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    物品器具 智力玩具——魔方

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    • 至高神
      LV.8 渡劫期
      VIP 9

      魔方,英文名为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厄尔诺·鲁比克教授在1974年发明的。三阶魔方系由富有弹性的硬塑料制成的6面正方体,共有26块小立方体。

      魔方与中国人发明的“华容道”,法国人发明的“独立钻石”一块被称为智力游戏界的三大不可思议。而魔方受欢迎的程度更是智力游戏界的奇迹。

      1、变化总数

      魔方,也称鲁比克方块,台湾称为魔术方块,香港称为扭计骰,英文名为:Rubik’s Cube。是一种娱乐玩具,当初厄尔诺·鲁比克(Erno Rubik)教授发明魔方,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。三阶魔方是由富有弹性的硬塑料制成的正方体。核心是一个轴,并由26(中间一层为8块,其余两层各9块)个小正方体组成。包括中心方块有6个,固定不动,只有一面有颜色。边角方块(角块)有8个(3面有色)可转动。边缘方块(棱块)12个(2面有色)亦可转动。此外除三阶魔方外还有二阶、四阶至十三阶,近代新发明的魔方越来越多,它们造型不尽相同,但都是趣味无穷。

      魔方之父厄尔诺·鲁比克

      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。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。

      三阶魔方总的变化数为43,252,003,274,489,856,000。或者约等于4.3X10^19。

      之所以要分奇偶性,是因为偶数没有中心,这个中心包括中心棱和面中心,如果你是魔方玩家,应该很清楚这点。事实上只要掌握3,4,5阶的推导方式,就不难推导n阶的变化总数,比较关键的是,心块:每个面的心块要分成若干个等价位置组,每个组包含四个心块;棱块,要分为边棱和中心棱。

      2阶魔方变化总数是3.67*10^6

      3阶魔方变化总数是4.3*10^19

      4阶魔方变化总数是7.4*10^45

      5阶魔方变化总数是2.8*10^74

      6阶魔方变化总数是1.57*10^116

      7阶魔方变化总数是1.95*10^160

      8阶魔方变化总数是3.5*10^217

      9阶魔方变化总数是1.4*10^277

      10阶魔方变化总数是8.298*10^349

      11阶魔方变化总数是1.085*10^425

      12阶魔方变化总数是2.06*10^513

      13阶魔方变化总数是8.76*10^603

      14阶魔方变化总数是5.4*10^707

      15阶魔方变化总数是7.458*10^813

      2、魔方构建

      中心块(6个):

      中心块与中心轴连接在一起,但可以顺着轴的方向自由的转动。

      中心块的表面为正方形,结构略呈长方体,但长方体内侧并非平面,另外中心还有一个圆柱体连接至中心轴。

      从侧面看,中心块的内侧会有一个圆弧状的凹槽,组合后,中心块和边块上的凹槽可组成一个圆形。旋转时,边块和角块会沿着凹槽滑动。

      棱块(12个):

      棱块的表面是两个正方形,结构类似一个长方体从立方体的一个边凸出来,这样的结构可以让棱块嵌在两个中心块之间。

      长方体表面上的弧度与中心块上的弧度相同,可以沿着滑动。立方体的内侧有缺角,组合后,中心块和棱块上的凹槽可组成一个圆形。旋转时,棱块和角块会沿着凹槽滑动。另外,这个缺角还被用来固定角块。

      角块(8个):

      角块的表面是三个正方形,结构类似一个小立方体从立方体的一个边凸出来,这样的结构可以让角块嵌在三个棱块之间。与棱块相同,小立方体的表面一样有弧度,可以让角块沿着凹槽旋转。

      3、分类

      普通魔方

      二阶魔方

      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 3.67×10^6。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, 因为其没有中心块,所以可用假想中心法和复原三阶魔方的公式进行复原。

      三阶魔方

      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,是当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!x3^8×12!x2^12)/(2x2x3)=43,252,003,274,489,856,000或者约等于4.3×10^19.三阶魔方由一个连接着六个中心块的中心轴以及8个角块,12个棱块构成,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。三阶魔方是生活中最常见的,而在2011年03月出现了新型三阶-面包三阶,打破了三阶魔方立方体的常规设计。

      四阶魔方

      四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”。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,其实这类四阶魔方就是隐藏中层的五阶魔方,内部的小零件即为五阶的侧心块和中棱块,中轴上有防止锁死的突起装置。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。四阶魔方共有7,401,196,841,564,901,869,874,093,974,498,574,336,000,000,000种变化。

      五阶魔方

      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”,世界上总共有三种结构的五阶魔方,即中国台湾东贤的M5,匈牙利鲁比克的R5,希腊Olimpic的V5。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。

      五阶魔方的难度较高,五阶魔方,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。

      六阶魔方

      六阶魔方是由希腊的Olimpic方块公司出产,角块比中心块略大,棱块略呈长方形。方块本身评价不太好,常见的评价为容易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,如果是出现于比赛中,则作为无效的复原过程。为防止锁死,方块内部设置click装置,但同时也对手感造成严重影响,转起来一卡一卡的。魔友通常对其进行一系列打磨改造,可大大减少顿挫感,并减少很多pop的机会。

      七阶魔方

      七阶魔方由希腊Olimpic方块公司出产。同时兼备了收藏,鉴赏及实用价值,方块本身为圆弧型或正方体。

      我国“圣手”生产了方形的七阶,分为两种规格,大方七直径7.75cm,小方七(玲珑七阶)直径6.9cm,更大程度的满足了不同选手对魔方的需求。

      八~十七阶(未经官方认可)

      八阶魔方为“魔方吧”的魔友“大烟头”自制(R结构的四阶和蓝蓝的七阶改成的八阶)八阶虽然比九阶要低一阶,但其结果比九阶更复杂制作。

      现今国产魔方牌子“圣手”研制出了八阶魔方,但是因为结构原因,所以魔方的角块和棱块都和中心块的大小不一样。而且整个魔方外观上是正方体。

      希腊V-Cube也推出了八阶魔方。

      九阶魔方是汕头永骏公司出品的,魔方尺寸:7.5*7.5*7.5(cm),材质:ABS环保工程塑料、pvc贴纸,产品重量:约510克。

      十阶魔方同由圣手魔方量产,同八阶外观也是一个正方体。重量大小和十一阶差不多。

      智胜11阶第一批108个正式上市,尺寸:约11.7cm,重1000克左右。防POP能力不错,不易散架;中心轴使用高级的尼龙材料; 容错度是在小方格偏差一格,做L’R’动作可以通过。

      十二阶魔方为魔友“Leslie Le”自制,发布于TP等国外论坛,没有在国内论坛发布,因而有不少魔友并不知道,且制作人本身并没显示出要出名的意思,较为低调,各位可以在网络视频找到12阶相关内容。

      十三阶魔方由永骏魔域世界首次量产,但是价格也相当昂贵。

      世界最高阶实体魔方,十七阶魔方,作者是Oskar和Claus,是世界上可以转动的最高阶魔方。

      更高阶

      其他更高阶的魔方,从量产上来分析,当前还是不存在的。但是民间却有非常热心、狂热的发烧友会自己来制造,也可能造出来。当前出现于网络上,经视频检验得,最高阶的魔方是十七阶的魔方,在视频中可看到是可以全方位正常旋转的,可谓惊人。随着魔友力量的壮大,更多更高阶的魔方可以有机会和大家见面。

      异型魔方

      异型魔方相对原始魔方的变化较大,但是原理基本上相同。初玩的爱好者通常会被它们怪异的外型唬住。

      变种魔方

      这类魔方保持了原始魔方的外表,但是做出了种种限制,让爱好者不能顺利的按照普通方法完成复原。这一类型的魔方的数量极多,在这里只列出常见几种有特点的魔方。

      镜面魔方

      叫做“Rubik Cube Mirror”,是三阶魔方的衍生与变形。特色在于外型不对称与镜面涂布,打乱后可以变换形状。特点在于每个棱块和角块大小都不一样。仔细研究一下,会玩正常三阶的,基本上能还原。拿来当桌面小玩意是不错。

      Square 1

      Square One又叫做Square 1或者SQ1,是由Karel Hrsel和 Vojtech Kopsky在1992年共同发明的。它的难度主要在于上下两个地面的方块被切割成了可以转动30度和60度的小块,从而可以产生不同于原始方方正正模样的状态。一般来说,如果能在SQ1的两种经典型之间任意转换,就证明已经掌握了SQ1的复原。

      Square 1魔方分为三层。顶层和底层都有风筝块和三角块,它们也被称为角块和边块。整个魔方总共有8个角块和8个边块。相对于层的中间来讲,角块为60度,边块宽度为30度。

      此外除SQ1外还有SSQ1等系列衍生类魔方。

      Pyraminx

      Pyraminx又名金字塔魔方,由德国科学家麦菲特Uwe Meffert 教授于1970年发明出世界第一个魔术方块,原本是他用于研究金字塔能量的模型(1970热门研究“金字塔能”苹果放置模型中央一年仍能保持新鲜状态),在研究过程中,意外的发明出魔术金字塔。该魔方的形状为正四面体,总共有四个面及四根轴。Pyraminx为4轴1阶,方块中所有的切角皆为60度。也有其他种类的高阶金字塔魔方(当然也不叫Pyraminx了)。

      Skewb Cube

      Skewb Cube(斜转魔方)简称Skewb,其意思为“斜转的魔方”,由Mefferts公司推出,它和Pyraminx一样也是四轴,不过不同的是它继承了立方体的结构,一个面块被一个内接正方形割成四个全等的等腰直角三角形和一个正方形,共五部分。四个角叫做角块,中间的小正方形叫做面块。在转动时沿着正方形的其中一边来转动,转动一格是120度。

      Skewb于2014年1月1日被加入WCA比赛项目。

      捆绑魔方

      捆绑魔方保持原有魔方的状态,但是做出了一些限制,比如把相邻的两个方块做成一个,这样就无法使用原来可以的移动方法进行复原了。

      五魔方

      Megaminx

      十二面体魔方 (五魔方),是一种十二面体魔方,它总共有五十个可以移动的块。它是由一些魔方爱好者和研究者同时发明的。Uwe Meffert最终取得了五魔方的发明权和制作权,并且在