魔方還原步數

魔方還原步數

Rubik's Cube的中文名叫魔方,是匈牙利的Rubik教授在1974年發明的智力玩具。多年來,玩具愛好者一直探求魔方的最少的還原步數,2010年有科學研究魔方終極還原最少步數為20。

背景

魔方還原步數魔方還原步數

魔方作為一個經典的玩具,從1974年誕生到現在為止已經風靡全球。這種玩具的最大魅力就在於將每一面的顏色打亂之後,可以形成數目驚人的顏色組合,一個3×3×3魔方最多可以形成的組合數在理論上超過4325億億種。
魔方也逐漸成為了數學家們的研究項目,最少需要多少次轉動可以確保無論什麼樣的顏色組合都能被復原?這成為了一些數學家求證的難題,而最終答案也被稱為“神的步數”(God's number)。

還原步數

早在1981年的時候,“神的步數”被證明為52,在1995年降低至29,之後的每次突破都很艱難。

2007年兩位東北大學學生用了一點手上的空閒時間證明任何結構的魔方都能在26步內還原。

魔方還原步數魔方還原

在史丹福大學受過訓練的數學家Tomas Rokicki更勝一籌,他證明沒有一種結構的魔方需要26步才能還原,因此他將還原最少步驟降至25步。爾後他宣布任意結構的魔方都可以在23步內解決。他之前進行運算的工作站為8G記憶體和1.6GHz Q6600 CPU,現在已經升級為一台超級計算機,索尼圖形圖像運作公司(Sony Pictures Imageworks)提供給他使用(當然是在電影製作空閒時間內)。在這個曾經製作了《蜘蛛俠3》和《衝浪企鵝》的工作室的幫助下,新的計算結果暗示任意結構的魔方可能的解決步數是21、22或23步。
2010年8月有研究小組宣布,“神的步數”研究已經有了新的進展,目前這個數字被定格到20。也就是說,無論什麼樣組合的三階魔方,都可以在20步以內進行還原。這個數字是使用了由Google捐贈的閒置CPU資源進行計算的,總的CPU時間約為35年。
研究者們將4325億億種初始組合狀態分為了2,217,093,120組,然後再利用對稱性集合覆蓋將總狀態縮小至55,882,296組,在計算機上運行的解魔方算法可以在20秒內還原一組,最後完成整個工程大約耗費了35年的CPU時間。
不過這對於普通玩家來說,20步還原一個三階魔方應該還是一件很困難的事情。

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