关于魔方

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魔方（英語：Rubik's Cube）是匈牙利建筑学教授和雕塑家厄尔诺·鲁比克于1974年发明的机械益智玩具。根据估计，自发明来，魔方在全世界已经售出了约1亿多只。魔方与中国的华容道、法国的单身贵族（独立钻研棋）同被称谓智力游戏界的三大不可思议。

魔方在1980年代最为风靡，至今未衰。面世不久后，很多类似的玩具也纷纷出现，有些出自发明人鲁比克，有些则是出自别人之手。包括4 × 4 × 4，2 × 2 × 2 和5 × 5 × 5 版的魔方。

作为魔方的发明人，鲁比克教授拥有匈牙利专利号#170062，却没有申请国际专利。（他认为别人不大愿意生产这种玩具，但实际上克隆产品几乎马上就出现了。）

起源
正如本条目开头所言，最早的魔方是鲁比克教授发明的，但是并不是为了投入生产和娱乐。因为他是建筑学和雕塑学教授，所以他自己动手做出了第一个魔方的雏形来帮助学生们认识空间立方体的组成和结构。在他完成第一个作品以后，转动了几下，发现原本齐整的魔方竟然很难恢复，于是他意识到这个新的发明会很不简单。但是他想不到的是，这个边长不到6厘米的玩具竟然会在未来风靡全球，甚至出现了以魔方为道具的运动。


流行
魔方广为大众喜爱是在80年代。从1980年到1982年总共售出了将近200万只魔方。1981年，一个来自英国的小男孩，帕特里克·波塞特（Patrick Bossert）写了一本名叫《你也能够复原魔方》（ISBN 0140314830）的书，总共售出了将近150万本。由于魔方的巨大商机，鲁比克教授和他的合伙人一同开发了二阶和四阶魔方，这两个产品同样取得了成功。

在中国，魔方是80年代最抢手的玩具，如同今天孩子们手中的掌上游戏机一样，成为青少年最喜欢的玩具。但是随着改革开放，越来越多的新奇玩具进入了中国，中国的魔方热潮也在渐渐消退。

不过最近几年，中国的非正式魔方社群魔方吧正在努力改变公众对于魔方的看法。魔方不仅仅是小孩子的玩具，更是一种休闲放松的方式，再加上更有刺激和挑战性的竞速、单手拧魔方的玩法，越来越多的人正在重新关注魔方。


玩法

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。

目前世界上还原3阶魔方速度最快的是日本人Shotaro Makisumi，他被魔方界的人昵称为“Macky”，他在比赛中的平均速度一般是在13秒左右，最近几年的大赛冠军尽被他收入囊中。他和世界上大多数魔方高手使用的方法是被称为“Fridrich Method”的复原法，这种方法是由美国人Jessica Fridrich女士发明的。

最少步骤还原
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23步。目前的世界纪录是28步还原，耗时2个半小时。

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。

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。

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。

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解法

魔方的解法有很多种，最常用的是棱先、角先和层先。

在书写魔方转动步骤的时候，有一些国际约定需要注意：

层表示约定：F、B、L、R、U、D分别代表前、后、左、右、上、下面，四阶和五阶魔方则增加f、b、l、r、u、d符号，意为中间层。
转动约定：如果为顺时针转动，则层符号后无内容；若逆时针转动90度，则记为层符号+“'”，比如上方第一层逆时针转动90度，则记为F'；如果转动180度，则记为层符号+“2”，比如上方第一层转动180度，记为F2。

层先

这类解法分为以下几个步骤：

选择一个颜色作为底面色，然后使用基本公式将其拼成一面
将底层的边色归位
将第二层归位
将最上层转出一个“十”字
将最上层利用公式填满同一种颜色
角块归位、对色
棱块归位。
由于其公式少（可以简化为7个），所以一般为初学者使用。一般人在经过练习后，使用一个好魔方可以达到1分钟之内复原的水平。


角先
角先方法是先将魔方的八个角归位定色，然后再填补棱色，最后完成复原。这种方法记忆的公式比较多，所以速度会较层先快。最快的角先魔方高手可以在30秒之内复原魔方。

棱先
棱先方法是先将棱块归位定色，然后填补底层和上层的角块的方法。

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Fridrich方法

Fridrich步骤示意图Fridrich方法其实是层先的变种，但是由于其归纳出了可能出现的各种情况，所以在记忆量上面要增大许多倍（100多个公式），其步骤分为以下几个：

将底层转出一个符合色块分布的十字 （Cross）
同时将底层角块和相对应棱块归位 （F2L，Fisrt 2 Layers） 41个公式
最上层利用公式将颜色统一 （OLL，Oritent Last Layer）57个公式
将最上层侧面的颜色统一 （PLL，Position Last Layer） 21个公式
现在绝大多数魔方高手都使用Fridrich Method，因为相对于它能达到的速度来说，100多个公式的记忆量就显得不多了。

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个人表示玩这个东西的时候鸭梨很大。

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怎样玩魔方(转录)

　　魔方曾被誉为世界三大智力玩具之一

　　魔方可以拆开。废话！不过……你拆开过吗？如果没有，赶快把魔方一块一块地卸下来，嘿嘿嘿，是不是有一种打ＤＯＯＭ怪物的感觉？卸下来了吗？可以看到，除了骨架上的六个不同颜色的中心积木外，还有８个角上的积木和１２个棱上的积木。　　中心积木只有一种颜色，棱上的积木有两种颜色，角上的积木有三种颜色。不管怎么说，没有两块积木是完全相同的。骨架上的中心积木是不能动的，所以中心积木与中心积木的相对位置是确定不变的，所以角上棱上的积木的正确位置也是不变的。例如一个红黄蓝色的角积木，它的正确位置就在红黄蓝中心积木对应面的角上。我们的任务就是把棱积木、角积木转到它们自己的位置上。

　　废话少说，快来观摩一下我的规划图吧:


图1

      从现在起我们就要开始玩魔方了，现在的任务是完成魔方的一面。

　　首先选择你要玩的面颜色，在这里我选择兰色进行教学，因为我喜欢兰色^_^,我们将该颜色的中心积木所在的面称为基面。


图2


图3


图4

　　为了避免玩家转来转去找不到魔方的方向了，我们统一规定，魔方摆放如图2所示，另外在图3中我们要将外面的兰色块转入基面的黑色块位置时，却不能影响阴影积木，这也是玩魔方的难点。对于其他没着色的积木，都是些无关紧要的积木，可不去理会，把注意力集中在基面外面的操作块、操作块的目标位置和不可受到影响的积木上。(注：在操作的步骤中，阴影积木可以移动，但要保证步骤完毕后，阴影积木无变化)

　　对于魔方一面的完成，我们是一个一个操作块地完成的，饭也是一口一口地吃嘛！转时，一定要找准操作块的真正目标所在，要注意操作块的附加颜色，否则失败。如图4，黄蓝色块与绿蓝色块颠倒，所以兰色一面成功了也没有用。

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　　下面是一些最基本的将操作块转入基面的功夫，可要认真揣摩呀！


图5


图6

　简要说明：图中阴影块是目标位置，注意哟，我可没有标记不可受影响的积木哟。另外，要注意操作块相对于目标位置的区别，不同的位置用不同的方法。如图6所示，基面外兰色标记的块，都可以通过转动使其到达Ａ位置或者Ｂ位置，然后再用１方法完成到达目的位置的任务。


图7


图8

   当目标块在背面时，可以通过图7这三步将目标块转到侧面来，然后转到A位置，用１方法完成到达目的位置的任务。触类旁通，如面图8所示，基面外兰色标记的块，都可以通过转动使其到达Ａ位置，然后再用２方法完成到达目的位置的任务。


图9

    当目标块接触基面时，可以通过图9这三步将目标块转到侧面来，然后转到A位置，用１方法完成到达目的位置的任务。


图10


图11

  角积木的玩法讲完了，下面我们讲棱积木的玩法。(图10)

  触类旁通：如图11所示，基面外兰色标记的块，都可以通过转动使其到达Ａ位置，然后再用４方法完成到达目的位置的任务。

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图12


图13

  触类旁通：如图13所示，基面外兰色标记的块，都可以通过转动使其到达Ａ位置，然后再用５方法完成到达目的位置的任务。


图14


图15

  触类旁通：如图15所示，基面外兰色标记的块，都可以通过转动使其到达Ａ位置，然后再用６方法完成到达目的位置的任务。


图16

  当目标块接触基面时，可以通过这三步将目标块转到侧面来，然后转到A位置，用５方法完成到达目的位置的任务。

  至此，魔方一面的技巧已经全部讲完。

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图17

  如图17所示(灰色是白色色块)，我们已经完成了基面的工作，现在我们不再管基面了，我们将基面放在最下面。我们要作的第一个工作是将四个侧面的中心积木转到相应的位置使每个侧面都有四个相同颜色的倒'T'形状，如图中红框中所示。然后我们要完成的任务是将这些倒'T'形状的两侧填上正确的棱积木,如图中右上阴影部分所示。


　


用这八步着法可以将棱积木转到阴影位置。转的时候一定要注意魔方的方向不要乱了哟！


图19

触类旁通：如图19所示，打圈标记的棱积木，如果是红绿色的积木的话就可以通过转动使其到达Ａ位置，然后再用１方法完成到达目的位置的任务。


图20

特殊情况：如图20左所示，红绿色棱积木已经在正确位置上了，可是却颠倒了颜色，这可如何是好？ 方法肯定是有的，如图20右，将一个无关大局的棱积木(图中打了圈)转入该位置，红绿色积木自然就跑了出来了，不是吗？


图21

好了，我们为魔方大厦垒起了砖头(图21)，看样子也完成了三分之二了，只剩下上层建筑了，这上层建筑里的九个积木全部是带有顶面色(粉红色)的积木,啊,别小瞧了这区区九个-----后面的路还长着呢！

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接下来我们要完成的任务是在魔方的顶面上画一个十字，如图23所示。


图23


图22

如上图22所示有一个方法1，共有六步，它到底做什么工作呢？

上图22下面有五个魔方，表示了十字的形成过程：当顶面只有一个粉红色块时，用方法1可以形成一个"一"字,在这个基础上再用方法1，形成一个"L",将顶面转向180度，然后用方法1,就形成了十字。

方法1这个过程完毕时，不会影响到已经完成的底层和中层,很有趣吧？以后的方法会越来越苛刻，影响的积木会越来越少，也会越来越复杂。

好了，十字架做好了(图23)，以后我们就更有信心完成魔方大厦了！

=======================分割线===========================

之后我们要完成的任务是让上层建筑的四个角积木“各就各位”，让它们到自己的正确位置上。


图24

首先如上图24所示，我们将顶面上的四个角积木分别称为上角积木、下角积木、左角积木和右角积木。然后我们来看下图25(灰色代替了白色), 用下面的这两种方法可以实现的是：上角积木的位置保持不变，左角积木、右角积木和下角积木进行顺时针(或者逆时针)的位置交换，并且保持底层和中层的积木不发生变化，顶面保持十字。


图25

当然，并不是什么事情都一帆风顺，下图26是对角交换的两种情况，可以用下面的"死"方法完成。当你们"熟"了的时候，自然会生出"巧"来，你们会发现这个问题很简单。


图26

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好了，我们已经将上层建筑的四个"屋檐"转到了它们应该在的位置，现在我们要做的是将"屋檐"的顶面色块全部翻转过来,如图27所示。


图27

已经进入最后阶段

通过下面图28这两种方法可以保持上角积木不变，并旋转左、右、下角积木，从而达到将顶面色完成的目的。


图28

呵呵，可是天下没有这么便宜的事,下面图29有几种特殊情况需要特殊处理：


图29


看了上图29这5个张牙舞爪的"积木螃蟹"，是不是有些心烦呀？你们不应该去背这个过程，你们应该记着：将顶面色块没有在顶面上的角积木转到上角积木这个位置，然后使用方法1或者方法2，事情就会有转机。(我实在描述不出来了，嘻嘻，只可意会不可言传，就看的悟性了：)

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最后一课

我们需要做的是将魔方上层建筑的四个棱积木移到正确的位置上。

（１）第三層上只有四邊中心的一個方塊處於正確位置而其它三個則在錯誤位置



（２）四邊頂層的中心方塊全在錯誤位置。



如上述（１）情況發生，應該以基面作為參照點（如圖），根據以下步驟轉動。
如上述（２）情況發生，應以任一面或一邊作參照，根據以下步驟轉動。然後（１）所示情況可能出現，然後再轉以至結束遊戲。
　
180°180°

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