魔方超级翻转和上帝的数字

  • 破解一个魔方有多难?
  • 什么时候你可以说你的魔方完全被打乱了?
  • 为什么答案可能取决于你在哪里上学?
  • 有什么有趣的数学问题?

内容

指标

解决魔方的任何配置的困难是最少的移动需要回到初始配置,每个面显示单一的颜色。

但究竟什么是搬家呢?所谓的直角回转度规说任何一个动作都是把脸转90度。的半圈规说把任何脸转90度或180度都是一个动作。例如,使用Singmaster表示法和四分之一转度量,序列“L L”在同一方向上将左面旋转两次,即为两步。但在半移动度量中,序列变成了“L2”,并算作一次移动。

托马斯·罗基基,他形容自己是来自帕洛阿尔托的程序员,提供了一些历史cube20.org

在立方体数学的早期,关于如何衡量一个位置的难度出现了两个阵营。西海岸和斯坦福的数学家,自由思想家,都倾向于半转度量,任何脸的任何扭曲,无论是90度、180度还是270度,都被视为一次移动。东海岸的人,包括麻省理工学院的人,倾向于采用严格的四分之一圈指标,其中半圈算作两步,因为它当然可以通过连续两个四分之一圈来完成。

当我开始开发魔方模拟器时,Qube在美国,我不知道这段历史,尽管我是一个虔诚的西方过山车爱好者,但我只是数了几圈。现在一个拨动开关Qube允许使用任意一个度量。

神的数量

表示立方体的位置,

|| =需要解决的最小移动数

=所有可能的集合的年代,

G (最大超过的||。

G (被称为“上帝的数字”。包含在4.3 * 10 ^ 19位置,计算G (是一个令人生畏的优化问题。上帝数的定义不需要最优解本身,只需要移动的次数。

Superflip

superflip魔方的8个角、6个面中心和立方体中心显示初始颜色,但12个边的立方体颜色相反。1995年,Michael Reid证明了超级翻转的解需要20个半转度量移动。2010年,托马斯·罗基基和他的同事使用谷歌的数百台计算机进行了大规模的计算,以证明没有其他配置需要超过20步,cube20.org.这就确定了半转度量的上帝值为

G (= 20

Q20

我使用Q20表示超翻转。我们的第一个动画生成了有20个动作的超级翻转。在开始和结束时的一些旋转被更详细地显示出来,以便我们可以看到所涉及的旋转矩阵。更高分辨率的视频剪辑可在此链接:Q20.mp4

第二个动画显示了的解Q20在20个动作中通过反转和补充生成的动作获得。Reid的证明表明,任何其他解决方案都需要至少20步。高分辨率剪辑为:Q20solve.mp4

还有一些其他的配置需要20次移动。任何配置G(q) = 20在半转度量中可以被视为完全洗牌。

Q26

对于四分之一转指标,如果你结合超级翻转和一种被称为fourspot你有Q26.只有8个角和2个面进是正确的。边、四个面中心和立方体中心都是颠倒的。当180度转弯被计算为两个90度转弯时,这个配置由26个移动生成,并通过反转和补充26个移动来解决。高分辨率剪辑为:Q26.mp4

2014年,Rokicki和Morley Davidson在俄亥俄超级计算机中心进行的大规模计算证明了这一点Q26(和它的两个旋转)需要26个四分之一的旋转动作所有其他配置需要更少。cube20.org.这就确定了半转度规的上帝值是

G (= 26

高分辨率剪辑为:Q26solve.mp4

比较

让我们来比较一下Q20而且Q26通过在两者之间交替。

3型角件相同Q20而且Q26,并处于正确的初始位置。

类型2的边缘片也是一样的Q20而且Q26,但与初始位置相反。

所有的动作都是用0型和1型的小方块。在一个真实的魔方中,这是一个坚固的部件,将魔方连接在一起。




由MATLAB®R2022b发布

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