乌木598 乌木598
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关于三阶魔方的三种“不可能” 常有新手贴出一个错误态(或看似错误态)的三阶魔方问有关公式,昨晚跟某帖解释了为何不能单单翻转一个角块,现在那帖子没了,莫非被系统或楼主自己删了?我还是发一帖试试解释一下三阶魔方的三种错误态吧,至少我自己不想删。 1、不可能单单交换两个块(无论角块还是棱块)。 三阶魔方的基本变化是表层一转90°(中层旋转90°就是两旁的表层反向旋转90°,属于两个基本变化叠加),表层转90°总是角块一个四轮换以及棱块一个四轮换,而任何四轮换等价于三个二交换(任何n轮换等价于n-1个二交换),所以表层转90°一共含有6个二交换,是偶数个二交换。 复原态含有0个二交换,也是偶数个;三阶魔方的任何状态都是表层旋转90°的叠加结果,偶数个二交换的叠加得到的只能是偶数个二交换;所以三阶魔方任一态都含有偶数个二交换。 所以,要求单单交换两个角块或两个棱块,就是要让魔方含有奇数个二交换,当然是不可能的。 出现了要单单交换两个块的情况,要么是错装态,比如中心块盖子错装过,后来错误转移到棱块或角块上去了;要么是异形三阶或特殊涂饰的三阶,看上去要单单交换两个块(A和B)是假象,实质或者是另有两个一样的块(C和C)也要交换一下;或者是另有一个和A或B一样的块,比如是 A,实际上要做A-B- A的三轮换得到B- A-A。 三阶魔方角块和棱块的位置变化都是相对于中心块组而言的,所以,如果从复原态开始,做 (比如)R F U D' L2 B2 L F' B D' B2 D B' ,结果似乎有两个棱块交换了一下,却不算错误态,因为一个正确魔方的任何正常转出态,总是正确态。这个公式的结果,四个中心块相对于角块-棱块框架也有位置变化,反过来,相对于中心块组而言,角块、棱块的位置变化并非单单两个棱块交换了一下,看上去交换了的两个棱块之一,相对于中心块组来说,还算是没有变化呢。(这个公式是三阶空心魔方公式之一,用于非空心三阶上是说明角块、棱块位置变化与中心块组的关系。) 统计三阶魔方总态数时,位置变化数是 (8!×12!) / 2,就是排除占一半的含奇数次二交换的位置变化态。 2、不可能单单翻转一个角块。 面对一个角块,沿魔方的体对角线看入时, 它的顶底色恰好向上或向下的话,它的色向为0°; 它的顶底色要逆时针旋转120°才能向上或向下,它的色向为120°; 它的顶底色要顺时针旋转120°才能向上或向下,它的色向为240°。 只有表层旋转才涉及角块,表层旋转有U U' U2 R R' R2……等18种,任一种表层转要么不改变所涉及的四个角块的原有色向(转顶和转底);要么保持所涉及的四个角块的色向和不变,即四个角块的色向和的变化为0°。 比如,某一打乱态时,F面的四个角块的色向分别为120°,240°,0°和120°,色向和为120°(360°算作0°),分别做F,F'或F2之后,四个角块的色向有变,但是色向和总是120° ,色向和的变化总是0°。 复原态时,8个角块的色向都是0°,色向和也是0°;任何打乱态都是表层旋转叠加的结果,而任何表层旋转所涉及的四个角块的色向和的变化总是0°,所以,魔方的任何状态,8个角块的色向和总是0°。 所以,不可能单单翻转一个角块。 二阶和各高阶魔方的角块的色向变化性质也是这样。 出现了要单单翻转一个角块的情况,要么是错装态;要么是操作手法不当使某个角块就地直接扭转过;要么是异形三阶,比如粽子魔方,另有一种角块它翻转不翻转一个样,实际上是要两个角块一顺一逆翻转。 如果出现了单单两个角块都要顺时针翻转或都要逆时针翻转,等价于要单单翻转一个角块:前者等价于要单单逆翻一个角块,后者等价于要单单顺翻一个角块。 计算三阶魔方总态数时,角块色向引起的变化数为3^8 / 3,就是排除占三分之一的8角色向和为120°的状态,也排除占三分之一的8角色向和为240°的状态,留下三分之一8角色向和为0°的状态。 3、不可能单单翻转一个棱块。 三阶魔方一个棱块的色向要么是0°(正向),要么是180°(反向)。复原态时12个棱块的色向和为0°。表层旋转的前后,所涉及的四个棱块的色向和的变化总是0°。所以,三阶魔方的任何状态的12个棱块的色向和总是0°。 因此,不可能单单翻转一个棱块。 出现了要单单翻转一个棱块的情况,要么是错装态;要么是有的异形三阶魔方,另有一种翻转不翻转一个样的棱块,请它参与两个棱块的翻转工作即可。 计算三阶总态数时,棱块色向的变化数为2^12 / 2,就是排除占二分之一的12个棱块的色向和为180°的状态。
SSQ魔方第二、第三层之间棱块纯的二交换 日前有个帖子问SSQ魔方的复原法(一时找不到该帖子,只好另发一帖了),回复者都说中间两层的复原法同SQ1,是的。 本帖所述,只是讲交换第二、第三层的棱块时,如何不影响第二、第三层的角块,也即可以避免对角块的返工。 这魔方的中间两层的块没有顶底色片,八个角块还可以依靠仅有的两个侧面颜色来判断属于第二层还是第三层,复原它们还好办。 至于中间两层的棱块(仅有一个侧面颜色片),第二、第三层的同色棱块交换不交换无所谓的!只要满足第二层四个棱块无重复(比如黄、白、绿、蓝),同层四棱的位置不对的话,总可以最后调整好的。第三层的四棱也是这样。 中间两层的角块复原好后,如果第二层四棱有重复(比如为蓝、蓝、白、绿),则第三层也必有重复棱(对应地比如为黄,黄,白,绿),显然,这例子中第二层的任一个蓝棱要和第三层的任一个黄棱交换一下。 通常的SQ1的上下层棱块的二交换公式往往是影响角块的,要不影响中间两层角块来交换第二层、第三层之间的两个棱块,可以如下图例子那样,两个要交换的棱块分别处于第二层的前棱位和第三层的右棱位,然后预调动一下(1 0 / -1 0),上图第三层要交换的黄棱块就临时处于第二层的右棱位,再做第二层右棱和前棱的交换公式(见SQ-1棱块54式:http://tieba.baidu.com/p/3563807565 的公式19,但该公式省略了最后一步( 0 3 ),要补做( 0 3 ),即: /-3 0/0 3/0 -3/0 3/2 0/0 2/-2 0/4 0/0 -2/0 2/-1 4/0 -3/ 0 3 在这里,公式每一节中的前一个数字是第二层转,后一数字是第三层转,左右两半魔方的转缝仍然偏于魔方F面的左边,即两块半圆块间的转缝方向如图所示。 第二、第三层间一个蓝棱和一个黄棱交换好后,做一下逆调动(1 0 / -1 0)。 中间两层同一层中没有重复棱块后,再做同层棱块的位置调整工作(见上述“SQ-1棱块54式”的链接)。
五魔方的一些花样的做法 好几次有魔友问五魔方花样的做法,这里介绍一下,所知不多,还望大家补充。 ▲有人要把最远的两个棱块分别都交换一下,这种花样总是做不成,比如最后总是要单单交换两个棱块,做不下去了。 原因是,30个棱块,要做15个二交换,而五魔方棱块是不可能有奇数次二交换的。 ▲十面或十二面换心花样:▲五角星花样就是中心块和棱块不动,角块适当调动得到的花样。五角星花样角块颜色的的旋转有三类: 1、围绕正十二面体的三次旋转对称轴的旋转。两个最远的角块的连线就是三次轴,选择一根轴之后,角块的颜色绕轴旋转120°,比如:其中,角块的红、白、蓝顺时针三轮换,粉、绿、黄也顺时针三轮换。另一端则逆时针三轮换。 2、围绕正十二面体的两次旋转对称轴的旋转。两个最远的棱块的连线就是两次轴,选择一根之后,角块颜色绕轴旋转180°,比如:其中角块的红、绿交换,白、淡黄交换,紫、粉交换,蓝、天蓝交换,等等。 3、围绕正十二面体的五次旋转对称轴的旋转。两个最远的中心块的连线就是五次轴,选择一根之后,角块颜色绕轴旋转72°或144°,比如:角块的调动还是应用角块三轮换公式以及角块翻转公式,陆续调动,直到做出需要的五角星花样。即:顶层翻好一个角,其余的角必须经转顶临时调到上前右位置加以翻转,要么两个角一顺翻一逆翻,要么三个角三顺翻(或三逆翻),不能单单翻转一个角块,以免下面混乱。 ▲如果在五角星花样之上再做换心,就得到两类花样的叠加花样了。 ▲用广义复原法(“克隆”方法)可以做出一种“腰带”花样:
关于“每个角块有24种状态”…… 昨天下午看到有个帖子,不久被删了,没有记下作者是哪位。 那帖子作者说要编程解三阶魔方,说要不用公式…… 还说每个角块有24种状态(意思是可以有8个位置,每个位置上有3种朝向)…… 由于帖子没了,我无法回复,只好这里说说。 关于那位作者说的“每个角块有24种状态”,我要提醒的是,并非每个角块都有24态。 组装角块时,第一个角块有24种态,这是对的,但是,第二个角块只有7×3=21种态了,因为总有一个位置被第一个角块占据了,第二角块只有7个位置可用。 同理,第三角块只有6×3=18态,第四角块只有15态,以下依次为12态,9态,6态和3态。 也就是,组装角块时,8个角块的态数可以有 8!× 3^8 。 对于棱块,类似地,组装态数可以有 12!× 2^12。 然而,一个正确的三阶魔方(即可复原的三阶魔方),总态数并非 ( 8!× 3^8 )× ( 12!× 2^12 ) , 而是 ( 8!× 3^8 )× ( 12!× 2^12 ) /(3×2×2)。 也就是只有1/12的组装态是正确态。 原因是,三阶魔方 不可能单单翻转一个角块; 不可能单单翻转一个棱块; 不可能单单交换两个角块,也不可能单单交换两个棱块。 这三条,应该是那帖子作者要编写的解三阶魔方程序的第一步——检验待解的三阶状态是否有解——的判断依据。只要有一条,就可以停止执行程序,并马上给出答案:无解。
三阶箭头魔方复原要点 探讨这一款三阶箭头魔方的复原问题时,复原态时魔方的取向以及角块和棱块的编号不妨如下图所示。除了六个中心块相同外,不难看出,角块2和角块6是相同的; 棱块2和棱块7、棱块3和棱块6、棱块9和棱块0也分别相同; 识别相同块的方法如下图:另有一些棱块翻转不翻转一个样。 以上这些情况都可以利用来解决有关复原问题。 如果最后要在不影响角块和棱块的条件下,转正中心块,可以这样: 角块和棱块复原后,魔方不再讲究复原时的上下左右前后方位,魔方的取向看需要自转的中心块情况而定。 顶面中心块180°:(R L U2 R' L' U)2 。 前面中心块顺时针90°,右面中心块逆时针90°:M D M' E' M D' M' E 前面中心块顺时针90°,后面中心块逆时针90°:M D M' E2 M D' M' E2 如果两个中心块都要顺时针(或都要逆时针)90°,还得一顺一逆,再对其中一个转180°。 中心块一样,相当于空心三阶魔方,就有可能发生最后要单单交换两个块的特殊情况,就用空心魔方公式解决: http://tieba.baidu.com/p/4113087726 ,再看情况对中心块的方向补补课。 有时,要交换两个块A和B,如果另有一个块A' 和A相同 ,也可以做A' A B三个块的三轮换(即A'换以A,A换以B,B换以A')。 既然有的棱块(A)翻转不翻转一个样,如果遇到要单单翻转一个棱块(B),就可以做两个棱块(A和B)一起翻转的工作。 如果最后要单单旋转某一个中心块90°,就要做两角两棱换,这两个角块要相同角块(就是角块2和6),这两个棱块也要相同棱块(比如棱块9和0),魔方改变一下取向,再预调动一下,让那两角和那两棱都在顶层,做两角两棱换工作,再逆调动回去,接着往往还要翻正那两个棱块和那两个角块(一顺翻角另一逆翻角)。这时,角块和棱块的变化看不出,而要旋转90°的中心块数目就变成偶数了,就可以用上面旋转中心块的方法解决了。
〖17-05-08〗332魔中魔复原法 1、找出定位角 332魔中魔有一个外角块是“定位角”,它处于哪一层的话,那一层就成为“1面”(旋转这一层时圆内圆外一起转),而另一层为“0面”(旋转这一层时圆内块不跟着圆外块转)。 用排除法很容易找出哪个外角块是定位角。例如,上图中蓝对绿,橙对红,黄对白。旋转顶层,看到黄色面是“0面”,则四个黄色角块都不是定位角。 让蓝色为F面,做一下F2,旋转顶层仍然是0面,则白蓝橙和白蓝红角块也不是定位角。再做一下R2,让白绿红角到顶层来,如果此时顶层仍是0面,则白绿红角块也不是定位角。这样只能是剩下的白绿橙角块是定位角了。如果刚才做R2后,顶层变成了“1面”,则一定是最后上来的白绿红角块是定位角了。 如果刚才第一次做F2后,顶层变成1面,则定位角就在白蓝红和白蓝橙两角之中。再做一下R2,如果顶层仍为1面,则留在顶层的白蓝红角就是定位角;如果R2后顶层变回0面,则刚下去的白蓝橙角为定位角。 找出定位角后,记住它! 2、圆内棱块 若白绿橙是定位角,暂不管它在何处(一般宜处于下层),让黄中心块向上,看情况做F2、R2、B2或L2,尽量让顶层的前后左右四个内棱块是黄色内棱块。 顶层个别内棱块翻不成黄色的话,让它处于右边,做 M’ U2 M L2 。(M’是左右之间的中层转90°,转向同L’。这中层转90°之后,魔方的外形变掉了,但U2这一步照样可以旋转!) 3、圆内角块 顶层前方的两个左右相邻白色内角块要换成两个黄色内角块,或者对角线上两个相对白色内角块要换成黄色内角块,可以做 F2 M’ U2 M 。往往要看情况几次应用此公式,才能使内角块全复原。 至此,上面黄圆和下面白圆复原好。 4、下层外角块 让定位角(例如白绿橙角)处于下层,上层(含黄圆)中凡是含白色的外角块很容易判断其去向,旋转上层逐个转到它该去之处的正上方,做下图公式调下去。如果白色外角块A已经在下层,但是位置不对,可以从下图选一个公式,让上层任一个外角块下去顶替掉外角块A,A被赶到上层,再按上图公式向下调到它该去的地方。也就是共做两次下调公式。 5、下层外棱块 待下调的下层外棱块经转顶转到它要去之处的正上方,且作为F面,做下图公式。至此,下层已全部复原。 6、上层外角块 下图是交换顶层右方的前后两个外角块,做公式时定位角如图处于左后下位置。顶层四个外角的位置情况无论什么样,都可以若干次应用上图公式加以解决。 7、上层外棱块至此,332魔中魔全部复原。 M.Yu 2017.5.8.
〖17-03-12〗试试解释一下为何不可能单单翻转一个角块 试试解释一下为什么不可能单单翻转一个角块。 设魔方的顶面和底面为角块的0°方向。 无论何处的一个角块,其顶色或底色向上或向下时,该角块的色向值为0(已经转正之意); 如果面对一个角块,沿魔方的体对角线看入时,该角块需要顺时针旋转120°才能使其顶底色朝上或朝下,则该角块的色向值为1(要顺时针转120°之意); 如果面对一个角块,沿魔方的体对角线看入时,该角块需要逆时针旋转120°才能使其顶底色朝上或朝下,则该角块的色向值为2(要逆时针转120°或顺时针转240°之意)。 角块色向值变化到3或几个角块的色向值之和为3时,就是色向值0。 与角块变化有关的转动仅为表层转动,它们除了使角块位移外,对角块色向的影响分两类: 1、U、U’、U2、D、D’、D2、F2、B2、R2、L2,这10个动作分别涉及的四个角块的原有色向值不变。所以这10个动作各自对八个角块的色向和都没有改变作用。 2、F、F’、B、B’、R、R’、L、L’,这8个动作分别涉及的四个角块,各自的原有色向值有变:其中两个角块色向值增加1,另两个增加2。但是,变化值为1+1+2+2=6,就是0°。 比如做一下F,F面的四角移位的同时,虽然各自都有色向变化,但是四角的色向和不变。F面的四角原有的色向和为0的话,现仍为0;F面四角原有的色向和为1的话,现仍为1;原有色向和为2的话,现仍为2。 所以动作F不改变八个角块的原有色向和。 同理,这8个动作各自对八个角块的色向和都没有改变作用。 复原态时八个角块的色向和为0,再根据上面第1、第2两点,你一定可以推断:魔方再怎么转乱,可能得到的巨大数目M个状态的每一个态,八个角块的色向和总是为零! 接着你也可以推断:不可能单单翻转一个角块!
《化学家怎么上生物课》中一句话的问题 我对解放日报2012.12.11.的报道《化学家怎么上生物课》中的“假设有五种符号,任意组成长度为25单位的序列,一共可以有6.23×10的13次方的排列方法”这句话有异议。 我认为,五种符号(不讲条件地)任意组成长度为25单位的序列应该有5的25次方≈3×10的17次方种排列方法,而不是6.23×10的13次方种排列方法。 比如,0,1两个数字可以组成二进制的三位数000~111共8个数,即2的3次方种排列法; 0~9十个数字可以组成00~99共100个两位数,即10的2次方种排列法; 0~9十个数字可以组成0000~9999共10000个四位数,即10的4次方种排列法;等等。 可见,5个符号可以组成的25位的序列共有5的25次方种排列法。 看来,报道中的“任意组成……”应该是在一定条件下的“任意”,可惜没有写明有关条件。 至于“6.23×10的13次方”这个数据怎么来的,有人告诉我说:这个数据,应该是“6.23×10的14次方”,而且不是[假设有五种符号,任意组成长度为25单位的序列有多少不同的排列?]这个命题的答案,而是[5种不同的符号为一组,有5组,共25个,有多少不同的排列?]这个命题的答案,计算如下: 25!/(5!)^5 = 623,360,743,125,120 = 6.23×10^14 (25!表示25的阶乘,^5表示5次方。) 他还告诉我,这一数据的出处之一是:盖莫夫《从一到无穷大》一书。该书中译本(科学出版社1978年第一版)p.229到p.230的截图如下:书中的两个有关数据,他核算如下: 注① 5种不同的符号为一组,有2组,共10个。计算不同的分布,是全排列中除去相同符号的互换,计算式及结果为: 10!/(2!)^5 = 113400 (所以盖莫夫书中这个结果没问题) 注② 5种不同的符号为一组,有5组,共25个。同样方法计算不同的分布: 25!/(5!)^5 = 623,360,743,125,120 = 6.23×10^14 书中的第二个结果62,330,000,000,000,头四位有效数字“6233”对的,但整个数值小了一个量级! 总之,报道中的那句话,一是条件写得不严格,二是所引用的数据本身看来有误。 后来有一位数学博士和一位计算机博士指点我说: 看来报道中那句话原来的意思是:“有五种符号,每种恰好出现五次,任意组成长度为25单位的序列,一共有多少种排列方法”。这样,排列总数可以计算如下: C(25,5) * C(20,5) * C(15,5) * C(10,5) * C(5,5) 其中组合数C(i,j) 表示从i个位置中选j个位置的数目。即,我们对于五种符号,先选五个位置给第一个符号,在剩下的20个位置中再选五个位置给第二个符号,依此类推,直到所有位置都被选完,我们的排列数就可以计算了。 上面五个C连乘的式子经过展开和处理,就等于前面注②中的计算式,答案应是14次方。 他们还告诉我,盖莫夫的《从一到无穷大》的英文版中,该数据也是错的,少了一位0,引用者没有发现,因而也没有加以纠正。
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