔方才能有最高的效率。

世界上最快的人曾经在7.08秒成功还原了一个魔方(记录创造于Czech Open 2008),记录保持者是来自荷兰的Erik Akkersdijk。

最少步骤还原

这是最为艰难的玩法,在这种玩法或者比赛中,不能转动魔方,只能用眼睛观察魔方的状态,然后思考出最少的步骤来解决魔方。虽然还没有人能证明出魔方的最大打乱状态(即需要用最多步骤还原的状态)是什么,但是普遍认为经过50步无规则的打乱,3阶魔方就能达到最大状态,此情况下恢复原状需要20步。目前的世界纪录是22步还原.

盲拧

盲拧可以说是每个魔方玩家的梦想。盲拧的定义就是不用眼睛观看魔方(可以记忆),进行复原的过程。计时是从第一眼看到魔方开始的,也就是说记忆魔方的时间也算在总时间内。这种玩法对一个人的记忆力和空间想象力有极大的考验。3阶竞速赛高手Macky也是盲拧的好手,他在去年的世界锦标赛上第一次突破3分钟大关,但是这个纪录随后不久就被美国人Leyan Lo打破。今年的比赛中,他们两个双双超出自己的最好成绩,Lo的成绩为2分36秒,Macky则创造了新的纪录,为2分18秒。但是,2009年5月2日,北京首都公开赛上(WCA承认),庄海燕以47.22秒的成绩打破世界盲拧记录(原记录为48.05秒 Ville Seppänen-芬兰),成为目前中国大陆选手在魔方领域中的唯一世界第一!而且在2009年8月3日CCTV3的想挑战吗?节目中,老瓦以43.47秒的成绩打破自己保持的47.22秒原魔方盲拧世界记录。最新消息,2010年2月7日,上海冬季赛(WCA认证),庄海燕(网名老瓦)以32.72s的成绩再次打破由自己创造并保持的三阶盲拧纪录,在三阶盲拧界遥遥领先于其他人,以此观来,颇有独孤求败的感觉。[1]

单拧

即单手转动魔方进行复原,对手指的灵活程度要求很高。因为没有另外一只手的帮助,魔方难以保持平衡,尤其是在高速转动的过程中。目前世界纪录为Macky创造的23秒26。

脚拧

虽然听起来有些不可思议,但是却是有人用脚来复原魔方。目前没有这一项的世界纪录。有记载的最好成绩为2分半钟。

花式拧法

图案有些人不喜欢竞速或者最少步骤还原的玩法,而钟情于创造美丽的图案。事实上这也是相当有难度的,因为要预测每一块的移动并不是很简单。

魔方的入门玩法●魔方的入门玩法

魔方别看只有27个小方块,变化可真是不少,魔方总的变化数为

或者约等于4.3·1019。如果你一秒可以转3下魔方,不计重复,你也需要转4542亿年,才可以转出魔方所有的变化,这个数字是目前估算宇宙年龄的大约30倍。

三阶魔方总变化数的道理是这样:六个中心块定好朝向后,就构成了一个坐标系,在这个坐标系里,8个角色块全排列8!,而每个角色块又有3种朝向,所以是8!*38,12个棱色块全排列每个有2种朝向是12!*212,这样相乘就是分子,而分母上3*2*2的意义是,保持其他色块不动,不可以单独改变一个角色块朝向(对应3),单独改变一个棱色块朝向(对应2),和单独交换一对棱色块或一对角色块的位置(对应另一个2)。至于为什么,我建议大家自己先想想。

由此可见,这么多变化用很短时间变回六面同色不是很简单的。不过世界上最快的人7.08秒就可以还原一个魔方(记录创造于2008年7月12日的 捷克公开赛),记录保持者是来自荷兰的Erik Akkersdijk。

那些人为什么会这么快呢?因为他能记住好多的魔方算法,或者也有叫魔方公式的,世界上顶尖的选手,据说可以记住600多个算法。我们这里介绍的入门魔方解法,涉及的算法很少而且都很简单, 只要学会,每个人都可以轻松得学会玩魔方的。

在开始之前,让我们来看看魔方的基本构造,魔方六面的中心块的相对位置是固定的,这个你拆过魔方就会知道,我敢保证在你照后面的方法开始拧来拧去的时候,很容易就忘记前后左右开始是什么颜色,这样就拧乱了。所以你开始一定要定好一个你喜欢的朝向。在这里我选蓝色做为顶面,绿色为底面,红色前面,橙色后面,白色左面,黄色右面。 当然你可能贴纸贴的就跟我不一样,魔方六面贴纸应该有5*3!=30种贴法吧,为啥呢?因为假如你指定蓝面为顶面,那么底面就应该有5种选择,还剩下4面构成一个环,这个环去除了旋转对称共有3!种贴法,对吧:)我选的如下图。

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(第一步)在第一面做一个十字,形成如下的样子:

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注意啊,你对好的十字必须如上图,每个侧面的棱和中心是同色的。做成这步的方法很多,我建议你自由发挥。如果实在有困难,我这里提供一个万全的办法,就是把中间层含有蓝色的棱色块变到底面上去,然后对好侧面颜色,再翻上来。我这里就举一个例子大家就应该明白了,对于左图B位置,只需要下面3步。

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我说的够清楚了吧。D位置和B位置完全同理,也是把中间层含有蓝色的棱色块变到底面上去,然后对好侧面颜色,再翻上来,而对于A和C位置你可以旋转该面,让其变到B或D位置。如果某个棱色块的蓝色面已经在顶面或底面,相信大家会有办法解决的。 你要记住的是,如果遇到困难,就把蓝色变到底面,在底面上你是可以任意旋转的。

有时候,你会碰到左图这样的情况,蓝黄色块转到底面时影响了已经对好的红色面,这时候,你需要在最后一步之前恢复红色面的位置。

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……

具体看http://www.rubik.com.cn/beginner.htm

 
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