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数字家证明 20步解决标准魔方所有组合

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耗费15年的最新研究证明,每一面长宽各有3格的标准型魔术方块的任何组合,都能在20个步数之内破解,而且不是靠撕掉小方块的贴纸再重新贴上。

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搜寻引擎龙头Google一名工程师和数名数学家合作,破解魔术方块的4325万2003兆2744亿8985万6000种排列组合,每种组合都能在20步里还原。

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20步被称为「上帝的数字」,意谓连上帝都不能用更少的步数破解。

美国加州研究人员罗基奇在2008年把「上帝的数字」成功减少到22。他和他的团队利用从「群论」(group theory)延伸出来的技巧,把所有一开始的可能组合归纳成22亿组,每组底下有195亿种组合,再以电脑分解这些组合并快速运算。

这种演算法好比要去一个不熟悉的城市拜访朋友,对方虽帮你画了地图,告诉你在哪右转左转,但是忘了交代起点在哪。如果随机找个点开始走,几乎不可能到达目的地,但若对照上起点,就绝对到得了。

这个团队的快速演算法能够在20秒内解决195亿种组合,但即使依照这个速度,要完成任务,一般电脑仍旧需要花35年。研究团队求助Google的超级电脑计算,所有演算得以在数星期内解决。

目前破解魔术方块最快的世界纪录保持人是18岁的苏格兰人瓦南斯,平均只需10.74秒就能破解。

相信许多人都玩过魔方,但是此前没有人知道任意组合的魔方的最小还原步数究竟是多少。这一问题困扰了数学家长达三十多年,这个最小还原步数也被称为“上帝之数”。美国加利福尼亚州科学家近日利用计算机破解了这一谜团,研究人员证明任意组合的魔方均可以在20步之内还原,“上帝之数”正式定为20。

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尽管拥有43,252,003,274,489,856,000种不同的可能组合状态,但魔方都可以在20步内还原。

这支研究团队位于美国加利福尼亚州帕洛阿尔托市。科学家们通过计算机计算和证明,任意组合的魔方都可以在20步内还原。这一结果表明,大约有10万多种的起始状态恰好可以在20步内还原。

利用谷歌公司计算机强大的计算能力,研究人员检验了魔方任何可能的混乱状态(确切数字为43,252,003,274,489,856,000)。美国俄亥俄州肯特州立大学数学家莫雷-戴维德森教授也是研究人员之一,他表示,“我们现在可以肯定,这个‘上帝之数’就是20。对于我来说,我也回到了原地。魔方伴随着我成长,这也是我为什么深入研究这个数学问题的原因。这个谜团引起了人们的广泛关注,它也许是人类历史上最受欢迎的谜语了。”科学家们的初步研究成果发表于在线网站上,但戴维德森表示,他们准备将研究成果提交给杂志正式发表。

程序员托马斯-罗基花了15年的时间,致力于寻找这个谜团的答案。据罗基介绍,研究团队所采用的算法可以在1秒钟内尝试10亿种可能,此前的计算机算法1秒钟内只能处理4000种可能。

为了让问题简单化,研究团队采用了一种所谓“群论”的数学技术。他们首先将魔方所有可能的起始状态集分成22亿个集合,每个集合包含了195亿个可能的状态。集合的分配原则是这些可能的状态是如何应对一组10个可能的还原步骤。再通过魔方不同的对称性,这种分组技术使得研究团队将集合数减少到5600万个。

研究人员所采用的算法可以快速将这些还原步骤与恰当的起始点匹配起来,从而实现在20秒内处理一个集合中的195亿种可能。对于普通的家用电脑来说,以这样的速度完成整个处理任务需要大约35年时间。

2007年,《每日电讯报》曾经报道称,任意组合的魔方均可在26步内还原。当然,还有其他的报道称已证明出更少的还原步骤。魔方由匈牙利埃尔诺-鲁比克教授于1974年所发明,曾经是世界上最畅销的智力玩具。

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