魔方介绍( 五 )


魔方的起源
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 。
魔方的流行
魔方广为大家喜爱是在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、盲拧魔方等玩法,越来越多的人正在重新关注魔方 。
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: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:即Did Not Finished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 。
魔方的构成
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 。
四阶魔方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 。
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 。
六阶(含)以上的魔方目前还没有官方版本 。不过不久前传言说已经有日本人制作出来样品并且发送法国公司尝试生产了 。高阶魔方之所以难以制作,因为如果还是按照三阶魔方同比增加和扩大的话,角块在转动中可能会因无支撑物而从空中掉落 。以前在网上所看到过的所谓八阶魔方后来证明不过是用普通的三阶拼凑出来的 。
魔方的贴纸
魔方六个面贴纸通常由红,黄,蓝,绿,白,橙六种颜色组成 。各个时期和地方的版本贴纸方法会有区别,但基本上是红橙相对,黄白相对,蓝绿相对,其实只要满足了这3条无论怎么随心所欲的贴最后结果就只有两种贴法了 。
如果没有这些限制魔方贴纸一共有多少种贴法呢?答案是30种 。因为由于魔方立方体的对称性,不失一般性的,我们贴纸时不妨就指定蓝色为顶面 。他的对面就有5种贴法,剩下的4个面组成一个环 。这个环的4种颜色去除旋转后相同的情况有3*2种贴法 。这是因为,对于这个环,我们也可以不失一般性的就指定4种颜色中的一种颜色做为前面,他的对面有3种贴法,剩下的两面对应2种贴法,所以魔方贴纸的贴法有5*3*2=30种 。
魔方有多少种变化?
别看魔方只有26个小块,相对位置能变化的更只有20块,可是它的变化真不少,曾经有公司在卖魔方时做广告说魔方总变化有30亿种,有人评论说,这相当于麦当劳得意的宣布他们已经在全世界卖出了100个汉堡包了 。
魔方的变化有(8!*3^8*12!*2^12)/(3*2*2)=43,252,003,274,489,856,000,约等于4.3*10^19或者4325亿亿种变化,三阶魔方总变化数的道理是这样: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!*3^8,12个棱色块全排列每个有2种朝向是12!*2^12,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,改变一个棱色块朝向,和单独交换一对色块的位置 。