三阶魔方

魔方原状
转动魔方
三阶魔方是3×3×3的立方体结构的魔术方块，为魔术方块系列中最经典也是最早提出的，由匈牙利建筑学教授暨雕塑家鲁比克·艾尔内于1974年发明，最初的名称叫Magic Cube，1980年Ideal Toys公司于贩售此玩具，并将名称改为Rubik's Cube。

**发展历史**

**第一个魔方**
鲁比克·厄尔诺是匈牙利的建筑学和雕塑学教授，为了帮助学生们认识空间立方体的组成和结构，所以他自己动手做出了第一个魔方的雏形来，其灵感是来自于多瑙河中的沙砾。
1974年，鲁比克教授发明了第一个魔术方块（当时称作Magic Cube），并在1975年获得匈牙利专利号HU170062，但没有申请国际专利。第一批魔术方块于1977年在布达佩斯的玩具店贩售。与Nichols的魔方不同，鲁比克教授的零件是像卡榫一般互相咬合在一起，不容易因为外力而分开，而且可以以任何材质制作。
1979年九月，Ideal Toys公司将魔术方块带至全世界，并于1980年一、二月在伦敦、巴黎和美国的国际玩具博览会亮相。
展出之后，Ideal Toys公司将魔术方块的名称改为Rubik's Cube，1980年五月，第一批魔术方块在匈牙利出口。

**流行**
魔方广为大众喜爱是在1980年代。从1980年到1982年，总共售出了将近200万个魔方。1981年，一个来自英国的小男孩，派翠克·波塞特（Patrick Bossert）写了一本名叫《你也能够复原魔方》（ISBN 978-0-14-031483-0）的书，总共售出了将近150万本。据估计，1980年代中期，全世界有五分之一的人在玩魔术方块。

**还原比赛**
根据金氏世界纪录第一场魔方比赛于1981年3月13日，第一名是慕尼黑出生的Jury Froeschl，花了38秒。
第一个国际性的比赛于1982年6月5日在布达佩斯举行，当时的比赛项目只有速解魔术方块，第一名是Minh Thai，花了22.95秒，之后又逐渐增加了其他比赛规则。
 2003年起，世界魔术方块协会开始定期举办比赛，并记录了1982年和2003年之后正式比赛的最佳成绩。
 2004年，WCA使用较精准的Stackmat计时器来计时，增加比赛的准确性。
 2007年，法国的Thibaut Jacquinot以9.86秒的成绩成为首个在10秒内复原魔术方块的人。
 2013年，荷兰的Mats Valk以5.55秒的成绩成为当时最快复原魔术方块的人。
 2015年，美国高中生Collin Burns以5.253秒的成绩成为当时最快复原魔术方块的人。
 2015年11月，美国的Lucas Etter以4.904秒的成绩成为目前最快复原魔术方块，且为首位在5秒内复原魔术方块的的人。
 2016年，澳洲的菲利克斯·曾姆丹格斯以4.73秒记录成为当时最快复原魔术方块的人。
 2018年，澳洲的菲利克斯·曾姆丹格斯再次以4.22秒的成绩，并且没有跳步骤，亦能sub-5的成绩成为当时最快复原魔术方块的人。
 2018年，中国的杜宇生以3.47秒的成绩成为当时最快复原魔术方块的人。
 2023年，美国的马克斯·朴以3.134秒的成绩成为当时最快复原魔术方块的人。
 2024年，中国的王艺恒以3.08秒的成绩成为当时最快复原魔方的人。
 2025年，中国的耿暄一以3.05秒的成绩成为目前最快复原魔方的人，领先前记录0.03s


**机械结构**
三阶魔方由1个中心轴/核心球、6个中心块、12个边块及8个角块构成，当它们组合在一起的时候每个零件会互相牵制不会散开，并且任何一面都可水平转动而不影响到其他方块。三阶魔方的结构不只一种，例如空心魔方。中国的一些魔方玩家，尝试对三阶魔方结构进行修改，形成适合竞速的魔方，这些修改包括对摩擦面接触方式、尺寸、重量、材质、颜色、边角处理、弹簧弹力等等的修改，这些修改都很成功，并且受到了世界魔方顶尖选手的青睐。不过这些魔方在中国以外的地区，依然会面对三阶魔方结构专利权的问题。以下是一般魔方的结构。

**中心块**
中心块
中心块与中心轴连接在一起，但可以顺着轴的方向自由地转动。
中心块的表面为正方形，结构略呈长方体，但长方体内侧并非平面，另外中心还有一个圆柱体连接至中心轴。
从侧面看，中心块的内侧会有一个圆弧状的凹槽，组合后，中心块和边块上的凹槽可组成一个圆形。旋转时，边块和角块会沿着凹槽滑动。

**边块**
边块
边块的表面是两个正方形，结构类似一个长方体从立方体的一个边凸出来，这样的结构可以让边块嵌在两个中心块之间。
长方体表面上的弧度与中心块上的弧度相同，可以沿着滑动。立方体的内侧有缺角，组合后，中心块和边块上的凹槽可组成一个圆形。旋转时，边块和角块会沿着凹槽滑动。另外，这个缺角还被用来固定角块。

**角块**
角块
角块的表面是三个正方形，结构类似一个小立方体从立方体的一个边凸出来，这样的结构可以让角块嵌在三个边块之间。
与边块相同，小立方体的表面一样有弧度，可以让角块沿着凹槽旋转。

**变化数**
三阶魔方的总变化数是：
 
三阶魔方总变化数可利用乘法原理计算，具体方法是：- 8个角块可以互换位置（8!），也可以旋转（3），但不能单独翻转一个角块，所以总共有8!×38/3种变化状态。- 12个边块可以互换位置（12!），也可以翻转（2），但不能单独翻转一个边块（也就是将其两个面对调），也不能单独交换两边块的位置，所以总共有12!×212/（2×2）种变化状态。
也就是说，拆散魔术方块再随意组合,有11/12的机率无法恢复原状。（角块或边块被单独翻转）
对于一个拆散又再随意组合的魔术方块，总变化数则是：
 
某些魔方在各个面的图案具有方向性，考虑到6个中心块各有4种朝向，但不能仅仅将一个中心块旋转90度，这时总变化数目还要再乘以46/2。此时结果为：
 

**变体**
三阶魔方也有许多变体，通常是指结构与三阶魔方相同但外型不同的魔术方块，例如粽子魔方，或外型类似但结构不同，例如空心魔方。特别地，三阶魔方的许多变体是由魔术方块爱好者改装而来。

**粽子魔方**
粽子魔方，也称魔棕，是一种在三阶魔方基础之上变化而来的异形魔方。虽然外形看起来像是金字塔魔方，但两者的解法大相径庭。魔棕的解法与三阶魔方十分类似，只是由于其形状特殊而稍有不同。

**空心魔方**
空心魔方由日本的冈本胜彦发明，一般以三阶为主，结构与三阶魔方不同。由于没有中心块，所以复原比三阶的难。

**数独魔方**
数独魔方是三阶魔方的另一种变体，其将九个数字贴在三阶魔方表面上，游戏规则类似数独，要让每个面上出现的数字不重复。数独方块于2006年由Jay Horowitz 在俄亥俄州发明。

**Latch Cube**
Latch Cube是三阶魔方的另一种变体，外型为三阶魔方，但是每面上接贴有顺时针或逆时针的方向箭头，其结构类似于三阶魔方，但内设有特殊卡榫，转动时只能依面上贴的方向进行转动。Latch Cube为著名魔方爱好者Katsuhiko Okamoto发明。

**费雪魔方**
费雪魔方是三阶魔方的另一种变体，又称风火轮魔术方块，是将一颗正常的三阶魔方，水平旋转45度，并且切下魔术方块的4条棱，并贴到原本的中心块上形成一个外观类似三阶魔方，但顶面和底面是斜线交叉的另一种魔方，由东尼·费雪于1980设计。

**还原方法**
魔方的还原方法有很多种，以下是其中几种常见的方法。

**层先法(Layer By Layer，缩写为LBL)**
这类解法分为以下几个步骤：1=参见 三阶魔方还原教程（层先法）——碧海风云

**角先法(Corner First)**
角先方法是先将魔方的八个角归位定色，然后再填补棱色，最后完成复原。

**棱先法**
棱先方法是先将棱块归位定色，然后填补底层和上层的角块的方法。

**Fridrich Method**
Fridrich Method(简称CFOP)其实是层先的变种，但是由于其归纳出了可能出现的各种情况，所以在记忆量上面要增大许多倍（119个公式），但同时也能有效的增加速度。其步骤分为以下几个：- 将底层转出一个符合色块分布的十字 （Cross） 0个公式- 同时将底层角块和相对应棱块归位 （F2L，First 2 Layers） 41个公式- 最上层利用公式将颜色统一 （OLL，Orientation of Last Layer）57个公式- 将最上层侧面的颜色统一 （PLL，Permutation of Last Layer）21个公式

**桥式解法(Roux Method)**
 先在两个侧面下方各形成正确的2X3两块,- 使顶面的四个角块归位- 调整中间四个棱块和侧面两个棱块的朝向- 左右侧面顶部的棱块归位- 中间棱块和中心块归位

**记录转动的方法**
U的转法，即顺时钟转动上层
为了记录下复原、转乱的过程或公式的步骤，会用“辛马斯特标记”（Singmaster notation）来书写（由大卫·辛马斯特发明）。书写方式如下：- R(Right)、L(Left)、U(Up)、D(Down)、F(Front)、B(Back)分别代表右、左、上、下、前、后层。- 若是顺时针旋转，则直接写上符号；若是逆时针旋转，则在符号后加上「'」或是「i」；若是旋转180°，则在符号后加上「2」或是「²」。
若要更加详细纪录整个过程，还会使用以下符号：- x、y、z分别代表将整个魔术方块做R、U、F，因为在速解魔术方块的时候，并不会总是将一个面朝向自己。- r、l、u、d、f、b分别代表右、左、上、下、前、后两层，代表连中间层一起转。- M(Middle)、E(Equator)、S(Side)代表旋转中间层，相当于Rr'、Uu'、Bb'（注意x,y,z和M,E,S对应的方向不一样）。

**魔方还原世界纪录**
截至2024年7月13日的世界纪录：