魔方Rubik's Cube

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魔方，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鲁比克教授在1974年发明的。当初他发明魔方，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。
　　魔方系由富于弹性的硬塑料制成的6面正方体。核心是一个轴，并由26个小正方体组成。包括中心方块6个，固定不动，只一面有颜色。边角方块8个(3面有色)（角块）可转动。边缘方块12个(2面有色)（棱块）亦可转动。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。据专家估计所有可能的图案构成约为4.3×10^19。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。
　　魔方种类较多，平常说的都是最常见的三阶立方体魔方。其实，也有二阶、四阶、五阶等各种立方体魔方。还有其它的多面体魔方，面也可以是其它多边形。《如五边形十二面体：五魔方，简称五魔，英文名称：Megamix，又称正12面体魔方》《3x4长方体》《3X5长方体》。
　　三阶立方体魔方由26个小方块和一个三维十字连接轴组成，小方块有6个在面中心，8个在角上，12个在棱上，物理结构非常巧妙。它每个面纵横都分为三层，每层都可自由转动，通过层的转动改变小方块在立方体上的位置，各部分之间存在着制约关系，没有两个小块是完全相同的。立方体各个面上有颜色，同一个面的各个方块的颜色相同，面与面之间颜色都不相同。这种最初状态就是魔方的原始状态。复原魔方就是按照某种规则转动魔方，使其恢复到原始状态。复原魔方要一个好魔方，一双灵巧的手，敏锐的空间想象力和高效实用的转动程序。复原方法有很多种，具体步骤上有很大的差异性，但也有相通之处，最常见的是一层一层地拼好。
　　原版实际测量下来发现大约 57mm。
　　如果试着翻阅国外的资料，会发现世界上第一个魔方为二又四分之一英寸（57.15mm）的记载。
　　虽然现在还能见到它，但其中不少魔方制造商已随着历史发展，经历了重重变革。
　　在日本，今天你仍能买到 Tsukuda Original 公司的魔方。早期的产品由 Ideal Toy 生产，透明包装的下方有厂家的标志。
　　而现在则一律为 Seven Towns 的纸包装，盒子比早期的看起来还要显大。2000年的时候开始特别定制的新标志。但那毕竟是匈牙利等欧洲国家的公制，真的准确吗？请不要怀疑任何一组数据。
　　现在我们手里的“克隆魔方”的尺寸已经相当接近于原版了。大多在55mm至60mm的范围。
　　也别小看这魔方别看它只有26个小方块，变化可真是不少，魔方总的变化数为43，252，003，274，489，856，000
　　或者约等于4.3X10^19。如果你一秒可以转3下魔方，不计重复，你也需要转4542亿年，才可以转出魔方所有的变化，这个数字是目前估算宇宙年龄的大约30倍。这可是十分惊人的！

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魔方的起源
　　正如本条目开头所言，最早的魔方是匈牙利的一位叫rubik的教授于1974年发明的，但是这位教授发明它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以及锻炼学生的空间思维能力和记忆力。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、盲拧魔方等玩法，越来越多的人正在重新关注魔方。

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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 3.67×106。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， 可以以复原三阶魔方的公式进行复原。

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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，是目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!x38x12!x212)/(2x2x3)=43,252,003,274,489,856,000或者约等于4.3x1019.三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。

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四阶魔方的英文官方名字叫做Rubik's Revenge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。 4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”。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。即7,401,196,841,564,901,869,874,093,974,498,574,336,000,000,000种变化

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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。 2008年9月14日时的走进科学节目中张腾岳也说了:"我看谁能够将复杂的五阶魔方还原至六面同色,那他智商要上200了."这里同时体现出了五阶魔方的难.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”，也说明了它的难度，最好的魔方爱好者能在1分半钟左右就把五阶魔方复原。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种变化

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六阶魔方
　　六阶魔方是由希腊的Olimpic方块公司出产，方块本身评价不太好，常见的评价为容易"pop"(指在复原中的魔方某些组成部分从魔方上面脱离的情况)，'中心轴不坚固'等。。

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七阶魔方
　　七阶魔方同样是由希腊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，因若持续以正方体设计，方块的零件将无法固定而散开。同时这也是世界上公开并证实存在的最高阶魔方。

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魔方的玩法
　　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（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，如果是出现在比赛中作为无效的复原过程。
　　DNF（弃权）：即Did Not Finish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。
　　普通玩法
　　这类玩法适合拿魔方当作放松和娱乐的爱好者。他们通常仅仅满足于复原一个魔方，不会追求更高的标准。
　　竞速玩法
　　竞速玩法竞速玩法出现的具体的时间已经难以考证。当爱好者们已经能够熟练复原魔方的时候，就开始追求最快的复原。竞速复原有几个要点：使用的方法要最简便，但是随之产生的问题是步骤越少，需要记忆的公式就越多；使用的魔方需要最适合竞速使用，不会卡住或者打滑，所以出现了为魔方专用润滑油；灵巧的双手，因为拥有方法和好的魔方不是最重要的，双手能够熟练的转动魔方才能有最高的效率。
　　世界上最快的人曾经在7.08秒成功还原了一个魔方（记录创造于Czech Open 2008），记录保持者是来自荷兰的Erik Akkersdijk。
　　最少步骤还原
　　这是最为艰难的玩法，在这种玩法或者比赛中，不能转动魔方，只能用眼睛观察魔方的状态，然后思考出最少的步骤来解决魔方。虽然还没有人能证明出魔方的最大打乱状态（即需要用最多步骤还原的状态）是什么，但是普遍认为经过50步无规则的打乱，3阶魔方就能达到最大状态，此情况下恢复原状需要23步。目前的世界纪录是26步还原，耗时2个半小时。
　　盲拧
　　盲拧可以说是每个魔方玩家的梦想。盲拧的定义就是不用眼睛观看魔方（可以记忆），进行复原的过程。计时是从第一眼看到魔方开始的，也就是说记忆魔方的时间也算在总时间内。这种玩法对一个人的记忆力和空间想象力有极大的考验。3阶竞速赛高手Macky也是盲拧的好手，他在去年的世界锦标赛上第一次突破3分钟大关，但是这个纪录随后不久就被美国人Leyan Lo打破。今年的比赛中，他们两个双双超出自己的最好成绩，Lo的成绩为2分36秒，Macky则创造了新的纪录，为2分18秒。而在2007年即将结束之际，来自中国的一位小伙子（陈丹阳）又以1分10秒的成绩打破了这个记录
　　单拧
　　即单手转动魔方进行复原，对手指的灵活程度要求很高。因为没有另外一只手的帮助，魔方难以保持平衡，尤其是在高速转动的过程中。目前世界纪录为Macky创造的23秒26。
　　脚拧
　　虽然听起来有些不可思议，但是却是有人用脚来复原魔方。目前没有这一项的世界纪录。有记载的最好成绩为2分半钟。
　　花式拧法
　　图案有些人不喜欢竞速或者最少步骤还原的玩法，而钟情于创造美丽的图案。事实上这也是相当有难度的，因为要预测每一块的移动并不是很简单。