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标题: 六面魔方魔方玩具的结构原理是什么样? [打印本页]

作者: 彭鑫 时间: 2008-1-19 23:05
标题: 六面魔方魔方玩具的结构原理是什么样?
六面魔方玩具的结构原理是什么样?

作者: 彭鑫 时间: 2008-1-19 23:08
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。
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魔方原状魔方（英语：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。）

目录 [隐藏]
1 什么是魔方
1.1 一些基本术语
1.2 魔方的起源
1.3 魔方的流行
1.4 魔方的构成
1.5 魔方的血统
1.6 关于它的发明人
2 魔方的分类
2.1 普通魔方
2.1.1 二阶魔方
2.1.2 三阶魔方
2.1.3 四阶魔方
2.1.4 五阶魔方
2.2 变种魔方
2.2.1 Square one
2.2.2 非对称魔方
2.2.3 捆绑魔方
2.3 异型魔方
2.3.1 Skewb
2.3.2 Megaminx
2.3.3 Pyramid
2.3.4 连体魔方
2.4 衍生魔方
2.4.1 魔球
2.4.2 魔板
2.4.3 魔表
3 魔方的玩法
3.1 普通玩法
3.2 竞速玩法
3.3 最少步骤还原
3.4 盲拧
3.5 单拧
3.6 脚拧
3.7 图案
4 魔方的解法
4.1 二阶
4.2 三阶
4.2.1 层先
4.2.2 角先
4.2.3 棱先
4.2.4 Fridrich方法
4.3 四阶
5 著名的魔方爱好者
5.1 日本
5.2 欧美
5.3 亚洲
6 魔方的纪录
6.1 三阶竞速赛
6.2 趣味纪录
7 魔方对于世界的影响
7.1 数学与魔方
7.2 计算机与魔方
7.3 生活中的魔方
8 外部链接
9 参考文献

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什么是魔方
魔方一种用于娱乐的玩具，最初的魔方是三阶立方体，26个小方块和一个三维十字连接轴组成。其中包含6个处于面最中心无法移动的块，12个位于棱上的块和8个角块。六个面每个有一种颜色，一般来说，标准的魔方的颜色应该是蓝、白、红、绿、黄和橙色，其中蓝白相对、绿黄相对、红橙相对。

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一些基本术语
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。
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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。

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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、单手拧魔方的玩法，越来越多的人正在重新关注魔方。

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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。
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魔方的血统
其实魔方并不只有一种配色，现在所流行的是最初的版本，事实上也还有其他版本的配色。

第一种是由香港生产的最初的配色，最早在80年代就有销售，现在大多数销售的和它不同的是将茶色换成了橙色。
第二种也是香港生产的，是和第一种同一系列的魔方，但是配色稍有不同。
第三种是由美国生产的，配色完全改动，由白对黄，蓝对绿，红对茶。
第四种是由匈牙利原产的，配色接近于美国产的魔方。
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关于它的发明人
厄尔诺·鲁比克（Ernő Rubik），出生于
参考资料：https://wikipedia.cnbolg.org/wiki/%E9%AD%94%E6%96%B9
回答者：wikidigest - 高级魔法师六级 1-7 09:39

其他回答共 1 条

魔方是由匈牙利布达佩斯商用艺术学校教师鲁比克发明的，目的是为了增强学生的三维空间想象能力。
魔方是一个正方体，每个面由9个小方块组成，同一面的每个小方块上都涂上同一种颜色，一共是6种颜色，转动这些小方块竟能组成 8!×37×12!×210 =43,252,003,274,489,856,000 ≈4×1019种不同的颜色组合图案！大约为4000亿亿种。
为了便于描述及记忆，我们定义一下魔方各个方块的名称：
角方块：8个顶角上的方块，每个方块只看到3面，有3种不同颜色；
棱方块：两个角方块之间的方块，整个魔方有12条棱故共有12个棱方块，每个方块只看到2个面，有2两种颜色；
中方块：每个面中央的方块，它只露出一面。
我们再分析一下上面的计算：
8!(8个角方块可能有8个位置) ×37(8个角方块各有3种不同的颜色朝向，注意不是38，因为决定了7个角方块方向后，第8个角方块的方向也就固定) ×12!(12个梭方块各有12个可能的位置，但11个梭方块也决定第12块的位置，故应为12!×1/2) ×210(12个梭方块各有2个不同颜色朝向，同样11个梭方块的方向也决定了第12个梭方块的方向，故为211)。

1974年夏天，鲁比克成功地设计了这个机械装置，在兴奋之余随意旋转几下小方块，却发现被扭乱了的立方体无法还原。后来他花了几个星期的时间去研究各小方块之间的位置关系才恢复原状。

魔方玩法
把颜色已经搅乱了的各个面还原到每个面都是一种颜色，这也是魔方的基本玩法。
方法一：先解决上层(或称顶层，当然若倒过来放则称底层)，然后底层，最后是中间层。
方法二：先解决底层，然后中层，最后是顶层。

魔方图案
1.色心 RsUsFsRs'Us2(见标题左)
2.驴桥 (RsFs)3(见标题右)
3.龙 (FaRa)3
4.十二曲桥 (FaRa)3Us2
5.巨介子 BL'D2LDF'D2FD'B'F'RU2R'U'BU2B'UF
6.双环 BRsD'R2DRs'B'R2UB2U'DB2RaU2Ra'B2D'
7. 6U L'R2F'L'B'UBLFRU'RLRsFsUsRs
8.蛇 BRsD'R2DRs'B'R2UB2U'DR2D'
9.虫 RUF2D'RsFsD'F'R'F2RU2FR2F'R'U'F'U2FR
10.五彩十字
11.双重介子 BL'D2LDF'D2FD'B'F'RU2R'U'BU2B'UF (R'D2RB'U2B)2
12.十字 (R2D2)2Rs2(D2L2)2UFsUs2FsD2Fs2U
注：以上表示法均为美国魔方大师辛马斯特的算子表示法：
以英文Up(上)、Down(下)、Front(前)、Back(后)、Left(左)、Right(右)的第一个字母分别来表示魔方的上、下、前、后、左、右六个面，即U(上)、D(下)、F(前)、B(后)、L(左)、R(右)。当旋转魔方的右层时，从右侧看，若按顺时针方向转动90°,则用R表示这一旋转动作,若按反时针方向转动90°,则用R'表示这一旋转动作,若按顺时针方向转动180°,则用R2来表示。另外，将夹层的运动RL'简单记作Rs(表示左右两层同时以右层为基准的顺时针方向转动90°)，并将夹层的运动RL简单记作Ra(即右层顺时针转90°，左层则与之反方向旋转90°)，而(RsFs)3则表示将RsFs的动作重复做3次。

还原六面同色:
方法一：先解决上层(或称顶层，当然若倒过来放则称底层)，然后底层，最后是中间层。
方法二：先解决底层，然后中层，最后是顶层

作者: 彭鑫 时间: 2008-1-19 23:09
谁有魔方结构图，

作者: 彭鑫 时间: 2008-1-19 23:23
五阶魔方的结构图, 谁做过类似结构？

作者: 彭鑫 时间: 2008-1-19 23:25
国外几个值得一看的DIY魔方网站

1、https://www.speedcubing.com/ton/Building.htm

很精典的：

2、这个网站是魔方DIY爱好者的天堂，我很多魔方图片都摘自这个网站：https://twistypuzzles.com/sitemap.shtml

其DIY内容也很精典：https://twistypuzzles.com/articles/

4x4x5, 5x5x4 - Oleg 2005/2/7
https://twistypuzzles.com/forum/viewtopic.php?t=3519

Enclosed Cube - entor_perdia 2005/2/14
https://twistypuzzles.com/forum/viewtopic.php?t=3506

Rubik's Evil Twin - skeneegee 2005/2/15
https://twistypuzzles.com/forum/viewtopic.php?t=3527

Truncated Cuboctahedron - Tony Fisher 2005/4/2
https://twistypuzzles.com/forum/viewtopic.php?t=3634

Trick Domino - Hidetoshi 2005/4/5
https://twistypuzzles.com/forum/viewtopic.php?t=3646

4x4x4 ball - Tony Fisher 2005/4/7
https://twistypuzzles.com/forum/viewtopic.php?t=3650

Truncated Icosahedron - entor_perdia 2005/3/14
https://twistypuzzles.com/forum/viewtopic.php?t=3592

Truncated Dogic - Tony Fisher 2005/4/10
https://twistypuzzles.com/forum/viewtopic.php?t=3659

Kite Cube - Oleg 2005/4/12
https://twistypuzzles.com/forum/viewtopic.php?t=3662

Greenhill's Tetrahedron - Anthony 2005/6/5
https://twistypuzzles.com/forum/viewtopic.php?t=3787

Victoria's 3x4x5 - Victoria 2005/6/29
https://twistypuzzles.com/forum/viewtopic.php?t=3812

Evil Twin II - chris_joe 2005/6/29
https://twistypuzzles.com/forum/viewtopic.php?t=3843

Master Octahedron - Oleg 2005/7/30
https://twistypuzzles.com/forum/viewtopic.php?t=3912

Megaminx Mod - Vadim 2005/8/29
https://twistypuzzles.com/forum/viewtopic.php?t=3969

Skewbrick - Tony Fisher 2005/10/17
https://twistypuzzles.com/forum/viewtopic.php?t=4081

Triacontahedron - Hidetoshi 2005/10/31
https://twistypuzzles.com/forum/viewtopic.php?t=4106

Pyraminx Crystal - Katsuhiko Okamoto 2005/11/17
https://twistypuzzles.com/forum/viewtopic.php?t=4138

Honorable mention
Gigaminx for April Fools Day - Sean 2005/3/31
https://twistypuzzles.com/forum/viewtopic.php?t=3629

3、这个日本人网站最经典，可惜被封锁了，要代理才能看：https://puzzle3d.hp.infoseek.co.jp/

4、这也是日本的一个网站：

https://www.asahi-net.or.jp/~wq6h-tkj/bb/remodelings_e.htm

5、韩国的：https://pub.hitel.net/poshasha/cube/WorkRoom/rubikscube_bbs.htm

6、一个系统归类各种魔方的网站

https://www.geocities.com/jaapsch/puzzles/

这个魔方网站很精典啊，那种的魔方分类我很欣赏，就是不知道为何把四轴魔方与八轴魔方混在一起。

各种解法齐全，内容丰富，整个网站就象是一本魔方的百科全书。

是个好地方啊！

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几个有名的出售魔方的网站：

１、R记：https://www.rubiks.com/

　　https://secure.rubiks.com/lvl3/i ... shp&lvl4=qikpik

２、M记：https://www.mefferts.com/

　　https://sites.webec.com.hk/meffert/

３、智力玩具商店与博物馆：https://www.puzzle-shop.de/

　　https://www.puzzle-shop.de/start-shop.html

4、台湾东贤公司：https://www.toys-mall.com.tw/eas ... tus=ecHome&bg=1

作者: tan_rh 时间: 2008-1-19 23:45

原帖由彭鑫于 2008-1-19 23:23 发表
五阶魔方的结构图, 谁做过类似结构？

我三年前做过一个米奇头，分４块自由转的，和你图片结构图不一样的．我得想想当时的结构．

作者: 彭鑫 时间: 2008-1-21 09:58

原帖由 tan_rh 于 2008-1-19 23:45 发表

我三年前做过一个米奇头，分４块自由转的，和你图片结构图不一样的．我得想想当时的结构．

作者: mykingwill 时间: 2008-1-22 16:05
顶下想看看结构

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