四轴斜转魔方

目录

四轴斜转魔方

1，魔方三要素

 2，公式推导

（1）调整8个角块位置

（2）调整6个中心块位置

（3）调整角块方向

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四轴斜转魔方 1，魔方三要素

（1）组成部件

8个角块和6个中心块

 把8个角块编号12345678，分别对应上层的左上、右上、左下、右下以及下层的。

（2）可执行操作

斜转魔方既可以理解成四轴三阶魔方，也可以理解成八轴三阶魔方。

如果认为是8种操作的话，那么可以分成四组，任意一组的2个操作各执行1次或2次加起来都相当于魔方整体旋转。

按照4种操作理解的话，每种操作都会改变3个角块的位置，另外5个角块位置不变，这4个操作影响的3个角块分别是：167、258、358、467

（3）目标态

（3.1）形状

任意一次操作之后，魔方都是正方体，最后也自然是正方体。

（3.2）颜色

8个角块可以唯一确定6个面的位置关系。

 2，公式推导 （1）调整8个角块位置

先调整4个角块的位置，此时可能出现的情况，可以用bfs算一下：

string f1(string s) { char c = s[3]; s[3] = s[6], s[6] = s[5], s[5] = c; return s; } string f2(string s) { char c = s[2]; s[2] = s[4], s[4] = s[7], s[7] = c; return s; } string f3(string s) { char c = s[0]; s[0] = s[6], s[6] = s[5], s[5] = c; return s; } string f4(string s) { char c = s[1]; s[1] = s[4], s[4] = s[7], s[7] = c; return s; } void bfs() { string s = "12345678"; queue<string>q; q.push(s); map<string, int>m; m[s] = 1; while (!q.empty()) { string str = q.front(); q.pop(); string s = f1(str); if (!m[s])m[s] = 1, q.push(s); s = f2(str); if (!m[s])m[s] = 1, q.push(s); s = f3(str); if (!m[s])m[s] = 1, q.push(s); s = f4(str); if (!m[s])m[s] = 1, q.push(s); } for (auto mi : m) { bool flag = true; for (int i = 0; i < 4; i++)if (mi.first[i]>'4')flag=false; if(flag)cout << mi.first << endl; } }

输出：

12345678 13248675 42315768 43218765

去掉对称性结果，只有13248675一种情况需要调整位置，只需要朴素的三次操作即可。

（2）调整6个中心块位置

以8、5、3为轴顺时针各一次，8个角块的位置不变，左下中心块互换，另外4个中心块轮换。

为了方便，我们把这个叫做853操作。

把6个中心块编号为1上2下3前4后5左6右，则853操作对中心块的位置影响是123456->451623

另外3个操作（674、582、761）的影响依次是532641、365142、645213

于是我们可以就可以推导中心块调整位置的公式：

string f1(string s) { char c = s[2]; s[2] = s[5], s[5] = c; c = s[1]; s[1] = s[4], s[4] = s[6], s[6] = s[3], s[3] = c; return s; } string f2(string s) { char c = s[2]; s[2] = s[3], s[3] = c; c = s[1]; s[1] = s[5], s[5] = s[4], s[4] = s[6], s[6] = c; return s; } string f3(string s) { char c = s[2]; s[2] = s[6], s[6] = c; c = s[1]; s[1] = s[3], s[3] = s[5], s[5] = s[4], s[4] = c; return s; } string f4(string s) { char c = s[2]; s[2] = s[4], s[4] = c; c = s[1]; s[1] = s[6], s[6] = s[3], s[3] = s[5], s[5] = c; return s; } void bfs() { string s = " 123456"; queue<string>q; q.push(s); map<string, int>m; m[s] = 1; while (!q.empty()) { string str = q.front(); q.pop(); string s = f1(str); if (!m[s])m[s] = 1, q.push(s); s = f2(str); if (!m[s])m[s] = 1, q.push(s); s = f3(str); if (!m[s])m[s] = 1, q.push(s); s = f4(str); if (!m[s])m[s] = 1, q.push(s); } for (auto mi : m) { int x = 0; for (int i = 0; i < 7; i++)if (mi.first[i]==s[i])x++; if(x>=4)cout << mi.first << endl; } }

输出：

 123456  123564  123645  124536  124653  125346  125463  126354  126435  134256  135426  136452  142356  143526  143652  152436  153246  153462  162453  163254  163425  231456  243156  253416  263451  312456  324156  325416  326451  413256  421356  423516  423651  513426  521436  523146  523461  613452  621453  623154  623415

理论上任选一个都可以作为基础公式模式。

为了方便，我们选143526作为公式模式。

代码略改一下，求出123456到143526的变换路径：

void bfs() { string s = " 123456"; queue<string>q; q.push(s); map<string, int>m; map<string, string>p; map<string, int>p2; m[s] = 1; while (!q.empty()) { string str = q.front(); q.pop(); string s = f1(str); if (!m[s])m[s] = 1, q.push(s), p[s] = str, p2[s] = 1; s = f2(str); if (!m[s])m[s] = 1, q.push(s), p[s] = str, p2[s] = 2; s = f3(str); if (!m[s])m[s] = 1, q.push(s), p[s] = str, p2[s] = 3; s = f4(str); if (!m[s])m[s] = 1, q.push(s), p[s] = str, p2[s] = 4; } s = " 143526"; while (s != " 123456") { cout << s<<" "<<p2[s] << " "; s = p[s]; } cout << s << endl; }

输出：

 143526  2   634215  1   415632  3   624351  1   451623  1   123456

也就是说，从123456，依次执行853、853、582、853 、674操作，共15次操作，即可变成143526，即245三个色块的轮换。

有此公式，即可完成所有中心块的归位。

亲测有效：

 

（3）调整角块方向

把853操作直接重复4遍，则所有块位置不变，角块中24方向不变，其他6个角块都顺时针转一次。

我们把它理解成对8个角块顺时针旋转，并对24逆时针旋转，把这个操作叫做24操作。

2个12操作+1个24操作，我们就得到一个只改变1和4不改变另外6个角块的操作（1顺时针旋转4逆时针旋转）。

有了这个操作，显然可以把除了2个相邻角块之外的所有角块方向复原。

最后，有没有可能只有2个角块方向不对呢？我不确定，应该没有吧。

如果没有，那么所有的情况都解决了。