Техника сборки кубика Рубика: пошаговая инструкция

Рассматривая модель кубика с точки зрения теории комбинаций, математики посчитали общее число состояний, в которых может находиться головоломка с 54 квадратами 6-ти цветов.

Эта величина определяется как:

2**27 х 3**14 х 5**3 х 7**2 х 11, где ** – обозначение математической операции возведения в степень.

Приблизительное значение этого числа: 4,325 х 10 в 19-й степени или 43,2 квинтиллиона. Для такого числа вариантов невозможно предложить однозначный алгоритм кратчайшего приведения к собранному виду.

Процесс вращения частей кубика с целью расположить квадраты каждого цвета по своим граням, часто называют сборкой или решением. Придуманы десятки последовательностей для перехода из любого исходного состояния в упорядоченное. Весь набор приемов можно разделить на два подхода: аналитический и на скорость.

Ученым и интеллектуалам интереснее оптимизировать решение, выполнив его за минимальное число шагов. Сложными математическими построениями еще в 2010 году доказали, что для этого нужно не больше 20 вращений из любого стартового состояния. Однако задача того, как найти этот кратчайший путь – по сложности не уступает такому признанному путешествию ума, как шахматы.

Другой способ собирать кубик Рубика не требует глубины анализа и выполняется цепочкой простейших действий, выраженных инструкциями (алгоритмом). Хотя сборка этим методом займет намного больше шагов, чем идеальные 20, зато не потребует напряжения ума. Проводятся даже особые соревнования по скоростной сборке кубика на время – спидкубингу.

Участникам состязания выдают 5 кубиков, перемешанных методом случайной выборки (используется компьютерная программа). У всех игроков эти стартовые наборы одинаковые. Учитывается среднее время по трем попыткам (кроме лучшей и худшей) без подсчета поворотов граней в каждой сборке. Рекорд для классического куба 3 х 3 х 3 составляет 3,47 секунды.

Чтобы развить такую скорость, спидкуберы (люди, которые занимаются решением кубика на скорость) используют последовательности вращений, объединенные в набор элементарных приемов – алгоритм.

Описывать, а тем более запоминать такие цепочки в виде разноцветных схем очень неудобно. Поэтому придумали системы обозначений буквенно-цифровой записи.

Традиционный кубик Рубика 3 х 3 х 3 имеет следующие элементы:

• Центры кубика Рубика. Средний квадрат каждого цвета, задающий всю грань. Их 6 штук – синий, красный, зеленый и т.д. Их взаимное положение жестко задано, переместить в другое место не получится.
• Ребра кубика Рубика. Кубики с 2 цветами соседних сторон. Всего их 12.
• Углы кубика Рубика 3 х 3. Детали, имеющие 3 соприкасающихся в вершине цвета. У кубика их 8.

Одним движением можно повернуть на угол 90, 180 или 270^о часть головоломки, включающую 9 деталей. Ее называют гранью.

Каждая сторона условно обозначена заглавной буквой Ф, Т, П, Л, В, Н или С. Это фасадная, тыловая, правая, левая, верхняя, нижняя или середина. При этом конкретный цвет фасада (и соответствующих ему остальных сторон) может произвольно изменяться во время сборки. Центр каждой стороны кодируется строчной буквой. Например, ф – центральный квадрат фасада и т.д.

Ребра описывают строчными буквами по тем сторонам, в которые они входят. Запись «пв» указывает на кубик, объединяющий правую П и верхнюю В грани.

Аналогично кодируются углы, где указаны уже три соседние грани: флн – фасадный Ф + левый Л + нижний Н.

Записывая алгоритмы вращения, используют те же заглавные буквы, чтобы обозначить, какую грань нужно повернуть один раз (на 90^о). Направление – по часовой стрелке. Если нужен поворот против часовой стрелки – записывают букву со штрихом (Ф`).

В международной транскрипции распространено англоязычное обозначение для поворота стороны:

• F (front) = Ф
• B (back) = Т
• L (left) = Л
• R (right) = П
• U (up) = В
• D (down) = Н

Поворот два раза по 90^о обозначают цифрой после обозначения стороны: Ф2 = ФФ = 180^о.

Поэтому формулу (Ф' П') Н2 (ПФ) нужно расшифровывать так:

1. Фасадную сторону повернуть на 90^о влево
2. Правую грань – на 90^о влево
3. Нижнюю сторону повернуть два раза (на 180^о)
4. Правую – на 90^о вправо
5. Фасад – один поворот вправо

Существует много методик, некоторые из которых быстрее, потому применяются при скоростной сборке Рубика на соревнованиях. Но их сложнее запомнить и больше шансов ошибиться.

Схема послойного решения из 7 этапов подойдет для неспешного начала изучения головоломки. Интуитивно поняв, как взаимодействуют между собой слои, получится перейти к более производительным алгоритмам.

Шаг 1. Крест верхнего слоя

Выбирают, какой цвет будет базовым (фасадным). Поднимают вверх четыре квадрата этого же цвета, опуская вниз необходимый и поворачивая его на фасад.
Формулы:

• НПФ’П’ – когда цель стоит на нижней грани
• ФФ - нужная деталь на боковой стороне

На этом шаге не учитывают сложных взаимодействий разных плоскостей при развороте, поэтому получить верхний крест можно без знания формул, интуитивным вращением.

Шаг 2. Сборка одной стороны

Собрав крест на фасадной грани, нужно расставить по местам угловые детали, чтобы заполнить ее полностью.

Действия зависят от того, где оказался нужный угловой кубик:

• На боковой стороне – ЛН’Л’
• На фронтальной — Ф’Н’Ф
• На нижней – (Ф’П’)Н2(ПФ)

При сборке этого шага не нужно наблюдать за слоями ниже того, который заполняют цветом. Поэтому число вариантов ограничено всего тремя формулами.

Шаг 3. Сборка пояса

На этом этапе работа идет со вторым сверху слоем кубиков, чтобы получить 2 собранных цветных грани из 3.

Ориентируясь на цвет центрального квадрата каждой стороны (он не поменяется при любых вращениях), находят нужные для конкретного места двухцветные ребра.

Если цель уже стоит в нижнем слое, ее просто поворачивают на нужный угол. Для этого применяют одну из формул:

• Поворот влево – (НЛН’Л’) (Н’Ф’НФ)
• Поворот вправо – (Н’П’НП) (НФН’Ф’)

Элемент, который стоит в среднем слое, предварительно нужно перевести в нижний.

Шаг 4. Ребра (крест нижней грани)

Шаг 5. Согласование боковых граней

Перед этим этапом нередко получают позицию, когда нужная деталь стоит в своей позиции, но ее цвета перевернуты. Не зная, как развернуть кубик, не нарушив уже собранные слои, многие отступают. Однако формула здесь несложная и имеет три варианта действий:

• Перевернуто одно ребро – (ПС)4 В (ПС)4 В’
• Поменять положение двух ребер – (ПС)4 В’ (ПС)4 В
• Три элемента из четырех – (ПС)4 В2 (ПС)4 В2

Средний слой (поворот С) вращают вместе с нижним.

Шаг 6. Углы последней стороны

Снова поворачивают в руках всю головоломку, чтобы левым дальним на верхней стороне оказалась нужная деталь нужного цвета. Если ни одна из четырех не подходит – нужно предварительно поднять хотя бы один угол, повторяя алгоритм для трех произвольных.

Когда дальний левый угол встал нужного цвета, можно расставить оставшиеся, применив по выбору прямой или зеркальный (обратный) алгоритм. Они различаются тем, в какую сторону (по или против часовой стрелки) происходит перемещение.

• Прямая схема – (П’Ф’Л’Ф) (ПФ’ЛФ)
• Обратная – (Ф’Л’ФП’) (Ф’ЛФП)

Разницы нет, поскольку, повторив два раза один алгоритм, получают тот же результат, что по второму варианту.

Шаг 7. Разворот углов

На последнем этапе нужно развернуть неверно стоящие углы таким образом, чтобы их цвета встали соответственно центру своей грани.

Головоломку держат так, чтобы рабочая деталь оказалась в правом верхнем углу фасадной стороны. Последовательность из 8 вращений повернет его на 1/3 оборота:

• (ПФ’П’Ф) 2 В (ПФ’П’Ф)2.
• (ПФ’П’Ф) 2 В’ (ПФ’П’Ф)2
• (ПФ’П’Ф) 2 В2 (ПФ’П’Ф)2

В первой части может возникнуть иллюзия, что порядок уже собранной части разрушился. Если продолжить выполнение формулы без ошибок – он сам восстановится без дополнительных исправлений.

На этом этапе сборка кубика Рубика будет завершена. Возможно, понадобится лишь довернуть последнюю из собираемых сторон на 90^о.

Рекомендуемые статьи: