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四阶魔方

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四阶魔方
打乱的四阶魔方
转动中的四阶魔方

四阶扭計骰英語:Rubik's Revenge),为4×4×4的立方体结构。发明人为彼得·塞波斯坦尼(Peter Sebesteny),四阶魔方起初稱作為Sebesteny魔方,后来在生产前最终定名为“Rubik's Revenge”来吸引魔方爱好者,因为这个名字在英语中有復仇的意思。

三阶魔方不同的是,四阶魔方没有每面不动的中心方块,所以四阶魔方的复原方法与众不同,要先复原中心块和成对的边块形成一个大号的三阶魔方,再用原来的方法复原。

一家名叫东贤(East Sheen)的公司发明了一种新的复原方法:使用三阶魔方的方法先复原边块和角块,再复原中心块。

发展历史[编辑]

1974年,魯比克教授發明了第一個魔方,即3×3×3立方体结构的“三阶魔方”(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。第一批三阶魔方於1977年在布達佩斯的玩具店販售[1]。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[1]

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。據估計,1980年代中期,全世界有五分之一的人在玩魔術方塊[2]

由於魔方的巨大商機,1983年魯比克教授和他的合夥人一同開發了二階四階魔方[3]。並於1986年製造了五階魔方[4]

变化数[编辑]

四阶魔方总共有8个角块,24个边块和24个中心块。

其角块的变幻状态和二阶魔方相同,所以总共有8!×37种变化状态。

每种颜色的四个中心块可以不区别位置,所以总共有24!/(4!6)种变化状态。

24个边块不能进行随意换位,而每一组颜色相同的两块边块是有区别的,因为边块关系到两个面的颜色。所以边块的变化总数总共有24!种。

由于在空间变幻中状态相同而颜色不同的状态会被重复计算,所以真正的状态数还应该除以24。

所以四阶魔方的总状态数为

即7,401,196,841,564,901,869,874,093,974,498,574,336,000,000,000种变化。

机械结构[编辑]

四階魔方的零件〈第一種〉
四階魔方的零件〈第二種〉

四階魔術方塊總共有8個角塊,24個邊塊和24個中心塊,,它的構成分為兩類:

第一類中心是一個球體,每個週邊的小塊連接着中心球的滑軌,在運動時候會沿着用力方向在滑軌上滑動。
第二類是以軸為核心的四階魔術方塊,這類魔術方塊的構成非常複雜,除了中心球和週邊塊外還有很多附加件。

作為競速運動來說第二種構成的四階魔術方塊運動速度快,不易在高速轉動中卡住。

復原方法[编辑]

术语[编辑]

  • U:上层
  • MU:上数第二层
  • D:下层
  • MD:下数第二层
  • L:左侧层
  • ML:左数第二层
  • R:右侧层
  • MR:右数第二层
  • F:前层
  • MF:前数第二层
  • B:后层
  • MB:后数第二层

降阶法[编辑]

降阶法即是将四阶魔方“降阶”为三阶魔方,随后按三阶魔方进行还原。

  • 第一步:还原中心块。将四阶魔方中央四个小中心块颜色对齐,将其当做三阶魔方的中心块。
  • 第二步:合并棱边。将四阶魔方每条棱边上的两个棱块颜色对齐,将其当做三阶魔方的棱块。
  • 第三步:按三阶魔方还原。此时,已完成“降阶”动作,随后按三阶魔方进行还原。
  • 第四步:特殊情况校正。因为四阶魔方的中心块位置不是相对固定的,所以“降阶”后的“三阶魔方”会出现两类“特殊情况”,需要进行校正,此后继续按三阶魔方还原。[a]

注釋[编辑]

参考文献[编辑]

外部链接[编辑]