อัลกอริทึมลูกบาศก์ 3x3 ของรูบิคสำหรับผู้เริ่มต้น ลวดลายบนลูกบาศก์รูบิค 3x3

2024 ผู้เขียน: Sierra Becker | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-02-26 06:42

ในปี 1975 ประติมากร Erne Rubik ได้จดสิทธิบัตรสิ่งประดิษฐ์ของเขาที่เรียกว่า "Magic Cube" เป็นเวลากว่า 40 ปี ที่สิทธิ์ทั้งหมดในปริศนานี้เป็นของบริษัทของเพื่อนสนิทของนักประดิษฐ์ - Tom Kroener - ชื่อ Seven Towns Ltd. บริษัทอังกฤษควบคุมการผลิตและจำหน่ายลูกบาศก์ทั่วโลก ในฮังการี เยอรมนี โปรตุเกส และจีน ปริศนาดังกล่าวยังคงชื่อเดิม ในประเทศอื่น ๆ ของเล่นนี้เรียกว่า Rubik's Cube

รูปแบบปริศนา

Rubik's Cube แบบคลาสสิกคือ 3 คูณ 3 สี่เหลี่ยม เมื่อเวลาผ่านไป พวกมันก็มีรูปทรงและขนาดมากมายสำหรับของเล่น ไม่มีใครสามารถเซอร์ไพรส์ใครด้วยปริศนาที่มีรูปร่างเป็นปิรามิดหรือลูกบาศก์ขนาด 17x17 ได้ อย่างไรก็ตาม มนุษยชาติไม่เคยหยุดนิ่ง

เห็นได้ชัดว่าไม่มีรูปแบบการประกอบสำหรับผู้เริ่มต้นลูกบาศก์นี้ กระบวนการประกอบและไขปริศนาอาจใช้เวลาหลายปี เมื่อเร็ว ๆ นี้ ความสนใจในคิวบ์ได้เติบโตขึ้นไม่เพียงแต่ในเอเชียและยุโรปเท่านั้นแต่ยังซึ่งของเล่นดังกล่าวไม่ได้รับความนิยมมากนัก เช่น ในสหรัฐอเมริกา หนึ่งในแฟน ๆ ของ Rubik's Cube ถ่ายทำการประกอบปริศนา 17 คูณ 17 ความยาวรวมของวิดีโอคือ 7.5 ชั่วโมง การถ่ายทำในระหว่างสัปดาห์

ความต้องการที่เพิ่มขึ้นทำให้เกิดอุปทาน บางครั้งโมเดลที่ขายก็น่าทึ่งและไม่ชัดเจนเสมอไปว่าเมื่อประกอบแล้วจะมีลักษณะอย่างไร ทุกประเทศมีของเล่นที่ชื่นชอบมากมาย

speedcubing คืออะไร

แฟนเกมจัดการแข่งขันจริงด้วยความเร็วในการไขปริศนา ลดราคามีปริศนา "ความเร็วสูง" พิเศษ กลไกการหมุนของลูกบาศก์ของรูบิคนั้นมีคุณภาพสูงมาก และการหมุนของใบหน้าและแถวสามารถทำได้ด้วยการเคลื่อนไหวของนิ้วเดียว

World Cube Association (WCA) เป็นองค์กรไม่แสวงหาผลกำไรที่สนับสนุนขบวนการ speedcubing WCA จัดการแข่งขันทั่วโลกเป็นประจำ เกือบทุกประเทศมีตัวแทนขององค์กร ไม่ว่าใครก็สามารถเข้าร่วมกิจกรรม speedcubing ได้ เพียงแค่ลงทะเบียนที่ไซต์งานและปฏิบัติตามมาตรฐานการประกอบ วินัยที่ได้รับความนิยมมากที่สุดในการแข่งขันดังกล่าวคือการประกอบความเร็วของ Rubik's Cube 3x3 มาตรฐานการเข้าร่วมคือ 3 นาที แต่ถึงแม้บุคคลจะไม่สามารถแก้ปัญหาได้ในเวลาที่กำหนด เขาก็ยังได้รับอนุญาตให้เข้าร่วมกิจกรรมได้ คุณสามารถลงทะเบียนสำหรับวินัยใดก็ได้ แต่คุณต้องมาพร้อมกับปริศนาของคุณเอง

บันทึกในการแก้ปริศนาลูกบาศก์รูบิค 3x3 เป็นของ Sub1 หุ่นยนต์ที่สร้างโดยวิศวกรอัลเบิร์ตเบียร์ เครื่องสามารถไขปริศนาเพื่อแชร์ได้วินาที ในขณะที่มนุษย์ใช้เวลา 4.7 วินาที (ความสำเร็จของ Mats Valk ในปี 2016) อย่างที่คุณเห็น ผู้เข้าร่วมในการเคลื่อนไหว speedcubing มีคนให้มองหา

มีอัลกอริธึมอะไรในการแก้ลูกบาศก์รูบิก 3x3?

มีหลายวิธีในการไขปริศนาที่มีชื่อเสียง รูปแบบการประกอบลูกบาศก์ของรูบิก 3x3 รุ่นต่างๆ ได้รับการพัฒนาสำหรับทั้งผู้เริ่มต้นและผู้ใช้ขั้นสูงด้วยรูปแบบที่ซับซ้อน: 4x4, 6x6 และแม้แต่ 17x17

ตัวต่อ 3x3 ตัวต่อถือเป็นเกมคลาสสิกสุดโปรดของแฟน ๆ ส่วนใหญ่ ดังนั้นจึงมีคำแนะนำในการแก้ Rubik's Cube 3x3 มากกว่าวิธีอื่นๆ

ตัวต่อควรเป็นอย่างไร

สามารถประกอบของเล่นตามแบบแผนได้จากตำแหน่งที่เตรียมไว้เท่านั้น หากรูปแบบบนใบหน้าของลูกบาศก์อยู่ไม่ถูกต้อง จะไม่สามารถแก้ปัญหาได้โดยใช้อัลกอริธึมการประกอบลูกบาศก์ของ 3x3 Rubik สำหรับผู้เริ่มต้น มีชุดของตำแหน่งดังกล่าวสำหรับโซลูชันที่แตกต่างกัน

ในรูปคือ "กากบาทสีขาว" หรือแค่ "กากบาท" - จุดเริ่มต้นของวิธีที่ง่ายที่สุดในการแก้ปัญหาลูกบาศก์รูบิค 3x3 แนะนำให้ถอดและพับของเล่นให้ถูกต้อง

การกำหนดแบบแผนและวิธีหมุนลูกบาศก์

ก่อนที่คุณจะเริ่มแยกส่วนสูตรของลูกบาศก์รูบิก 3x3 คุณควรเรียนรู้สัญกรณ์ที่ใช้ในการเร่งความเร็ว การเคลื่อนไหวของตัวต่อทั้งหมดระบุด้วยตัวพิมพ์ใหญ่ การไม่มีเครื่องหมายอะพอสทรอฟีอยู่เหนือสัญลักษณ์หมายความว่าการหมุนตามเข็มนาฬิกาถ้าสัญลักษณ์คือจากนั้นหมุนไปในทิศทางตรงกันข้าม

อักษรตัวแรกของคำภาษาอังกฤษ (หรือรัสเซีย) ที่แสดงถึงการเคลื่อนไหวเป็นที่ยอมรับโดยทั่วไป:

• หน้า - F หรือ Ф - หมุนด้านหน้า;
• back - B หรือ T - การหมุนด้านหลัง
• left - L หรือ L - หมุนแถวซ้าย;
• right - R หรือ R - การหมุนแถวขวา;
• up - U หรือ B - หมุนแถวบนสุด;
• down -D หรือ H - หมุนแถวล่างสุด

นอกจากนี้ยังสามารถใช้พอยน์เตอร์เพื่อเปลี่ยนตำแหน่งของลูกบาศก์ในอวกาศ - การสกัดกั้น ที่นี่เช่นกัน ทุกอย่างเรียบง่าย ตั้งแต่วิชาเรขาคณิตของโรงเรียน ทุกคนรู้จักแกนพิกัด X, Y และ Z การเคลื่อนที่ของ X หมายความว่าลูกบาศก์จะต้องหมุนโดยใบหน้า F ไปยังตำแหน่งของใบหน้า U เมื่อ เปลี่ยน Y - F ควรจะอยู่ที่ L และเมื่อหมุน Z - F จะย้ายไปที่ R

กลุ่มสัญลักษณ์ต่อไปนี้ไม่ค่อยได้ใช้ ใช้สำหรับวาดลวดลาย:

• M - เลี้ยวแถวกลาง ระหว่างขวา (R/R) และซ้าย (L/L);
• S - เลี้ยวแถวกลาง ระหว่างด้านหน้า (F/F) และด้านหลัง (B/T);
• E - เลี้ยวแถวกลาง ระหว่างด้านบน (U/B) และด้านล่าง (D/H)

เก็บลายบนใบหน้าของลูกบาศก์ทำไม

ในการประชุม speedcubing พวกเขาแข่งขันกันไม่เพียงแต่ในการไขปริศนา แต่ยังอยู่ในความสามารถในการสร้างรูปแบบต่างๆ บนลูกบาศก์รูบิก 3x3 พวกเขาทำเช่นนี้เพื่อรวบรวมลูกบาศก์ในตำแหน่งที่ต้องการอย่างรวดเร็วและง่ายดาย

มีรูปแบบมากมายสำหรับการประกอบรูปแบบที่หลากหลาย: "จุด", "หมากรุก", "จุดที่มีหมากรุก","ซิกแซก", "เมสัน", "คิวบ์ในคิวบ์ในคิวบ์" และอื่นๆ อีกมากมาย สำหรับปริศนาคลาสสิกเท่านั้นที่มีมากกว่า 46 ตัว ผู้เชี่ยวชาญ Speedcubing พิจารณาว่าการถอดแยกชิ้นส่วนของเล่นเป็นเรื่องน่าละอาย นอกจากนี้ การทำแพทเทิร์นบนลูกบาศก์รูบิค 3x3 เป็นวิธีที่ยอดเยี่ยมในการฝึกฝนและพัฒนาทักษะของคุณ

รูปภาพแสดงรูปแบบปริศนาต่างๆ ด้านล่างนี้คือสูตรเพิ่มเติมสำหรับการประกอบรูปแบบที่น่าสนใจที่สุดจากตำแหน่งของกากบาท:

• หมากรุก - M²E²S^2;
• ซิกแซก - (PLFT)3;
• four z - (PLFT)³B²N^2;
• ไม้กางเขนของพลัมเมอร์ - TF²N'P²FNT'FN'VF'N'L² FN^2B';
• ลูกบาศก์ในลูกบาศก์ในลูกบาศก์ - V'L²F²N'L'NV^2PV'P'V2^P2^PF'L'VP'.

อัลกอริทึมลูกบาศก์รูบิค 3x3 สำหรับมือใหม่

แม้ว่าจะมีวิธีแก้ปริศนามากมาย แต่รูปแบบที่เรียบง่ายและชัดเจนสำหรับผู้เริ่มต้นนั้นหาได้ไม่ง่ายนัก ในแต่ละขั้นตอนการประกอบที่เสร็จสมบูรณ์ สูตรลูกบาศก์ 3x3 ของ Rubik จะยากขึ้น ไม่เพียงแต่จำเป็นต้องเปลี่ยนรูปแบบให้ถูกต้องเท่านั้น แต่ยังต้องบันทึกสิ่งที่เคยทำมาก่อนด้วย ด้านล่างนี้คือหนึ่งในตัวเลือกสำหรับวิธีแก้ปัญหาลูกบาศก์รูบิค 3x3 อย่างง่ายดาย

ตามปกติ กระบวนการทั้งหมดสามารถแบ่งออกเป็นขั้นตอนต่อไปนี้:

1. ประกอบไม้กางเขนบนยอดลูกบาศก์
2. องค์ประกอบที่ถูกต้องของใบหน้าส่วนบนทั้งหมด
3. ทำงานชั้นกลาง
4. การประกอบซี่โครงแถวสุดท้ายที่ถูกต้อง
5. ประกอบครอสขอบล่าง
6. ทิศทางที่ถูกต้องของมุมของใบหน้าสุดท้ายของลูกบาศก์

ไขปริศนา - งานเตรียมการ

ขั้นตอนแรกง่ายที่สุด ผู้เริ่มต้นสามารถลองใช้มือและฝึกสร้างรูปแบบลูกบาศก์ตามคำแนะนำที่ให้ไว้ แต่กระบวนการนี้จะใช้เวลานาน

ต้องเลือกหน้าบนและสีที่จะเก็บก่อน อัลกอริทึมการประกอบลูกบาศก์ของ 3x3 Rubik สำหรับผู้เริ่มต้นได้รับการพัฒนาจากตำแหน่ง "กากบาท" ทำได้ไม่ยาก คุณต้องเลือกสีตรงกลาง หาองค์ประกอบขอบ 4 ชิ้นที่มีเฉดสีเดียวกัน แล้วยกขึ้นไปยังใบหน้าที่เลือก ลูกศรสีในภาพแสดงถึงส่วนที่ต้องการ ตัวเลือกสำหรับตำแหน่งขององค์ประกอบที่ต้องการอาจแตกต่างกันขึ้นอยู่กับสิ่งนี้มีการอธิบาย 2 ลำดับของการกระทำ A และ B ความยากอยู่ที่การข้ามต่อไปตามด้านข้างของลูกบาศก์ คุณสามารถดูรูปแบบสุดท้ายของเวทีในภาพที่โพสต์ด้านบนอย่างใกล้ชิด

ไขปริศนา - ทำงานแถวกลาง

ในระยะนี้ของลูกบาศก์รูบิค 3x3 สำหรับผู้เริ่มต้น คุณต้องค้นหาและประกอบองค์ประกอบมุมของใบหน้าส่วนบน ผลลัพธ์สุดท้ายควรเป็นคำตอบที่สมบูรณ์ของหน้าไขว้และแถวบนสุดของปริศนา

รูปภาพแสดงรูปแบบด้านที่เป็นไปได้สามรูปแบบ เลือกหนึ่งในวิธี A, B หรือ C คุณต้องรวบรวมทั้ง 4 มุมของลูกบาศก์ ความทรงจำอัลกอริธึมการหมุนและการฝึกฝนทักษะและความเชี่ยวชาญของการประกอบตัวต่อ การพิจารณาสูตรและจินตนาการกระบวนการนั้นไม่มีประโยชน์ ง่ายกว่ามากที่จะใช้ลูกบาศก์และลองใช้วิธีการทั้งหมดในทางปฏิบัติ

ขั้นตอนที่สามดูเหมือนง่าย แต่เป็นเพียงรูปลักษณ์ เพื่อแก้ปัญหานี้ ได้อธิบายรูปแบบสองสถานการณ์ และดังนั้น จึงรวบรวมสูตรการหมุนสองสูตร เมื่อใช้พวกเขาควรจดจำผลลัพธ์ที่ได้ไว้ก่อนหน้านี้ ผู้เชี่ยวชาญจะเก็บความทรงจำไว้ตลอด 3-4 รอบสุดท้าย เพื่อที่ว่าในกรณีที่เกิดความล้มเหลว ให้นำลูกบาศก์กลับสู่สถานะเดิม

ในการไขปริศนา คุณต้องหมุนมันตามแกนพิกัดเพื่อค้นหาองค์ประกอบที่จำเป็นและทำงานกับพวกมัน การเคลื่อนไหวดังกล่าวไม่ค่อยปรากฏในสูตร เฉพาะในกรณีพิเศษเท่านั้น ขอแนะนำให้เริ่มประกอบขอบหน้าจากองค์ประกอบของแถวล่าง หลังจากการหมุนดังกล่าว ลูกบาศก์ที่จำเป็นทั้งหมดจะลงมาจากแถวกลางไปยังแถวล่าง

ไขปริศนา - ไขปริศนาตัวที่สอง

ขั้นที่สี่ ของเล่นกลับหัว การแก้ปัญหาหน้าสุดท้ายเป็นส่วนที่ยากที่สุดของอัลกอริทึมลูกบาศก์ 3x3 Rubik สำหรับผู้เริ่มต้น สูตรการหมุนมีความยาวและซับซ้อน และการดำเนินการดังกล่าวจะต้องได้รับการดูแลเป็นพิเศษ จุดประสงค์ของการกระทำคือการวางองค์ประกอบซี่โครงไว้ในตำแหน่งเพื่อวาดไม้กางเขนต่อไป การวางแนวของส่วนซี่โครงอาจไม่ถูกต้อง สูตรการเคลื่อนที่ของลูกบาศก์มีเพียงอันเดียวและควรใช้จนกว่าจะถึงเป้าหมายของสเตจ

การหมุนของด่านที่ห้ามีวัตถุประสงค์เพื่อหมุนองค์ประกอบไปทางด้านขวา ลักษณะเฉพาะของมันอยู่ที่การใช้สูตรการหมุนเดียวกันสำหรับรูปแบบทั้งสามในรูป ความแตกต่างเพียงอย่างเดียวคือในการวางแนวของลูกบาศก์เอง

สูตรการเคลื่อนที่ขั้นที่ 5 มีดังนี้

• (PS_N)⁴ V (PS_N) ^{4 B' – ตัวเลือก “A”;}
• (PS_N)⁴ B' (PS_N) ^{4 C - ตัวเลือก "B";}
• (ปล._N)⁴ B² (ปล._N)⁴ B^{2 – ตัวเลือก B}

С_{Н คือการหมุนของแถวกลางตามเข็มนาฬิกา และเลขชี้กำลังเหนือวงเล็บคือจำนวนการดำเนินการซ้ำในวงเล็บ}

ไขปริศนา - สปินสุดท้าย

ในขั้นตอนที่หกเช่นเดียวกับที่สี่ ลูกบาศก์ที่จำเป็นจะถูกวางในตำแหน่งของพวกเขาโดยไม่คำนึงถึงทิศทางของพวกเขา ควรหมุนตัวต่อเพื่อให้องค์ประกอบที่อยู่ในตำแหน่งที่ถูกต้องอยู่ที่มุมซ้ายสุดที่ด้านบนของลูกบาศก์ ตัวเลือกที่เสนอให้แก้สูตรสะท้อนซึ่งกันและกัน จำเป็นต้องหมุนซ้ำจนกว่าจะได้ผลลัพธ์ที่ต้องการ

ขั้นที่เจ็ดเคร่งขรึมและยากที่สุด เมื่อหมุนลูกบาศก์ การละเมิดในแถวที่ประกอบแล้วจะหลีกเลี่ยงไม่ได้ จะต้องจดจ่ออยู่กับการเคลื่อนไหวอย่างเต็มที่ ไม่เช่นนั้น ผลลัพธ์ของการประกอบอาจเสียหายอย่างแก้ไขไม่ได้ เช่นเดียวกับในระยะที่ 5 มีการเคลื่อนไหวเพียงลำดับเดียว แต่ทำซ้ำ 4 ครั้ง ขั้นแรก การหมุนจะดำเนินการเพื่อปรับทิศทางองค์ประกอบ จากนั้นจึงหมุนย้อนกลับเพื่อกู้คืนแถวที่เสียหาย

หนึ่งไม่ควรลืมเกี่ยวกับการบันทึกการเคลื่อนไหวโดยใช้ตัวอักษรของตัวอักษรภาษาอังกฤษ สูตรการเคลื่อนที่ของใบหน้าและแถวของลูกบาศก์ในระยะนี้มีดังนี้

• (RF'R'F)² U (RF'R'F)^{2 – ตัวเลือก "a";}
• (RF'R'F)² U' (RF'R'F)^{2– ตัวเลือก "b";}
• (RF'R'F)² U² (RF'R'F)^{2– ตัวเลือก "ใน"}

B - หมุนหน้าส่วนบน 90 องศา B' - หมุนหน้าเดิมทวนเข็มนาฬิกา และ B2 - หมุนสองครั้ง

ความซับซ้อนของพื้นที่งานอยู่ในการประเมินตำแหน่งขององค์ประกอบที่ถูกต้องและการเลือกตัวเลือกการหมุนที่ต้องการ อาจเป็นเรื่องยากสำหรับผู้เริ่มต้นที่จะระบุรูปแบบได้อย่างถูกต้องทันทีและจับคู่กับสูตรที่ถูกต้อง

รูบิคกับลูกๆ

ปริศนาหากินไม่เฉพาะสำหรับผู้ใหญ่เท่านั้นแต่สำหรับเด็กด้วย วัยรุ่นกลายเป็นเจ้าของสถิติโลกในการไขลูกบาศก์รูบิค ในปี 2015 Colin Burns ซึ่งตอนนั้นอายุเพียง 15 ปี ประกอบของเล่นภายใน 5.2 วินาที

ของเล่นที่เรียบง่ายแต่สนุกที่ยังคงดึงดูดใจคนรุ่นใหม่อย่างต่อเนื่องมานานกว่า 5 ทศวรรษ งานอดิเรกของเด็ก ๆ มักจะพัฒนาเป็นอาชีพ มีวิธีการทางคณิตศาสตร์ในการประเมินการแก้ปัญหาลูกบาศก์ของรูบิก คณิตศาสตร์สาขานี้ใช้สำหรับการวาดและเขียนอัลกอริธึมโซลูชันสำหรับคอมพิวเตอร์อัตโนมัติ หุ่นยนต์ที่มองหาวิธีแก้ลูกบาศก์จริงๆ และไม่ทำตามอัลกอริธึมการเคลื่อนที่ล่วงหน้า ไขปริศนาใน 3 วินาที เช่น CubeStormer 3.