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第01节:认识魔方——结构与转动语言

本节 objectives:

  • 说出魔方三种块(中心块/棱块/角块)的区别和数量
  • 说出标准六色配色及其对位关系(黄对白、红对橙、蓝对绿)
  • 识读 R、L、U、D、F、B 六个基本转动记号及 '2 后缀
  • 将魔方握持为"白底黄顶"的标准姿态

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拿到魔方的第一反应——这东西到底多难?

全世界每年卖出几百万个魔方,但绝大多数人一辈子没还原过。这不怪你——魔方有 43 亿亿(43 quintillion) 种状态1,随便拧几下就够你玩一辈子。

好消息是:你不需要理解数学原理,只需要学会几个固定套路(算法)并按顺序执行。本门课的策略是分而治之——你不再拧一个面,而是一层一层地还原2。在这个过程中,你只需要掌握大约 6 个简短的公式。

但你首先得知道这个方块由什么构成、怎么描述它的转动。

讲解

魔方的三种"块"

拿起你的魔方。它看来是由 26 个小块组成的(你以为有 27 块?等一下揭晓为什么缺一块)。

种类特征数量举例
中心块(center)只有一个颜色6 个每个面的正中央
棱块(edge)有两个颜色12 个在两个面的交界处
角块(corner)有三个颜色8 个在魔方的八个角上

关键事实:中心块是固定的——它们的相对位置永远不变。白色中心对面永远是黄色中心,红色对面是橙色,蓝色对面是绿色13。你还原魔方时,就是围绕这些"不动的地标"来移动其他块。

所以实际上,魔方的"骨架"是一个三维十字轴,上面固定着 6 个中心块。另外还有 8 个角块和 12 个棱块——共 26 个可动部分,加上中间的轴心结构。所以那"第27块"就是你看不到的内部轴心。

标准配色

绝大多数魔方遵循的配色是上黄下白、左橙右红、前蓝后绿34。本课统一采用这个配色,且以白色作为底面、黄色作为顶面。

         ┌──┬──┬──┐         │  │黄│  │     ← 顶面(Up)         ├──┼──┼──┤         │  │黄│  │         ├──┼──┼──┤         │  │黄│  │┌──┬──┬──┼──┼──┼──┼──┬──┬──┐│  │绿│  │  │红│  │  │蓝│  │├──┼──┼──┼──┼──┼──┼──┼──┼──┤│  │  │  │  │  │  │  │  │  │     ← 左(L)橙 · 前(F)绿 · 右(R)红 · 后(B)蓝├──┼──┼──┼──┼──┼──┼──┼──┼──┤│  │橙│  │  │白│  │  │  │  │└──┴──┴──┼──┼──┼──┼──┴──┴──┘         │  │白│  │     ← 底面(Down)         ├──┼──┼──┤         │  │白│  │         ├──┼──┼──┤         │  │白│  │         └──┴──┴──┘

不论魔方怎么打乱,记住这个配色关系能帮你判断一块该去哪。

转动记号:魔方的"字母表"

看任何魔方教程都会遇到像 R U R' U' 这种天书。这其实是人类为魔方发明的一种通用语言5,全世界魔友都看得懂。

每个大写字母代表魔方的一个(face),以你正对该面的方向为参照:

字母中文
RRight右面
LLeft左面
UUp顶面
DDown底面
FFront前面
BBack后面

单个字母 = 顺时针转 90°。字母后加 ' = 逆时针转 90°。字母后加 2 = 转 180°(不区分方向)67

        R(右面顺时针)         R'(右面逆时针)      ┌──┬──┬──┐            ┌──┬──┬──┐      │  │  │╲ │            │ ╱│  │  │      ├──┼──┼──┤            ├──┼──┼──┤      │  │  │ ╲│            │╱ │  │  │      ├──┼──┼──┤            ├──┼──┼──┤      │  │  │  │            │  │  │  │      └──┴──┴──┘            └──┴──┴──┘      从右面看向魔方          从右面看向魔方

举例R U R' U' 的意思就是——右面顺时针、顶面顺时针、右面逆时针、顶面逆时针。这是魔方里最著名的手法,叫"性感手法"(sexy move)86

握持姿势(最重要的一条规定)

在整门课中,请始终将白色中心放在底面、黄色中心放在顶面6。这不是必须这样还原(你可以选任何颜色当底),但坚持统一标准能让你每次做公式都不迷失方向。

     黄(顶)  ┌─────────┐  │         │  │  魔方   │  前面是绿色/蓝色  │         │  右面是红色  └─────────┘     白(底)

记住:白底、黄顶——这是你今后做公式的参考系。

跟我做一遍(worked example)

任务:学会 R U R' U' 这个手法,并理解它对应的每个转动。

  1. 拿好魔方,确保白色中心在底部、绿色中心朝向自己。
  2. R —— 将右面(红色面)朝自己方向转 90°(即"右面上提")。
  3. U —— 将顶面(黄色面)向左转 90°(顺时针,从上往下看)。
  4. R' —— 将右面向外转回 90°。
  5. U' —— 将顶面向右转回 90°。

做完一遍 R U R' U',观察魔方发生了什么变化:右前方的那个角块被拧了一下,但其他块几乎没有受到永久影响。这正是"算法"的精髓——用一系列有顺序的转动实现小范围调整,而其他已好的块不受破坏。

多做几次,直到你的手指能自然"记忆"这个动作序列。

换你补全(faded example)

你的魔方白色中心在底、绿色中心朝前。请在心中或纸上补全下面的空白:

原始状态 → 执行 R U R' U' 后___面向上转90° → ___面向左转90° → ___面向下转90° → ___面向右转90°

答案:右面上提(R) → 顶面左转(U) → 右面下压(R') → 顶面右转(U')

小结 + 通向下一节

今天你学会了魔方的三种块(中心块固定位置、棱块有两个颜色、角块有三个颜色)、标准配色关系(黄对白、红对橙、蓝对绿)、六个基本转动记号以及最核心的"白底黄顶"握持姿势。你甚至提前感受了那个无处不在的 R U R' U' 手法。

下一节,你将正式踏上还原之路的第一步——在底面拼出一个颜色正确的白色十字。这个十字是所有后续步骤的根基。

Footnotes

  1. Rubik's Cube Wikipedia — https://en.wikipedia.org/wiki/Rubik%27s_Cube 2

  2. 甘肃省魔方运动协会:三阶魔方还原初级玩法 — http://www.sxmfxh.com/show-238.html

  3. 维基教科书:三阶魔方解法 — https://zh.wikibooks.org/wiki/%E4%B8%89%E9%98%B6%E9%AD%94%E6%96%B9%E8%A7%A3%E6%B3%95 2

  4. 三阶魔方的入门玩法教程 | 魔方学院 (GAN Cube) — https://www.gancube.cn/layer-by-layer-guide-of-gancube/

  5. How to Read Rubik's Cube Notation (LearnCube.org) — https://learncube.org/pages/editorial/rubiks-cube-notation-made-easy.html

  6. ZeroPlay.io: How to Solve a 3x3 Rubik's Cube — https://zeroplay.io/docs/rubik/tutorials 2 3

  7. Speedsolving.com Wiki: NxNxN Notation — https://www.speedsolving.com/wiki/index.php?title=Notation

  8. GAN魔方三阶初级还原教程(层先法) — https://www.gancube.cn/layer-by-layer-guide-of-gancube/

练习

练习 · Level 1(上手)
  • 题目:在真实魔方上完成以下操作序列序列,并观察效果。
    • 序列 A:R U R' U'(连续做 6 遍,看看魔方发生了什么事?)
    • 序列 B:F U F' U'(同样做 6 遍)
  • 做法指引:保持白底黄顶的握持姿势,盯着右前方那个角块,看它每步怎么动。
提示 1

把 R 想象成"右面朝自己倒"(像拉杆),R' 是"右面推出去" -​

提示 2

U 是"顶面向左转"(从上面俯视),U' 是反方向 -​

提示 3

如果还不行,把你握魔方的方式拍下来,对照"白底黄顶"有没有放错

看参考答案

序列 A 做 6 遍回到原状,是因为 R U R' U' 在每个面上是一个 6 阶循环

  • 如果在第 3 遍就没回来——检查是不是把 R' 方向搞反了
自评
练习 · Level 2(进阶)
  • 题目:写出 F R U R' U' F' 的每一步转动,然后在魔方上执行。观察做完后魔方的顶层发生了什么变化?
  • 做法指引:一步一步执行,不要贪快。
提示 1

先不管顶层变成什么样,只要保证每个字母转对了就行 -​

提示 2

如果 F 和 F' 搞混了——F 是前面朝自己倒,F' 是前面朝外推

看参考答案

F R U R' U' F' 是后面第 5 课会用到的顶层十字公式,你现在提前感受一下。

自评