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三阶魔方顶层各公式集复原态出现概率研究

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标题要长
首先说明一下,本贴主要涉及公式集有OLL、PLL、CLL、ELL等。
这个贴子里采用的计算方法相对其他计算方法可能会有所不同(更加麻烦)。
接下来就开始吧


IP属地:福建1楼2021-08-21 22:37回复
    二楼备用
    虽然不知道备用楼是用来备用什么的,反正就先备用着吧


    IP属地:福建2楼2021-08-21 22:38
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      首先是计算CLL的概率。
      众所周知,CLL的顶层棱块色相已复原,这也就意味着只需要考虑角块的状态;同时,在确定顶层的三个角块的状态后,最后一个角块的状态也就被确定了,所以我们只需要考虑三个角块。每个角块一共有三个状态,分别称为-1(逆时针转),0(复原),1(顺时针转)。则CLL一共有如下八种情况:

      (手绘是因为visualcube editor打不开/阴险)
      容易发现在这八幅图中任意一张图的任意三个角块的排列顺序都不可能和其他图相同,原理如上所述,因为三个角块已经确定了第四个角块,三个角块相同就代表着整张图相同,但是任意两张图之间是不可能相同的,所以两张图间不存在相同的角块排列。


      IP属地:福建3楼2021-08-21 22:40
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        我们很容易发现这八个cll的出现概率并不对等。那么怎样计算它们的出现概率呢?
        在这里我们来从“出现概率”这个词的意思入手。很显然,每个case的出现概率就是它们在(该公式集的)全排列中所占的数量除以公式集的全部case数量(全排列中的每一个case出现概率都是相同的,这一点应该容易理解)。所以我们的计算方法就是:求出每个case在全排列中的数量,以及全排列的总数量。
        全排列的总数量比较好求,在无视角块位置的情况下,一共有3^3=27(三个角块分别有三种状态)种组合方式(可以保证27种组合方式全部合法)。那么要怎样求每个case的出现次数呢?
        最不需要动脑子的方法当然是穷举,不过费心费力费时间,这里略过。
        在这里,我们可以用case的对称性判断其出现次数。
        T、U、S、aS、L、Pi六种情况在四个方向上都没有对称性,所以它们每一个都出现了4次。
        H在两个方向上拥有对称性,所以它出现了2次
        O在四个方向上都拥有对称性,所以它出现了1次
        4*6+2+1=27。


        IP属地:福建4楼2021-08-21 22:41
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          这种方法的原理是什么呢?
          前面已经算出来了CLL的排列一共有27种方式,而这27种方式又要归类到上述的8种状态里,对于每一种归类方式其唯一性是得到保证的,亦即相同状态不可能出现。不对称的状态在四个方向上都不相同,所以出现了四次;而对称状态毫无疑问在多个方向上是相同的,所以它在全排列中的出现次数相应地减少了,也就是出现概率减小了。
          当然,我们可以通过穷举进行验证,结果也是相同的。
          T=4/27 U=4/27
          S=4/27 aS=4/27
          L=4/27 Pi=4/27
          H=2/27 O=1/27


          IP属地:福建5楼2021-08-21 22:41
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            没人


            IP属地:福建6楼2021-08-21 22:42
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              IP属地:山东来自Android客户端7楼2021-08-21 22:45
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                IP属地:陕西来自iPhone客户端8楼2021-08-21 22:47
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                  IP属地:北京来自iPhone客户端9楼2021-08-21 22:49
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                    IP属地:浙江来自Android客户端10楼2021-08-21 22:50
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                      接下来是计算ELL的概率。
                      计算方法基本和CLL相同,这里不多赘述。
                      如果将色相复原的状态称作0,未复原的称作1,则ELL共有如下四种情况:

                      确定三个棱块就可以确定最后一个棱块,每个棱块共有两种状态,所以一共有2^3=8种排列组合方式。
                      根据对称性可以算出每一个状态的概率,这里直接写在图上了。


                      IP属地:福建11楼2021-08-21 22:50
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                        然后是OLL的概率。
                        很显然,OLL一共有27*8=216种状态。其中复原态也就是跳O的概率是1/27*1/8=1/216。
                        这一步应该不需要解释太多。


                        IP属地:福建12楼2021-08-21 22:51
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                          最后是PLL的概率。
                          首先要说明的是这个概率不能用PLL的“交换”来算,如下图:

                          一是不同交换的出现概率好像是由全排列决定的,所以它的概率就不能由对称性来算。
                          二是对于同一个case来说可以作出不同的解读。例如U+ case既可以理解为是做了一个U+ case也可以理解为是做了两个Adj,(在这种情况下用交换顺序来计算)具体到底能不能通过某种方法算出来还没有尝试过,不过应该会比较麻烦所以就放弃了。


                          IP属地:福建13楼2021-08-21 22:52
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                            那么就来讲正题了。
                            确定三个角块的位置就可以确定剩下的一个。
                            确定三个棱块的位置就可以确定剩下的一个。
                            角块和棱块都有四个位置可以选择。
                            通过这样那样的计算可以得出角块和棱块的全排列都有24个
                            所以PLL一共有24*24=576个,

                            很显然并不是。
                            容易发现这里的PLL的全排列列出了顶层的所有情况。这也就是说对一个perm有着四个方向上的情况。在这里只取有效数字方便计算,所以PLL一共有576/4=144个,

                            还有最后一个被忽略的问题:PPLL,也就是P特,也就是两棱换,也就是Adj,也就是Opp。上述的PLL全排列中没有排除掉两棱换的情况,所以我们需要再次把数字除以二(大家应该知道为什么除以二吧)得到的就是最终的无重复全排列数量144/2=72。
                            其中每个case的单独概率都可以通过对称性来算出来,这里就不一一写出来了。


                            IP属地:福建14楼2021-08-21 22:54
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                              综上所述,
                              跳CLL的概率是1/27。
                              跳ELL的概率是1/8。
                              跳OLL的概率是1/216。
                              跳PLL的概率是1/72。
                              跳PPLL的概率是1/72。
                              跳PLL+PPLL,即四阶跳P的概率是1/144。
                              OP连跳的概率是1/216*1/72=1/15552。
                              也就是跳ALL的概率是1/15552。
                              本贴完结。


                              IP属地:福建15楼2021-08-21 22:54
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