魔方分类、基础理论

魔方分类、基础理论前言 2020 年 1 月 6 日 开始系统化地写魔方系列博客

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目录

一,个人历程

二,魔方分类

0,分类大纲

1,六轴魔方

2,四轴魔方

3,八轴魔方

4,十二轴魔方

5,非对称性魔方

6,非固形遗忘魔方

7,固形非遗忘魔方

8,非固形非遗忘魔方

三,魔方基本要素

四,魔方的结构化

1,魔方的状态

2,复原问题

3,子问题

五,魔方之间的关系


一,个人历程

2020年1月6日,开始系统化地写魔方系列博客。

我从初一开始玩魔方,首先玩的就是三阶魔方,靠自己的理解轻轻松松就能完成正确的一面,但是根本无法复原。

大概在初二的时候在魔方小站学习了层先法,就学会复原了。

然后以此为基础,其他所有魔方都靠自己探索。

首先是二阶魔方和四阶魔方会复原了,而且我知道四阶魔方怎么样操作就不需要最后一步的特殊公式。

高中的时候,在脑海中完成了分析,确定任意阶魔方都会复原,但是对此没有任何记录。

然后我买了7阶魔方,果然7阶魔方是会复原的。

然后大学沉迷学习和看小说,也没什么钱,就没有再探索魔方了。

毕业之后一年半一直没有从事研发类岗位,更没有探索了。

现在是2020年1月6日,我最近转岗重新回到了开发岗,今天重启魔方探索。

二,魔方分类

0,分类大纲

按照魔方操作是否是遗忘操作,即在任意状态下合法的操作集都是一样的,分为遗忘魔方和非遗忘魔方。

按照魔方外形是否固定,分为固形魔方和非固形魔方。

所以一共分四大类:固形遗忘魔方、非固形遗忘魔方、固形非遗忘魔方、非固形非遗忘魔方

其中固形遗忘魔方,按照操作是否具有对称性,分为对称魔方、非对称魔方。

其中对称魔方按照对称轴,分为四轴、六轴、八轴、十二轴魔方。

所以一共分为八小类:四轴魔方、六轴魔方、八轴魔方、十二轴魔方、非对称魔方、非固形遗忘魔方、固形非遗忘魔方、非固形非遗忘魔方

1,六轴魔方

2,四轴魔方

3,八轴魔方

4,十二轴魔方

5,非对称性魔方

6,非固形遗忘魔方

爱心魔方

7,固形非遗忘魔方

8,非固形非遗忘魔方

魔方分类、基础理论 魔方分类、基础理论

魔方分类、基础理论

魔方分类、基础理论

魔方分类、基础理论

三,魔方基本要素

要定义一个魔方,最基本的要素我认为有3个:

(1)魔方的组成部件:中心块,棱块,角块,等等。

(2)魔方的可执行操作:可以执行的操作构成的集合,魔方通行的按轴数分类的方法就属于这方面。

(3)魔方的目标态:要转成什么样子,大部分魔方是有唯一复原态的。目标态包括颜色、组成部件的位置和方向等。

四,魔方的结构化

所有魔方都可以转化成一个结构化的问题。

1,魔方的状态

首先,每个组件分为固定位置和可变位置。

 其次,每个组件根据形状和颜色决定有多少种朝向。

最后,一个魔方的状态包括所有组件的位置和朝向。

2,复原问题

魔方的复原问题,可以表示成一个结构化的图论问题:

魔方的每个状态都是一个点,每个状态下的每种操作都是一条有向边,这样就构成了一个确定的有限的图。

复原问题就是,在这个图中任选一点,找到通向复原状态对应的点的有向路径。

3,子问题

几乎所有的魔方都有层先法,层先法是把问题拆分成若干子问题,每个子问题都有各自的方法或者公式。

魔方也有其他方法可以复原,层先法是最简单但是步骤比较多的方法。

不同的复原方法,会把复原问题拆分成不同的子问题

五,魔方之间的关系

魔方之间的关系有6种:

等价(同构)、相似、退化、子集、伪子集、无关

(1)等价(同构)

组成部件、可执行操作、目标态都一样,就叫同构。

何为组成部件一样:准确的说是可以一一对应,更准确的说是组成部件的等价类是一一对应的

何为组成部件的等价类:比如四阶魔方,四个中心块是无法区分的,就属于一个等价类。

如:

三阶魔方和镜面魔方是同构关系。

(2)相似

如:

粽子魔方和三阶魔方是相似关系。

五魔方和三阶魔方、二阶五魔方和二阶魔方是另外一种更为复杂的相似关系。

PS:

相比于苹果魔方,粽子魔方顶层棱块是2A2B,按照层先法复原顶层的方法,要先复原顶面色块,再调整角块和棱块的位置,这对于粽子魔方稍微有点障碍,不过并不难。

(3)退化

如:

三阶魔方、苹果魔方是三阶图案魔方的退化。

粽子魔方是三阶魔方的退化。

PS:

苹果魔方几乎是三阶魔方的退化,唯一的差别就是苹果魔方的中心块有方向区分,否则它就是三阶魔方的退化。

(4)子集

一个魔方的块集是另一个魔方的块集的子集,且操作是对应的。

如:

三阶空心魔方是三阶魔方的子集。

二阶魔方和二阶空心魔方都是三阶魔方的子集,刚好是个分割。

二阶五魔方是五魔方的子集。

(5)伪子集

如:

123魔方是三阶魔方的伪子集

PS:

123魔方看似是三阶魔方的子集,即第一层或第二层的第一列和第三列的6个块,实则两种思路都是不对的,因为魔方的关键除了块还有操作,操作对应不上就不能叫子集。

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