三阶魔方

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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。

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- 1980年，魔术方块套装，在匈牙利Ideal Toys公司制造的玩具。

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- 魔术方块的色块

### 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

根据吉尼斯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

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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

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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

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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：

$$\frac{8! \times 3^8 \times 12! \times 2^{12}}{2 \times 2 \times 3} = 43,252,003,274,489,856,000 \approx 4.33 \times 10^{19}$$

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的几率无法恢复原状。（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：

$${8! \times 3^8 \times 12! \times 2^{12}} = 519,024,039,293,878,272,000 \approx 5.19 \times 10^{20}$$

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：

$$\frac{8! \times 3^8 \times 12! \times 2^{12}}{2 \times 2 \times 3} \times \frac{4^6}{2} = 88,580,102,706,155,225,088,000 \approx 8.86 \times 10^{22}$$

## 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。

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- 粽子魔方

### 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。

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- 空心魔方

### 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。

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- 数独魔方

### 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为著名魔方爱好者冈本胜彦发明。

### 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 (益智游戏设计师)于1980设计。

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- Fisher's Cube

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- 转动中的费雪魔方

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- 转乱的费雪魔方

## 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：

第一阶段｜第二阶段｜第三阶段｜第四阶段｜第五阶段｜第六阶段

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对顶层十字，还原顶层棱块。｜还原顶层角块。｜还原中层棱块。｜对底层十字，还原底层棱块。｜翻转底层角块，对齐底层颜色。（为便于理解，此处将魔方翻转过来。)｜调整底层角块位置，还原完成。

### 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

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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2026年1月16日的世界纪录：

项目｜纪录｜保持者｜国籍｜比赛

竞速（单次）｜3.05秒｜Xuanyi Geng (耿暄一)｜中国｜Shenyang Spring 2025

竞速（平均）｜3.84秒｜Xuanyi Geng (耿暄一)｜中国｜Beijing Winter 2026

盲解（单次）｜11.67秒｜Charlie Eggins｜澳洲｜Cubing at The Cube 2026

盲解（平均）｜14.05秒｜Tommy Cherry｜美国｜WCA European Championship 2024

Charlie Eggins｜澳洲｜Cubing at The Cube 2026

单手解（单次）｜5.66秒｜Dhruva Sai Meruva｜瑞士｜Swiss Nationals 2024

单手解（平均）｜7.72秒｜Luke Garrett｜美国｜Chicagoland Newcomers 2025

最少步数 (单次)｜16步｜Aedan Bryant｜美国｜Ashfield Summer Challenge 2024

最少步数 (平均)｜19.67步｜Radomił Baran｜波兰｜5BLD Masters Opole 2025

脚解（单次）｜16.96秒｜Daniel Rose-Levine｜美国｜Heartland Champs 2018

脚解（平均）｜22.22秒｜Daniel Rose-Levine｜美国｜WCA Euro 2018

多颗盲解｜58分23秒复原65个中的63个｜Graham Siggins｜美国｜Please Be Quiet Reno 2025