Кубик Рубика
Собранный кубик Рубика
Оригинальная упаковка венгерского кубика Рубика, 1982 год
5×5×5
«Кубик Рубика» (разговорный вариант Кубик-Рубик; первоначально был известен как «Магический кубик», венг. Bűvös kocka) — механическая головоломка, изобретённая в 1974 году (и запатентованная в 1975) венгерским скульптором и преподавателем архитектуры Эрнё Рубиком.
Головоломка представляет собой пластмассовый куб (форм-фактор в первоначальном варианте 3x3x3), составленный из 26 кубиков меньшего размера, способных вращаться вокруг невидимых снаружи осей. Каждый из девяти квадратов на каждой стороне кубика окрашен в один из шести цветов, как правило расположенных парами друг напротив друга: белый-жёлтый, синий-зелёный, красный-оранжевый, образуя 54 цветных квадрата. Повороты сторон кубика позволяют переупорядочить цветные квадраты множеством различных способов. Задача игрока заключается в том, чтобы, поворачивая стороны куба, вернуть его в такое состояние, когда каждая грань состоит из квадратов одного цвета («собрать кубик Рубика»).
История
Считается, что кубик Рубика — лидер среди игрушек по общему количеству продаж: по всему миру было продано порядка 350 млн кубиков Рубика, как оригинальных, так и различных аналогов. Если их поставить в ряд, то они протянутся почти от полюса до полюсаЗемли.
Существуют компьютерные игры, моделирующие «Магический кубик», но они не получили, по сравнению с оригинальной механической головоломкой, широкого распространения.
Сегодня права на кубик Рубика и другие головоломки Эрнё Рубика принадлежат английской компании Seven Towns Ltd., которой вот уже 40 лет владеет близкий друг Эрнё Рубика — Том Кремер. Под контролем англичан кубик Рубика производится и продаётся во всем мире. В последнее время наметился рост продаж головоломки — в Европе и США начинается новая волна увлечения кубиком Рубика.
Устройство кубика
Название «Кубик Рубика» принято в большинстве языков мира, за исключением венгерского, немецкого, португальского и китайского, где распространённым осталось его первоначальное наименование («Магический куб», венг. Bűvös kocka; нем. Zauberwürfel; порт.Cubo Mágico; кит. 魔方 мофан), а также в иврите, где его называют «венгерским кубиком» (קובייה הונגרית).
Механизм
Разобранный на части кубик Рубика
Из центральных и рёберных кубиков с внутренней стороны вырезан фрагмент таким образом, что получается полость в виде объединения трёх цилиндров. Помимо этого, на рёберных и угловых кубиках имеются выступы особой формы. Эти выступы образуют фрагмент цилиндра, плотно входящий в полость. Благодаря такой конструкции, грани кубика свободно крутятся.
В центре конструкции вместо «невидимого кубика» находится трёхмерная крестовина, на которой свободно вращаются центральные кубики. Все остальные кубики держатся друг за друга, входя выступами в вышеуказанную выемку.
Ориентировочные безмасштабные чертежи
Центральный кубик
Рёберный кубик
Угловой кубик
В СССР в журнале «Юный техник» № 7 за 1982 год были опубликованы чертежи для самостоятельного изготовления кубика. Они отличались от известной нам конструкции и были специально рассчитаны на компоненты из дерева. В этих чертежах пазы преобладали над выступами. Однако тому, кто захотел бы собрать такой кубик, пришлось бы: запастись 27 одинаковыми кубиками из (обязательно) бука или липы, латунными кольцами, воском для смазывания граней. А инструкция заканчивалась словами «Если с первого раза не получилось — попробуйте еще».
Комбинаторика
Поворот одной из граней кубика Рубика
Число всех достижимых различных состояний кубика Рубика равно (8! × 38−1) × (12! × 212−1)/2 = 43 252 003 274 489 856 000. Это число не учитывает то, что ориентация центральных квадратов может быть разной. С учётом ориентации центральных квадратов количество состояний возрастает в 46/2=2048 раз, а именно до 88 580 102 706 155 225 088 000 состояний. Однако при сборке кубика обычно не учитывают ориентацию центральных квадратов, поскольку на большинстве кубиков нет обозначений, которые позволяли бы её отследить.
Нахождение оптимального решения
Алгоритм, собирающий кубик Рубика за минимальное число ходов, традиционно называется «алгоритмом Бога». Максимальное возможное число ходов, которое такой алгоритм может сделать, называется «числом Бога». Долгое время о числе Бога были известны только нижние и верхние оценки. Однако, последний анонсированный (хотя и не проверенный) результат утверждает, что число Бога равно 20.[4] Простого описания «алгоритма Бога» при этом по-прежнему не найдено, оптимальная сборка кубика осуществляется с помощью трудоёмких вычислений.
Нижние оценки
Известны конфигурации, требующие для сборки не менее 20 ходов, что является наибольшей известной нижней границей для числа Бога. Предположительно эта граница точна, и число Бога в точности равно 20.
Нахождение верхних оценок для числа Бога имеет богатую историю.
Доказательство верхней границы в 26 ходов было сделано исследователями Дэниелем Канклом и Джином Куперманом (Kunkle and Cooperman).
С помощью больших по объёму расчётов на компьютере (7,8 ядро-лет) математик Томас Рокицки (Tom Rokicki) доказал, что из любой начальной конфигурации кубик можно собрать не более чем за 23 хода , улучшив тем самым своё же прежнее достижение в 25 ходов. Для доказательства достаточности 23 ходов использовалось свободное машинное время компьютерного кластера, который использовался для создания фильмов «Человек-паук 3» и «Лови волну!» Впоследствии Томас Рокицки доказал достаточность 22 ходов для сборки.
Наконец в августе 2010 года группа под руководством профессора Морли Дэвидсона сообщила, что, используя свободное от обработки поисковых запросов машинное время одного из суперкомпьютеров Google Inc., им удалось доказать, что из любого положения кубик Рубика можно собрать не более, чем за 20 ходов. Однако этот результат пока еще не проверен.
Скоростная сборка
Мегаминкс
Варианты Кубика Рубика
Пирамидка
Нынешний рекорд скоростной сборки кубика был установлен 29 января 2011 на соревнованиях в Мельбурне Феликсом Земдегсом (Felix Zemdegs): 6,65 секунд Предыдущие рекорды в 7,08 и 8,72 секунд принадлежали соответственно голландцу Эрику Аккерсдайку и японцу Ю. Накадзиме.
Чемпионом мира 2009 года стал Брендан Волланс из Великобритании, показавший в финале чемпионата среднее время 10,74 секунды.
Необычное решение головоломки продемонстрировал Ансси Ванхала из Финляндии: он собрал кубик ногами за 36,72 секунды.
На данный момент одним из самых популярных методов скоростной сборки является метод Джессики Фридрих
Люди, увлекающиеся скоростной сборкой кубика Рубика, называются спидкуберами. А сама скоростная сборка — спидкубинг (от англ. speedcubing)
Соревнования в России
8 марта 2009 года прошел первый оффициальный чемпионат России, победителем стал Антон Ростовиков. 24-25 апреля 2010 года в Москве прошёл второй официальный открытый чемпионат России, в котором приняли участие около 60 человек в дисциплинах от 2×2 до 7×7, так же сборка кубика Рубика вслепую. Чемпионом в дисциплине 3х3 стал Сергей Рябко со средним результатом в финале 13,35 секунды.
Чемпионат Европы 2010
С 1 по 3 октября 2010 года в Будапеште прошёл чемпионат Европы, собравший участников, соревновавшихся в различных дисциплинах. Чемпионом Европы в сборке классического кубика 3×3×3 стал российский спидкубер — Сергей Рябко, опередивший в финале в том числе бывшего рекордсмена Эрика Аккерсдейка, со средним временем в финале 10,31 секунд.
Варианты
Помимо традиционного 6-цветного исполнения кубика 3×3×3 встречаются 2×2×2, 4×4×4, 5×5×5; кубики с изображениями на гранях; «гибриды» полученные объединением нескольких кубиков, варианты с тетраэдрами, закруглёнными углами. Куб со стороной 4 часто называют мастер-кубом или «местью Рубика». Так же известна аналогичная «Пирамидка» (в СССР известна как «Молдавская пирамидка» и «Японский тетраэдр») с четырьмя сторонами (и, соответственно, цветами).
Спустя почти 30 лет после своего гениального изобретения — кубика, знаменитый профессор Эрно Рубик создал новую головоломку — шар Рубика, демонстрация которого состоялась на выставке в Германии в феврале 2009 года
Одной из последних модификаций кубика Рубика является Зеркальный Кубик Рубика, с размером массива 3×3×3, как и в оригинальной версии головоломки, однако, выполненный с зеркальными гранями, на каждой из которых квадраты разных размеров. Собирать такой куб сложнее ввиду его объёмности — разобранный куб выглядит нагромождением параллелепипедов различных размеров. Однако, он подчиняется схемам сборки классического куба 3×3×3, стоит лишь абстрагироваться от форм составных элементов.
Также существуют кубики 2х2х2 двуцветные, для малышей. Это головоломка познакомит их с такой вещью, как кубик Рубика. На данный момент самым большим не виртуальным является кубик рубика 11х11х11. Также предпринимались единичные попытки изготовления таких размеров как 12x12x12 и даже 17x17x17 некоторыми мастерами и изобретателями головоломок.
Программы
Головоломки, подобные кубику Рубика, могут быть смоделированы на компьютере: от простых 3х3 до очень сложных вариантов (100×100×100 или 1,000×1,000×1,000 кубиков), до сверхвозможных (в физическом мире) — 4-, 5-, и даже 7- мерные аналоги.
(из материалов википедии)
