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  • 1 # 使用者8395920596246

    先貼結論:在同等狀態數的前提下,捆綁類魔方最難。給定一個捆綁類魔方狀態,判定其是否可解,是一個充分困難的問題(難度不低於NP完全問題)。

    其中,捆綁類魔方是指將一個魔方的某些相鄰塊“粘”在了一起,從而可能會存在“轉不了”的情況。下圖是此類魔方的典型代表:Square One(SQ1)。

    之所以說它們難,是由它們狀態集合的數學特性決定的。一個魔方的狀態集合具有越多的性質,那麼它的求解問題通常會更簡單,反之,求解問題通常會更困難。而捆綁類魔方,恰恰就屬於性質最少的那一類魔方。

    具體到魔方上,對於常見的三階魔方,它們的狀態構成群(需要滿足封閉性,結合律,存在么元,存在逆元)。從而,任意此類魔方的求解問題都可以用計算群論中現成的演算法解決(且這是一個多項式時間演算法)。

    更進一步,對於另一些魔方,在群的基礎上它們的狀態具有更多的性質。例如對於魔錶,其狀態構成交換群(在群的基礎上進一步滿足交換率),因此對它的求解就更容易了,甚至可以用高斯消元法求解(對,就是解線性方程組的那個)。

    然而對於捆綁類的魔方,它們的狀態甚至都不構成群(封閉性通常無法滿足)。除特殊情況外,此類魔方的求解問題是困難的。更準確地說,給定一個捆綁類魔方,判定其是否可解,是一個PSPACE完全問題,其難度至少不低於通常所說的NP完全問題。

    注:答案中圖片來自Jaap的個人魔方網站,網站中還給出了捆綁類魔方是PSPACE完全的證明及計算群論中用於求解任意魔方的演算法。

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