了解魔方状态总数的意义

了解魔方状态总数可以了解魔方变化中的守恒量。
知道了魔方中的守恒量,就能够很快判断一个给定魔方是否有解。
了解了魔方中的守恒量,就能够知道最难状态的魔方。

二阶魔方状态总数

二阶魔方固定最右最上最前那一块之后,剩下7块随机排列,状态也随意,每个块有3种状态。但是最后一块的状态是确定的,可以跟据已经排好的前6块的状态确定,所以分母上除以3.

二阶魔方状态总数为7!*3^7/3=3674160

三阶魔方状态总数

三阶魔方在二阶魔方基础上多了心块和棱块。心块有24种放法,棱块有12块,最后两块的位置是固定的(分母除以2),最后一块的状态是固定的(分母除以2)。

三阶魔方状态总数为二阶魔方状态总数*24*12!*2^12/4=43252003274489856000

n阶魔方状态总数

奇数阶魔方状态总数 奇数阶魔方状态总数 偶数阶状态总数 偶数阶魔方状态总数

从魔方状态总数中,可以发现魔方旋转过程中的守恒量。
二阶魔方和三阶魔方比较特殊,它们是最小的偶数阶魔方和最小的奇数阶魔方。
魔方中有以下五类块,这五类块组成了魔方状态的五个项。

  • 角块:角块就是一个二阶魔方,角块组成了魔方的骨架。
  • 心块:6个面,每个面有一个心,只有奇数阶魔方才有心块,偶数阶魔方没有心块。心块指的是魔方每个面的中心。
  • 面块:面上除心块以外的全部块,面块只有一个面颜色可见。魔方每个面上有4个块在同一轨道上,整个魔方每个轨道有24个块。同一轨道上的块是完全可以全排列且状态自由。
  • 边块:棱上除棱心以外的块,每个边块有两个面颜色可见。正方体有12条边,每条边上有两个对称的块,它们在同一轨道上但是它们并不等价。
  • 边心块:只有奇数阶魔方才有边心块。

参考资料

知乎:如何计算魔方状态总数
知乎:n阶魔方有几个等价类