三階魔方的小魚解法

來源:魅力女性吧 1.4W
三階魔方的小魚解法

題主的魔方因曾經拆散後重裝,造成了無解的狀態。

可以拆掉一個角塊,將方向旋轉至“小魚1、小魚2”可解決的狀態。或者乾脆拆掉整個第三層,直接拼裝為還原狀態。

接下來,簡單給題主説明下,為何“拆散重裝後的魔方會造成無解”。

經拆散後重裝的魔方,有11/12的概率無法通過旋轉還原

魔方有三類變化是無法通過旋轉實現的:

無法單獨翻轉一個角塊的方向。

無法單獨翻轉一個稜塊的方向。

無法單獨交換一對稜塊的位置。

拆散再重裝,即有可能出現需要進行上述三種操作才能還原魔方,這個概率是11/12。

為什麼那三類變化無法通過旋轉魔方實現

我們首先引入一個概念——

最小操作

,可以理解為

完成一個事件的最小的、不可拆分的操作

比如,一家餐廳,米飯2元、饅頭1元、粥3元。在這家餐廳消費,因其定價特點,無論何種點餐組合,支出的費用都只可能是

整數元

。所以,“

支出1元

”便是在這家餐廳消費的“

最小操作

”。

魔方的“最小操作”是將魔方的一層

旋轉90

°。

魔方的

角塊

有3個色片,即有

3種方向

。我們把魔方

還原狀態

下的角塊方向,記為

3n

角塊

順時針翻轉

後,記為

3n+1

逆時針翻轉

後,記為

3n-1

魔方進行一次最小操作後,有兩個角塊方向翻轉為3n+1,另兩個翻轉為3n-1,即

四個角塊的方向加和為3n×4

那麼,任意次旋轉魔方,所涉及

角塊方向加和

3n的整數倍

。所以,不可能將一個角塊翻轉為3n+1或3n-1,而其他角塊方向不變,即

無法單獨翻轉一個角塊

接下來,我們再來引入一個概念——

置換

。假設有3個元素A、B、C,將A移動到B、B移動到C、C移動到A,我們將這個過程記為

置換 (A, B, C)

。顯然,

(A, B, C)

可以拆分為

(B, C) + (A, B)

(A, B, C, D) = (A, B) + (A, C) + (A, D)

如此,我們將可以拆分為

偶數個子置換

者稱為

偶置換

無置換

亦為

偶置換

可以拆分為

奇數個子置換

者稱為

奇置換

不可拆分的置換

亦為

奇置換

不難理解,

奇置換 + 奇置換 = 偶置換

偶置換 + 偶置換 = 偶置換

奇置換 + 偶置換 = 奇置換

魔方的

稜塊

有2個色片,即有

2種方向

。基於置換概念,

單獨翻轉一個稜塊

奇置換

翻轉稜塊方向

,需要進行兩次最小操作,即某個面旋轉180°。該面上的四個稜塊方向同時翻轉,此為四個奇置換,

奇置換 × 4 = 偶置換

魔方還原狀態 = 偶置換

偶置換 + 偶置換 ≠ 奇置換

,即魔方還原狀態下(偶置換),不可能通過一系列翻轉稜塊操作(偶置換 + 偶置換),從而達到單獨翻轉一個稜塊的效果(偶置換 + 偶置換 ≠ 奇置換),所以

無法單獨翻轉一個稜塊

基於置換概念,魔方進行一次最小操作,某面旋轉90°,四個角塊、四個稜塊同時向旋轉方向循環移動一位,角塊、稜塊位移分別為奇置換,

故一次最小操作 = 奇置換 × 2 = 偶置換

單獨交換一對稜塊 = 奇置換

魔方還原狀態 = 偶置換

偶置換 + 偶置換 ≠ 奇置換

,即魔方還原狀態下(偶置換),不可能通過一系列最小操作(偶置換 + 偶置換),從而達到單獨交換一對稜塊的效果(偶置換 + 偶置換 ≠ 奇置換),即

無法單獨交換一對稜塊

綜上,以“最小操作”概念證明無法單獨翻轉一個角塊,以“置換”概念證明無法單獨翻轉、交換一個稜塊。

更為詳細的講述,題主可以閲讀以下文章:

92%的魔方在拆散後無法還原!(2018/10/29)_碧海風

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