Rubik的立方体求解器 Python 介绍

简介

Rubik的立方体，又称魔方，是一种非常传统的玩具。一般由3x3x3个色块组成，除了上下两个面以外，每个面都可以独立旋转。其目的是将立方体还原至原始状态，即每个面只有一种颜色。

这篇文章介绍的是用Python编写的Rubik的立方体求解器。它可以自动解决3x3x3的魔方，并以可视化的形式展示解决过程。

解决方法

本求解器采用的是经典的层方法，即将魔方分为上、中、下三层，然后逐步还原每一层。解决魔方的过程中，涉及到了很多的算法和公式，例如Friedrich方法等。

在对每一步进行还原时，本求解器使用的是双向搜索算法。这种算法既可以从初始状态开始搜索，也可以从目标状态开始搜索，从而寻找最短路径。

程序结构

本求解器用Python编写，程序包括以下几个部分：

• cube.py：定义了Rubik's Cube类，存储魔方状态和操作。
• solver.py：定义了Solver类，包括还原算法和搜索算法。
• visualizer.py：定义了CubeVisualizer类，负责以可视化的形式展示解决过程。
• main.py：程序入口，可以通过输入当前的魔方状态并运行来得到解决方案。

代码片段

以下是cube.py部分代码：

class Cube:
    """
    Rubik's Cube class.
    """

    def __init__(self, state=None):
        if state is not None:
            self.set_state(state)
        else:
            self.state = [["U" for _ in range(3)] for _ in range(3)]
            self.state += [["L" for _ in range(3)] + ["F" for _ in range(3)] +
                           ["R" for _ in range(3)] + ["B" for _ in range(3)]]
            self.state += [["D" for _ in range(3)] for _ in range(3)]
        self.operations = ["U", "U'", "U2", "D", "D'", "D2", "L", "L'", "L2", "R", "R'", "R2",
                           "F", "F'", "F2", "B", "B'", "B2"]

    def set_state(self, state):
        """
        Set the state of the cube.
        """
        self.state = copy.deepcopy(state)

以上是cube.py文件中Cube类的初始化部分代码。它将魔方的状态初始化为空白状态，或者从输入状态中初始化魔方。

结束语

本文介绍了用Python编写的Rubik的立方体求解器。它可以自动解决3x3x3的魔方，并以可视化的形式展示解决过程。如果你对魔方感兴趣，可以尝试用Python编写自己的求解器。