頓時錯亂(Instant Insanity)玩具

題圖是我在*寶購買的「成人益智玩具魯班鎖孔明鎖系列玩具立刻瘋對色棋古典益智挑戰IQ」(這麼長的名字,累死我了………………)


時錯亂/即刻瘋狂(Instant Insanity)智力玩具由Franz Owen Armbruster發明,並於1967年投放市場。

它包括4個立方體,每1個立方體的每1面都染了紅、白、藍或綠4種顏色之一。

下圖中,深色字表示可見面,淺色字表示不可見面。

遊戲的目標是將4個立方體堆起來形成一個 1	imes1	imes4 的柱體,使得無論從前面、後面、左面還是右面都可以看到所有的4種顏色。


首先可以將立方體表示為平面形式

例如:

設置4個頂點 R(紅色)、G(綠色)、B(藍色)、W(白色)。在表示相對面的顏色頂點之間連一條無向邊,形成一個無向圖。

四個立方體都可以如上處理:

將四個方塊對應的無向圖疊加起來,並對邊標號1、2、3、4(來自同一個立方體的三條邊給予相同的標號):


如果遊戲的解是存在的——(深底淺字表示左右兩面,淺底深字表示前後兩面。)

如果遊戲的解是存在的(如上圖所示),那麼首先考慮前後兩面,第1個立方體前後兩面相對顏色是R-W、第2個立方體前後兩面相對顏色是W-B、第3個立方體前後兩面相對顏色是B-G、第4個立方體前後兩面相對顏色是G-R,這就形成了疊加圖G的一個有4條邊的2-正則支撐子圖(下圖左),而且每條邊標號各異。類似地,可以得到左右兩面對應的子圖(下圖右),而且這兩個子圖不存在公共邊。


反之,如果給出一個有4個頂點、且每條邊標號各異的2-正則圖,就可以給出一種對應的碼放方式,使得前後面都看到所有的4種顏色,例如:

在「組合」的過程中唯一可能遇到的問題是:

立方體2需要「」但實際上是「GGWB」。

這時可以在保證不改變前面和後面的顏色的情況下,對換左面和右面的顏色——只需要將立方體2翻轉180?即可:


從前面的討論可以看出,對於一個「頓時錯亂」問題,求解過程是:

1. 對每個立方體,給出對應的無向圖;

2. 得到4個立方體無向圖的疊加圖 G

3. 需要疊加圖 G 的兩個具有4條邊的、2-正則的、沒有公共邊且各邊標號互異的支撐子圖;

4. 如果步驟3不能成功,則不存在解,否則由兩個支撐子圖構造一個解。


例如:找到下左圖中的兩個具有4條邊的、2-正則、沒有公共邊且各邊標號互異的支撐子圖如下右圖表示。

進而可以得到原問題的一個解:


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