三階魔方

魔方在中國台灣省稱為魔術方塊，在中國香港特別行政區稱為扭計骰，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厄爾諾·魯比克於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，未衰。截至2009年1月，魔方在全世界售出了3億5千多萬個。

三階魔方單次世界紀錄是由美國選手Max Park 2023年6月新創造的3.13秒，平均世界紀錄是由中國選手王藝衡保持的4.48秒。

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：3.13秒（單次）4.48秒（平均） 
• 亞洲紀錄：3.47秒（單次）4.48秒（平均） 
• 中國紀錄：3.47秒（單次）4.48秒（平均） 

歷史沿革

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，比厄爾諾·魯比克教授的魔方早兩年。

魔方發明者魯比克·艾爾內

厄爾諾·魯比克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。

變化趨勢

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（8！），也可以旋轉（3），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（12！），也可以翻轉（2），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”（第一種）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。

第一階段

第二階段：還原頂層角塊。

第二階段

第三階段：還原中層棱塊。

第三階段

第四階段：對底層十字，還原底層棱塊。

第四階段

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。）

第五階段

第六階段：調整底層角塊位置，還原完成。

第六階段

初學者學習的層先法通常為第二種，分為以下七個階段：

第一階段：復原白色底面十字

第二階段：完全復原白色底面

第三階段：復原魔方中層4個棱塊

第四階段：構築頂面黃色十字

第五階段：構築頂面黃色全面

第六階段：調整頂面角塊位置

第七階段：調整頂面棱塊位置，復原魔方

記錄方法

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°）；旋轉兩層，則用小寫各層代號或在後面加上【w】。

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：E（Equator），M（Middle），S（Standing），指代各中層；x，y，z（三維的直係數坐標）與U、F、L合用，指代魔方整體旋轉。

例如：M，以正常視角，將中間層（LR）順時針旋轉90°。從正面視角來看，即左數第二層“向上”轉90°。

例如：x，以正面視角，將魔方整體以R方向順時針旋轉90°。即魔方整體沿豎直面“向上”轉90°。

主要配色

其實魔方並不只有一種配色，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。即為上黃下白，前藍後綠，左橙右紅的國際標準配色。

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。

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