三階魔方

魔方，在中國台灣省稱為魔術方塊，在中國香港特區稱為扭計骰，在國外稱為Rubik's Cube(魯比克方塊)。由匈牙利建築學教授暨雕塑家魯比克·艾爾內於1974年發明的機械益智玩具，最初的名稱叫Magic Cube，1980年Ideal Toys公司於販售此玩具，並將名稱改為Rubik's Cube。

魔方在1980年代最為風靡，至今未衰。截至2009年1月，魔方在全世界售出了3億5千多萬個。

基本介紹

• 中文名：三階魔方
• 外文名：Rubik's Cube
• 發明者：厄爾諾·魯比克
• 發明時間：1974年
• 總變化數 ：4.325×10^19
• 世界紀錄：3.47秒（單次）5.80秒（平均） 
• 亞洲紀錄：3.47秒（單次）6.37秒（平均） 
• 中國紀錄：3.47秒（單次）6.55秒（平均） 

歷史

1970年三月，Larry Nichols發明了“Puzzle with Pieces Rotatable in Groups”，並申請了加拿大專利，是個2×2×2的魔方，但是每個方塊之間是用磁鐵互相吸在一起。1972年獲得美國專利，比魯比克教授的魔方早兩年。

魔方發明者魯比克·艾爾內

魯比克·艾爾內是匈牙利的建築學和雕塑學教授，為了幫助學生們認識空間立方體的組成和結構，所以他自己動手做出了第一個魔方的雛形來，其靈感是來自於多瑙河中的沙礫。

1974年，魯比克教授發明了第一個魔方（當時稱作Magic Cube），並在1975年獲得匈牙利專利號HU170062，但沒有申請國際專利。第一批魔方於1977年在布達佩斯的玩具店販售。與Nichols的魔方不同，魯比克教授的零件是像卡榫一般互相咬合在一起，不容易因為外力而分開，而且可以以任何材質製作。

1979年九月，Ideal Toys公司將魔方帶至全世界，並於1980年一、二月在倫敦、巴黎和美國的國際玩具博覽會亮相。

展出之後，Ideal Toys公司將魔方的名稱改為Rubik's Cube，1980年五月，第一批魔方在匈牙利出口。

魔方廣為大眾喜愛是在1980年代。從1980年到1982年，總共售出了將近200萬個魔方。1981年，一個來自英國的小男孩，派翠克·波塞特（Patrick Bossert）寫了一本名叫《你也能夠復原魔方》（ISBN 978-0-14-031483-0）的書，總共售出了將近150萬本。據估計，1980年代中期，全世界有五分之一的人在玩魔方。

變化

三階魔方的變化總數為：

三階魔方總變化數的算式是這樣得來：

8個角塊可以互換位置（ ），也可以旋轉（ ），但不能單獨翻轉一個角塊，所以總共有 種變化狀態。

12個邊塊可以互換位置（ ），也可以翻轉（ ），但不能單獨翻轉一個邊塊（也就是將其兩個面對調），也不能單獨交換兩邊塊的位置，所以總共有 種變化狀態。

也就是說，拆散魔方再隨意組合,有11/12的機率無法恢復原狀。（角塊或邊塊被單獨翻轉）

對於一個拆散又再隨意組合的魔方，總變化數則是：

某些魔方在各個面的圖案具有方向性，考慮到6箇中心塊各有4種朝向，但不能僅僅將一個中心塊旋轉90度，這時總變化數目還要再乘以 。此時結果為：

還原方法

三階魔方有很多種還原方法，其中“層先法”是最適合初學者掌握的方法。

一個三階魔方，“從上到下”可以理解為“頂層”、“中層”、“底層”，所謂“層先法”就是逐層還原。

三階魔方“層先法”還原，分為以下六個階段：

第一階段：對頂層十字，還原頂層棱塊。

第二階段：還原頂層角塊。

第三階段：還原中層棱塊。

第四階段：對底層十字，還原底層棱塊。

第五階段：翻轉底層角塊，對齊底層顏色。（為便於理解，此處將魔方翻轉過來。)

第六階段：調整底層角塊位置，還原完成。

辛馬斯特標記

辛馬斯特標記（Singmaster notation），是一種魔方轉動的記錄方法，由英國原倫敦南岸大學數學教授大衛·辛馬斯特（David Breyer Singmaster）於1978年12月發明。辛馬斯特標記已成為通用標準，通常被俗稱為“魔方公式符號”。

辛馬斯特標記總表（三階魔方）

辛馬斯特標記，由“各層代號”、“旋轉方向”兩部分組成。

• 各層代號：魔方各層以英文首字母指代。R（Right）、L（Left）、U（Up）、D（Down）、F（Front）、B（Back）分別指代右、左、頂（上）、底（下）、正（前）、背（後）層。
• 旋轉方向：順時針旋轉90°，直接寫各層代號；逆時針旋轉90°，在各層代號後綴【'】或【i】；旋轉180°，在各層代號後綴【2】或【2】（默認順時針方向旋轉180°）。

完整的辛馬斯特標記可以理解為【以面向指代層的視角，按方向進行旋轉】。

• 例如：R，以面向右面視角，將右面順時針旋轉90°。從正面視角來看，即右面“向上”轉90°。
• 又例如：D，以面向底面視角，將底面順時針旋轉90°。從正面視角來看，即右面“向右”轉90°。
• 又例如：B'，以面向背面視角，將背面逆時針旋轉90°。從正面視角來看，即背面“向右”轉90°。

除此之外，若要記錄更加詳細的魔方轉動，還會用到：M（Middle）與U、F、L合用，指代各中層；C（Complete）與U、F、L合用，指代魔方整體以某層的形式旋轉。

• 例如：MU，以頂面視角，將中間層順時針旋轉90°。從正面視角來看，即上數第二層“向左”轉90°。
• 例如：CF，以正面視角，將魔方整體順時針旋轉90°。即魔方整體沿豎直面“向右”轉90°。

配色

其實魔方並不只有一種配色，現在所流行的是官方版本，事實上也還有其他版本的配色 （非官方標準六色的方塊不在以下討論範圍中）。

標準配色

日本配色

日本配色是魯比克教授最初研發出魔方時的配色，分別為白色、紅色、橘色、黃色、綠色、藍色，其中白藍相對、紅橘相對、黃綠相對，且藍、橘、黃三色以逆時針排列。

在魔方傳至全世界後，魯比克公司聽取色彩研究者的意見，將配色做了更改，但日本則維持原來的配色。

官方配色

魯比克公司聽取色彩研究者的意見，將相對兩面的顏色安排為相同色系，也就是白黃相對、紅橘相對、藍綠相對，且藍、橘、黃三色以順時鐘排列。

V-Cube公司

V-Cube公司的配色與魯比克公司的配色相似，只是將白色換成黑色，即黑黃相對、紅橘相對、藍綠相對，且藍、橘、黃三色以順時鐘排列。

其他配色

粉色配色，桃色(品紅色)，青色(天藍色)，紫色，灰色來代替原本六色中的顏色。

韓國配色在韓國的比賽中，一般採用黑黃，藍綠，紅橙的配色標準。

相關紀錄

速擰

		成績	選手	國家	比賽
世界紀錄	單次	3.47s	杜宇生	中國	2018WCA蕪湖魔方公開賽
	平均	5.69s	Feliks Zemdegs	澳大利亞	Koalafication Brisbane 2019
中國紀錄	單次	3.47s	杜宇生	中國	2018WCA蕪湖魔方公開賽
	平均	6.55s	徐子博	中國	2018WCA武漢理工大學公開賽

盲擰

			成績	選手	國家	比賽
世界紀錄		單次	16.22s	Jack Cai	美國	Koalafication Brisbane 2019
		平均	20.12s	Max Hilliard	美國	PDX Cubing for Causes 2019
中國紀錄		單次	18.32s	林愷俊	中國	2018WCA海峽兩岸魔方賽
		平均	21.24s	林愷俊	中國	2018WCA北京安靜賽

單擰

世界紀錄	單次	6.88s	Feliks Zemdegs	澳大利亞	Canberra Autumn 2015
	平均	9.42s	Max Park	美國	Berkeley Summer 2018
中國紀錄	單次	8.27s	楊海鑫	中國	2015WCA成都魔方公開賽
	平均	11.51s	陳霖	中國	2017WCA上海春季魔方賽

最小步數解

世界紀錄		17	Harry Savage	英國	The Great British Blind Off 2019
		18	Chad Batten	美國	GA Cubers Mountain Trip 2018
		18	Sebastiano Tronto	義大利	The Great British Blind Off 2019
		19	董百強	中國	2018WCA北京公開賽
中國紀錄		19	董百強	中國	2018WCA北京公開賽

連續盲擰

三階連續盲擰	世界紀錄	48/48		Shivam Bansal	印度	Delhi Monsoon Open 2018
	中國紀錄	47/49 58:05		陳裕鋮	中國	2019WCA深圳三階魔方賽