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高中趣味数学之魔方解法的想法

编辑:sx_gaohm

2016-02-05

现在的信息化革命,没有数学,又哪里使信息可以如此快速的交换。精品小编准备了高中趣味数学,希望你喜欢。

一、概念

面(face) -- 魔方有6个面,分别标为(u,v,w,x,y,z),其中(u,v,w)分别是

(x,y,z)的反方向。

状态(status) -- 魔方的所有可能的不同色块排列。一般的表示为S[i]。

初始状态(S[0]) -- 魔方6面各自同色的状态。

动作(action) -- 迎着每一个面有左转90度(left),转180度(opsite),右转90度(right)等3种操作,共18种基本动作。分别标为:

(ul, uo, ur,

vl, vo, vr,

wl, wo, wr,

xl, xo, xr,

yl, yo, yr,

zl, zo, zr)

先执行动作A,再执行动作B,称为复合动作,简称动作。记为:A*B

二、算法

一个状态集S,为每个元素配一个深度指标。

1、 加入初始状态S[0],深度为0。

2、 S中每个新加入的元素,执行18个基本动作。

3、 对每个动作的结果,如果不在S之中,则加入S之中,深度为被操作对象的深度加1。

4、 反复执行2到3,直到S不再增长为止。

对于魔方的一个状态S[i],查找上述状态表得到深度d。执行18个基本动作,

一定至少有一个动作的结果深度为d-1,确认该动作为一步。反复尝试和确认,一 定能够到达初始状态S[0]。

状态集S中元素个数的估计:六个面的中心点不因动作而变化,8个顶点与12

个棱,应当有 8!*12! 约50M个状态。虽然顶点和棱在位置上还有自由度,但是顶点和棱之间也有相互的约束关系。我不能定量地计算各自的程度,但是我觉得PC机的计算能力应当可以对付,至少值得一试。

标签:趣味数学

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