题目

谁知道魔方的原理是什么?

提问时间：2020-12-24

答案

魔方,全称鲁毕克魔方,由瑞士人鲁毕克在1979年间发明.
魔方由26个立方块和一个三维的十字连接轴组成,它的物理结构非常巧妙,这26个立方块由连接轴连接构成一个大的立方体,在立方体的每个面上有9个小立方块,每个坐标轴方向上分为三层,每层都可以自由转动,通过层的转动改变小立方块在立方体上的位置.小立方块依据其所处的位置分为角立方块、边立方块、中心立方块：处在8个角上的为角立方块、处在12条边上中间的为边立方块、处在6个面中心的为中心立方块,在一个魔方中有8个角立方块、12个边立方块、6个中心立方块.角立方块有3个面可见、边立方块有2个面可见、中心立方块只有1个面可见,共有54个面可见,即立方体的每个面上各有9个可见的小立方块的面.我们称这些小立方块的面为方块（不是立方块）,相应的有角方块、边方块、中心方块.转动层时,改变了小立方体的位置,也改变了方块的位置.
将大立方体的各个面涂上颜色,同一个面的各个方块的颜色相同,面与面之间的颜色都不相同,这样,共有6种颜色,每种颜色的方块各有9个,这种最初的状态称为魔方的原始状态.
转动魔方的各个层（以下称转动魔方或转动）,改变了方块的位置,使得魔方的各个面上方块的颜色变得不相同了,即转乱了魔方.我们可以按照某种规则转动魔方,使其回复到原始状态,这就是所说的魔方的复原；还可以通过颜色的搭配,使魔方的面呈现出各个图案,如：L形、U形、工字形、口字形等等,这种特定的转动程序称为图案转动.
转动魔方,可以使任意一个方块落到任意一个相应的位置（“相应”的含义是：角方块只能落到立方体的8个角、中心方块只能落到立方体的6个面的中心等）,由这些方块不同颜色、不同位置的组合,魔方共有（12!*312）*（8!*28）*6!/6=3.153*1023种状不同状态,由此可见,要将一个转乱的魔方用随机转动的方法进行复原是不可行的.
2.预备知识
1.面：魔方有6个面.用手将魔方水平握住,以自己为参照,把魔方的各个面分别称为上面、下面、前面、后面、左面、右面；前面是魔方正对自己的一面,后面是看不见的那一面.在以下的转动程序中把各个面相应的简记为：U、D、B、A、L、R；
2.位置：握住魔方后,魔方的各种方块都有了其位置,我们用各面相交的形式来标定方块的位置,三个相交面确定一个角方块,两个相交面确定一个边方块,中心方块只用一个面就可以确定,用如：“上前左”表示处于上面和前面和左面相交的那个角方块,“后右”表示处于后面和右面相交的那个边方块,“下”表示处于下面的那个中心方块.在以下的转动程序中同样以简记方式来指示方块的位置,如：“DAR”表示下面和后面和右面相交的角方块等；
3.转动方向：转动有顺时针、逆时针之分,以各个面为时钟面作参照,这样,各相对面（上与下、左与右、前与后）的相同的转动方向在实际转动时正好相反,由于各个面有4条边,转动时有90度、180度和270度三种情况,如顺时针90度、逆时针90度、逆时针180度等,显然,顺时针180度=逆时针180度、顺时针270度=逆时针90度等,所以,只用考虑三种转动情况：顺时针90度、逆时针90度、180度.在以下的转动程序中,把顺时针90度简记为“+”、逆时针90度简记为“-”,180度简记为“=”.因此,可以把“将魔方的上面顺时针转动90度”这个动作简记为“U+”,而“A=”表示“将魔方的后面转动180”,等等；
4.定位：指方块的定位,是将一个方块转动到它应处的位置,要复原魔方,则每个方块都必须“归位”即回到应处的位置,如“上前左”角方块可能处在8个角中的任意一个角上,当它在其它7个角上就必须通过适当的转动使其回到“上前左”位置,这个过程就是定位；
5.对色：魔方复原后,同一面方块的颜色都相同.以每个面的中心方块的颜色为参照,当某个已定位方块的颜色与中心方块的颜色相同时,称为对色.
6.
3.复原魔方的四要素：
要想“玩转”魔方,必须具有以下几点：
1.大小适中且转动灵活的魔方
2.灵巧的双手
3.敏锐的观察力
4.高效实用的转动程序
4.魔方复原的原理、复原方法的种类
1.原理
2.种类
5.本魔方复原方法的特点：
6.复原初步
7.从第一个角方块开始
8.上面角方块的定位与对色
9.下面的四个角方块
10.上面的四个中心方块
11.下面的四个中心方块
12.中层的四个中心方块
13.请欣赏已复原的魔方
14.65种魔方图案的转动程序
1.L
2.双L
3.U
4.H
5.口
6.