魔方的高级玩法

         各种情况概率的由来

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在完成了前两步之后,我们只剩下顶面的4个棱和4个角需要还原。这时魔方一共有多少种变化呢?简单说吧,就是

 

大家应该理解吧,最后分母上的2表示,角加棱的排列应该是个偶排列,或者是必须经过偶数个两两交换还原。呵呵,我说话越来越不明白了。

这里呢,Fridrich System显然把这62208种状态分成了2步,也就是Orientation和Permutation,也就是我们的第三步,第四步。第三步将顶面的绿色的朝向调好了,这说明啥子呢?说明角块的朝向对好了,棱块的朝向对好了,也就是上面公式里33*23的部分,所以第三步有216种状态;第四步是4!*4!/2=288种状态。

第三步,我们只关心角和棱的朝向,顺序我们一点也不关心。

第四步。朝向对好了,我们只关心顺序。

所以下面的概率变得比较明显了。对于每一种形态,他的变异有多少种主要源自围绕中心的4个旋转的位置和左右或者上下的镜像产生的不同朝向配置。

我们应该发现具有越高对称性的形态,他的概率越低,为啥?因为在各种变换(旋转,镜像)下,都只得到他自己。

 

 
形态 算出概率的原因 出现概率
108说明有2个状态,就是旋转后会呈现的2个不同状态。他具有x,y两轴的镜像对称。 1/108
4个状态,就是旋转的4个状态,它具有上下对称。1/54
8个状态,旋转4*左右对称2。不具任何对称 1/27
4个状态,旋转可得。对角线对称。1/54
左右对称1/54
左右对称1/54
全对称,只有一个状态。1/216
两轴对称。1/108
两轴对称1/108
左右对称1/54
左右对称1/54
全不对称1/27
全不对称1/27
全不对称1/27
全不对称1/27
全不对称1/27
全不对称1/27
全不对称1/27
全不对称1/27
全不对称1/27
全不对称1/27
全不对称1/27
全不对称1/27
对角线对称1/54
全不对称1/27
对角线对称1/54
上下对称1/54
上下对称1/54
全不对称1/27
左右对称1/54
左右对称1/54
全不对称1/27
两轴对称1/108
上下对称1/54
上下对称1/54
上下对称1/54
对角线对称1/54
全不对称 1/27
对角线对称 1/54
两轴对称1/108
 

大家发现了吧,凡是有一轴对称的就是1/54,对应4个状态,有两轴对称的就是1/108,对应两个状态,全对称的就是1/216,对应一个状态,全不对称的是1/27,对应8个状态。共计有

17*1/27 + 17*1/54 + 5*1/108 + 1/216=215/216

再加上1/216对好的情况,正好归一化。

对于第4步

我们看还有4!*4!/2=288种变化。这些变化就是4个角和4个棱的排列。 在下表中你会看到具有最高对称性的概率是1/72,这是因为,我们总可以用旋转的4个位置产生4种不同的变化。具有2轴对称性的就是1/36,他们一定交换两对东西,这两对东西的组合只有2种选择。具有一轴对称性的就是1/18,他们交换两对东西,这两对东西的组合有4种。不具有对称性交换两对东西是1/9,他们有镜像,加上每种镜像都有4种旋转,所以是2镜像*4选择*4旋转=32种变化。还有轮换3个东西,是1/9,因为选择有C(3,4)种,而又有顺逆时针两种镜像,加上4旋转。注意这种情况逆算法是可以等效于镜像算法的。

最后一个N情况比较特殊,因为他是唯一一个在旋转180的时候会产生出自身的pattern的情况,另外他的可选组合有4种,有2种在旋转中会呈现,所以最后剩下的概率就是1/72*4/2=1/36,这种情况很特殊。

最多的就是轮换2组的3个东西,也就是G情况。首先他不对称,有镜像,而且一个关键问题是他的逆算法和镜像算法不等效。这样就又多出一个2倍。这样就是逆算法2*镜像2*4选择*4旋转=64种变化。所以是2/9。呵呵。

你会有一个自然的疑问,为啥2组的3轮换,只有4种选择,明明是4*4=16种嘛,两组可以任意选择嘛,C(3,4)^2嘛!还有不管是镜像还是逆算法,2种旋转的方向总是相反的为啥不能顺着转呢。呵呵,如果你有这个疑问,说明你很棒!

首先,对于为啥选择不是4*4=16种。

比如这样,呵呵,你吧他转180度,你就会发现他会变成G2的情况,就是G算法的镜像算法。

 

 

再比如这样,这时你会发现两个旋转是同方向的了。顺时针转90度你会发现他变成了R算法镜像算法。

 

 

这个主题应该还可以延伸,不过我现在有点困了。

名字 变换方式 算法 出现概率
U (9,12,7,4) R² U Fs R² Bs U R² 1/9
水平中线(上下)镜像:R² U' Fs R² Bs U' R²
A (9,12,9,3) L F' L B² L' F L B² L² 1/9
对角线镜像:B' R B' L² B R' B' L² B² 
Z (12,18,7,6) Ls Ds2 Ls D Ls2 U' Bs2 1/36
 (12,13,11,3)

 R' F R Ba' R Fs R F' R' B2 (U3)

H (10,12,10,5) Ra U²  Ra'Fa'U² Fa 1/72
(9,17,7,5) R2 Bs2 L² D' R² Bs2 L²(U)
E (14,14,14,4)

 R B L B' R' Fa R F' L' F R' Fa'

1/36
(15,16,15,4)

 F R' F' L F R  F' L² B' R B L B' R' B

T (10,16,10,5)

(U3)L² D F² D' L² B² D' R² D B²

1/18
(14,15,14,3)

R B U' B' U B U B² R' B U B U' B'

V (15,17,15,3)

L' U R U' L U L' U R' U' L U² R U² R'

1/18
(14,15,14,5)

F' U F' U' R' D R' D' R² F' R' F R F

(14,19,14,4)

(U2)B U B² R B² U' B' R² F'U F R² U² R'

F (14,17,14,5)

L² F' L D² R' B R D²L B L F L' B'

1/18
(13,18,12,6)

(U3)R' L F² L D' R F² L' U R² L' B² R²

(13,17,12,6)

(U2)B L' F U² B'R B' F² D² F² R' B F'

(16,16,16,4)

(U1)F R U' B U F' B' U B U' F R' F' R B' R'

R (13,14,13,4)

(U')B' U² B U' R' F R B' R' F' R U' B

1/9
(13,17,13,5)

(U2)R' F² L² D' L D L F² R U² L U' L'

(14,15,14,3)

F L U L' F L U' F U F U'F'L'F²

左右镜像:

(U)B U2 B' U L F' L' B L F L' U B'

左右镜像:

(U2)L F2 R2 D R' D' R' F2 L' U2 R' U R

左右镜像:

F' R' U'R F 'R' U F' U' F' U F R F2

J (10,13,10,5) B2 L U L'B² R D' R D R² 1/9
(10,12,10,3) (U') Fa U² B' U' B U² F' U B'
左右镜像:B2 R' U' R B2 L' D L' D' L2
左右镜像:(U)Fa' U2 B U B' U2 F U' B
Y (13,15,13,5)

R B U' B' R D B' L' B' L B² D' R²

1/18
(14,15,14,4)

(U2)L²U L' F L U' L' U' F' U' L' B' U B

(13,18,13,4)

(U3)B L B' R² B L' B' U² R² U' R² U' R²

G

(12,14,12,5)

(U2)L U' R U² L' U R' Fa' U² Fa  

2/9
(12,14,12,5)

F U F' L² D' B U' B' U B' D L²

左右镜像:(U2)R' U L' U2 R U' L Fa U2 Fa'
左右镜像:F' U' F R2 D B' U B U' B D' R2
  逆算法(倒序并每步取反):

Fa' U2 Fa R U' L U2 R' U L' U2   

逆算法:L2 D' B U' B U B' D L2 F U' F'
左右镜像之逆算法==逆算法之左右镜像:

Fa U2 Fa' L' U R' U2 L U' R U2

左右镜像之逆算法==逆算法之左右镜像:

R2 D B' U B' U' B D' R2 F' U F

N (14,17,14,5)

L D' B L' D² R F' R' D² L² B' L' D L'U2

1/36
(13,18,13,5)

R D' F² L² D' L B² L' D L² F² D R' U

(14,16,13,5)

L' U R' U² L U' Rs U R'U² L U' R U

 

左右镜像:

R' D B' R D2 L' F L D2 R2 B R D' R U2

 

左右镜像:

L' D F2 R2 D R' B2 R D' R2 F2 D' L U'

 

左右镜像:

R U' L U2 R' U Rs U' L U2 R' U L' U'

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