
魔方别看只有26个小方块,变化可真是不少,魔方总的变化数为

或者约等于4.3·1019。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。
三阶魔方总变化数的道理是这样:六个中心块定好朝向后,就构成了一个坐标系,在这个坐标系里,8个角色块全排列8!,而每个角色块又有3种朝向,所以是8!*38,12个棱色块全排列每个有2种朝向是12!*212,这样相乘就是分子,而分母上3*2*2的意义是,保持其他色块不动,不可以单独改变一个角色块朝向(对应3),单独改变一个棱色块朝向(对应2),和单独交换一对棱色块或一对角色块的位置(对应另一个2)。至于为什么,我建议大家自己先想想,我初步写了一些,你可以到这里看看。
由此可见,这么多变化用很短时间变回六面同色不是很简单的。不过世界上最快的人9.18秒就可以还原一个魔方(记录创造于2008年2月23日的 西班牙 穆尔西亚公开赛),记录保持者是来自法国的Edouard Chambon。
那些人为什么会这么快呢?因为他能记住好多的魔方算法,或者也有叫魔方公式的,世界上顶尖的选手,据说可以记住600多个算法。我们这里介绍的入门魔方解法,涉及的算法很少而且都很简单, 只要学会,每个人都可以轻松得学会玩魔方的。
在开始之前,让我们来看看魔方的基本构造,魔方六面的中心块的相对位置是固定的,这个你拆过魔方就会知道,我敢保证在你照后面的方法开始拧来拧去的时候,很容易就忘记前后左右开始是什么颜色,这样就拧乱了。所以你开始一定要定好一个你喜欢的朝向。在这里我选蓝色做为顶面,绿色为底面,红色前面,橙色后面,白色左面,黄色右面。 当然你可能贴纸贴的就跟我不一样,魔方六面贴纸应该有5*3!=30种贴法吧,为啥呢?因为假如你指定蓝面为顶面,那么底面就应该有5种选择,还剩下4面构成一个环,这个环去除了旋转对称共有3!种贴法,对吧:)我选的如下图。

在开始之前我跟大家建议一下学习方法,只要记住三点,1.以看图看动画为主。2.多思考多自己摸索着拧,让自己主导,别依赖教程。3.简单思考,不要把问题复杂化,所有步骤都很简单。如果产生了疑问,再来仔细看教程里的文字说明,这时候带着问题看,看得越细越好。另外就是已经有几十万人照着这个教程成功还原,里面应该没有错误,请信任它。就是这些啦,让我们开始挑战魔方吧:)
(第一步)在第一面做一个十字,形成如下的样子:

(第二步)对好第一面,加上四侧面的T字型,形成:

做好这一步其实你只要学会一招就够了。那个蓝色的角色块,转来转去之后就6种位置,


对于A位置,只需下面3步,对于C、D、E、F,请先到后面看看怎么把他们变成A或B。
注意哦,我们归位的小角块的颜色必须要对应好。比如这里的蓝红黄小角块必须上到红黄角,不能上错哦,否则T字就出不来啦。
(第三步)放第二层的棱色块,变成形如

由上一步到这一步的图,大家肯定看出了这步我们要处理的是中间层红白,红黄,橙白,橙黄四个棱色块。这次,你先把魔方翻过来了,蓝面朝下,绿面朝上,再看看以上4个棱色块哪些位于顶面(绿色为中心的面),随便选择一个,我们就从它开始,这里以红白为例,通常,你会碰到两种情况,

我们要把顶层红白棱色块插入到上图红色箭头所指的位置,你应该把红白所夹的角放在最靠近你的位置(右前),然后一、二种情况非常好识别了,同色的一排分别在前面和右面。
对于第一种情况,使用下面的算法,
U
R
U'
R'




U'
F'
U
F




- 整个算法是URU'R' + U'F'UF,是不是很有规律?我们看,好像后一半U'F'UF正好是 前一半URU'R'的对角线镜像吧,是吧?我们看前四步URU'R'的作用是把左图里我们要的两个小块组合起来,上表中标为红色的第5图显示了组合好的两个色块,而后四步U'F'UF则是把我们组合好的两个小块填进正确的位置。魔方
所以,如果你碰见,

该怎么办呢?可能好多朋友都看出了,我们的算法应该是上面算法的对角线镜像,因为我们所要做的就是对着对角线照个镜子,因为前半后半互为对角线镜像,所以算法就是前半后半颠倒过来,成为U'F'UF + URU'R',魔方
U'
F'
U
F




U
R
U'
R'



会有一些情况下,你需要的棱色块不在顶面,而在第二层的错误位置或者朝向,这时咋办?首先,你要先做在顶面上的那些, 可能不听话的棱色块会自己变到顶面上,如果最后他还是不听话,如左图,我们就用上面算法把个无关大局的棱色块搞到该位置,我们要的那个红白棱色块就自然换到顶层了,这稍微有点麻烦,不过对于我们初等解法只能这样先忍忍了,这也可能会激发大家去学高级的解法吧:)
除此之外,你还可以试试这个算法F' U2 L' U L U2 F。和上面的算法起同样的作用。注意,开始状态不太一样。
和他的对角线镜像:R U2 B U' B' U2 R'
同样重复做其他三个棱,第三步就完成了。我们到现在为止一共就学了2个算法吧,所以大家要加油啊。
我要换页了,不然这页可能打开就太慢了。
接上页继续魔方的解法教程,
下面的步骤我给你提供两条路径,他们很相似,其实只差一步,第一条路径就是本页,它的优点是形态很好识别,非常便于你提高速度,只是第六步算法稍难记一点点,第二条路径请点这里,他的优点是算法很好记住, 但是第五步识别形态稍耽误时间,我个人喜欢第一路径。
(第四步)在魔方新的顶面上画十字
变成:

下面我们要学一个新的算法,这个算法会把顶层在如下4种情况中切换,顶面的4个棱色块在旋转之后,也只可能有这4种情况,
1234




概率1/8概率1/4概率1/2概率1/8

这步我们 把角色块都当成灰色的,只看棱色块,比如你要见到左图这样,就算是上面第3种情况,见到右图这样,就算上面第2种情况。(转载自魔方小站)
在应用算法前,你应该参照上图顶面绿色的样子来确定你魔方的方位,我们只要对出十字就好啦,并不需要十字侧面 的颜色和下两层吻合。请注意,这个算法会按顺序从左到右在这4种情况中切换,也就是如果你遇见“点”(就是上面第一个图),你就要应用3次这个算法(每次之前都要按照上图对好方位哦),遇见“一”字就要应用2次算法,我越来越觉得自己像唐僧了,
R'
U'
F'
U




F
R

另外,在“一字”的时候,你也可以试试
R' F' U' F U R
你观察一下就知这个算法是上面算法的逆算法。他可以直接从“一”字就对好十字的。
- 一开始呢,学一个算法的时候总是容易弄错,起初不可能记得很清楚,就很容易拧乱,这样往往会很郁闷。我建议大家应该在这个图形的pattern上找到某种提示,特别是一些比较“整”的图形,我一般记一个算法给我最大提示的就是底面的蓝色色块,因为他们是已经对好的最整的图形,他们是怎么分开又怎么重新组合到一起,然后怎么归位的,想象出一个过程或一个“故事”,这样这个算法就很容易记了,包括后面的算法都是。
- 又一个小思考:这里有一个问题,为什么说只有这4种情况呢,这样不会出现吗?


答案是不会, 如果你的魔方真出现了上面的情况,那么最可能的原因是有人拆过你的魔方,并且把他组装错了,如果他随机组装,根本不分颜色,那他有11/12的概率装错,解决的办法是任意翻转一个棱就行了。
他们不会出现的原因是你不可以保持其他棱色块不动,而只翻转单独一个棱色块,这在我们最初算魔方总变化数时提到过。为啥?你感兴趣可以看看这页。
(第五步)翻转魔方顶面四角,对好顶面颜色,使之形成

魔方顶面的四角只可能有8种情况,第一种就是已经对好,而其他7种如下。魔方
概率 4/274/274/274/274/272/274/27
如果你的图案在这8种之外,那么你肯定需要拆掉魔方,调整一个角块的朝向。如果你想了解上面的概率怎么算出的可以先看看这页,不行也可以在下面发信问我。
我又要发一通大道理了,如果急着要看算法可以先跳过哈:)
首先我们观察1,2两种情况,在这两种情况里,3个未对好的块在旋转意义下是处于
相同的位置的,对吧。这是他们一个特点。绿色在每个角有3种朝向,如果我们对4角进行标记,不妨把1情况叫做(1113从右上角开始标号),2情况叫做(2223),括号里的3就代表绿色块已经在顶面了,3情况(1233),4情况(2133),5情况(1323),6情况(1212),7情况(2112),你有没有发现一些规律呢?括号里数字的和一定是3的整数倍!为啥非得是3的整数倍?建议你去看看一开始的
魔方总变化数道理,那里面证明了角块朝向的角度和应该是360度的整数倍。这个限制,决定了我们只能有8种情况。
这个问题真是不特别简单,首先,我们出个题啊,要是魔方顶面4个角位置可以标号1、2、3,就像上面一样可以标成是(1113)(1233)等等,去除旋转后相同的情况,共有多少种标法?
如果不去除旋转相同,那么4个角就是可以区分的,这个答案很简单就是3^4=81种情况,对吧,但是如果去除旋转相同,就 比较复杂了,比如1113和3111是同一种标法,只是魔方顶面转了90度而已,你可以自己先想想这个题。
这是个组合数学的经典问题,叫做Neckless problem(就是用几种颜色的珠子穿项链),或者叫做polya定理,如果有兴趣也可以到这里看看,不过我还是推荐你先自己想一下,这里面的公式会一下子让你很faint,如果你对“欧拉数”之类的概念不熟或根本没听说过的话。
我们这种情况不用mathworld里面的那个公式,枚举法就可以啦:)不过要想的周密一点,答案是24种,我验算了和那个恐怖公式给出的答案一样。而在这24种里,4个数字的"和"被3除的余数,应该是平均分配给0,1,2吧,这个我没有证明,呵呵,这样被3整除的应该就有8个了吧。就是 对好+这7种:

现在我们开始说算法了,对于第一种情况,我们应该把顶面已经是绿色那个角放在最上面(也就是"左后角"),这时你不用关心下面两层 的哪面朝前,魔方

应用下面算法,这个算法的作用就是保持最上面角(左后角)的朝向不变,同时把下面三个角的绿色翻上去。
算法1:
R'
U'
R
U'




R'
U'2
180°R


对于第二种情况,我们应该发现他就是一情况的对角线镜像是吧,所以上面算法去做对角线镜像就得到了情况二的算法:魔方

算法2:
F
U
F'
U




F
U2
180°F'


对于3-7情况:

你有2/3的概率碰到他们,其实你完全可以自己用1,2算法试试翻这么几次,看看会发生什么,慢慢就找到规律了。3-7情况都是用1,2算法的组合解决,最多用2个算法。魔方
如果你等不及了或者觉得自己的方法不够快,可以看看这里参考3-7情况我的方法。
(第六步)调整四角顺序,使之形成:

这步很简单,首先转转顶面看看是不是已经对好(概率1/6),如果不是就首先找一条边,这条边的两个角有相同的颜色(概率2/3),像以下这些例子,另有1/6的概率你找不到这样的一条边,我们一会儿再说。魔方


两角中间的棱颜色和下面两层的颜色我们不用关心。现在把这条边放在背面,以上表最后一个为例,变成,
正面
背面
然后应用下面算法,
L
F'
L
B2
180°



L'
F
L
B2
180°L2
180°




如果应用完算法 ,四个角还没有和下面两层的颜色吻合,转转就可以了。这步本质上的作用就是交换了前面两个角的位置。或者说做了这样的一个逆时针旋转,这两个作用在顶面旋转过后是等效的。魔方
(第二种情况)找不到有两角同色的边
如果你碰到的情况找不到这样一条有两角同色的边,你就闭着眼睛应用一遍上面的算法,就一定可以找到啦,如果你感兴趣这是为什么,可以看看这页。 这种情况其实是你需要交换一个对角线上的两个角。
另外,你也可以试试这个算法的左右镜像,使用方法一样,效果也一样。
R' F R' B2 R F' R' B2 R2
好啦,第六步也讲完拉,就差最后一步啦!先告诉大家一个好消息,最后一步不用学新的算法就行,我们用第五步的算法1和算法2就可以搞定:)
(第七步)将最后的棱色块顺序排列好
最后一步啦,大家是不是都很兴奋啊,好不容易啊,胜利就在前方了。最后一步很简单,你只要看准魔方的方向就行啦。魔方

第一种情况,你想让3个棱逆时针旋转。(概率1/3)
首先你要把已经对好颜色的那条边放在前面。
再用第五步的算法1+U2+算法2+U2 就行啦。也就是
R' U' R U' R' U'2 RU2F U F' U F U2 F'U2第五步算法1 第五步算法2
你可以上去看看第五步的图。也可以看看
算法1、2中间的U2也可以换成旋转你的整个魔方180°,这样最后一个U2也不需要了。
就是这样,

第二种情况,你想让3个棱顺时针旋转。(概率1/3)
那么要把已经对好颜色的那条边放在右面。这时你会发现第二个图就是第一个图的对角线镜像。
所以就是第五步算法2+U2+算法1+U2
F U F' U F U2 F'U2R' U' R U' R' U'2 RU2第五步算法2 第五步算法1
或者,去掉中间的U2改成旋转整个魔方180°,
上面这个顺时针逆时针怎么摆先用哪个算法不用死记,死记也很难记,你只要注意:1. 第二、四步转顶面的方向就是顶面3个箭头的方向;2. 魔方开始摆放的方位会使你第一步总是"切开"那个对好的面,你就知道该先用那个算法,魔方怎么摆了。


概率1/12概率1/6
如果你碰到了需要如上这样变的情况。其实很简单,你随便应用一遍上面顺时针或逆时针的算法,然后他就会变成顺时针或逆时针的情况了。
上面介绍的方法,虽然我们不用记新算法了,但是很长,需要16步,如果你愿意,可以再记一个算法。魔方

R2 U' F B' R2 F' B U' R2R2 U F B' R2 F' B U R2
这两个算法互为顶面水平中线镜像。这样就简单一些了。
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魔方小站
如果你的魔方是有数字的魔方,或者带图形 、带图案的魔方,请参考这一页来最后调整中心块的朝向。
至此,我们的魔方终于完成了,大家可以好好庆祝啦:) 如果刚看完了这个入门玩法,或者你第一次完成了魔方,你最好在魔方小站论坛发个贴,分享一下你的心得,点评一下这个网页,好让我知道大家看完了是个啥感觉。 如果想让自己更厉害,那么就访问高级魔方玩法吧。送给你一个我编的秒表,测测自己的速度:)
另外,在学完魔方之后,我推荐每一个热爱生活的朋友去看看这篇演讲,来自苹果电脑的CEO Steve Jobs,他在斯坦福大学2005年毕业典礼上的演讲,最后一句是 Stay Hungry, Stay Foolish,我想你认真读了一定会有所收获的。
如果想让自己的魔方变得更酷,你可以再对自己的魔方稍加改变。



Rs2 Fs2 Us2 或者 (Rs Fs)3Rs Us Fs Rs' Us2(Fa Ra)3
其中Fs,Fs',Ra,Ra'这样的标记的意思是你像夹片一样的移动前后或左右两个面,s=slice,a=anti-slice,比如,
标记FsFs'RaRa'图


他相当于F B'F'