音效素材网提供各类素材,打造精品素材网站!

站内导航 站长工具 投稿中心 手机访问

音效素材

python实现三阶魔方还原的示例代码
日期:2021-09-08 14:09:56   来源:脚本之家

思路

复原魔方困难问题的分解:

​ 1、用合适的数据结构表示出三阶魔方的六个面以及每一面的颜色

​ 2、每一次不同旋转操作的实现

​ 3、复原时如何判断当前魔方应该使用哪一种公式

本次实验实现了前两个操作,具体思路是:

用numpy库中的矩阵将六个面分别表示出来,按上下左右前后的顺序放入列表中。再依据流行公式里的方法编写对每一个面进行旋转操作的函数,调用函数实现魔方的旋转。最后输入指令可得到旋转之后的魔方,以及执行逆序指令后验证魔方还原。

预备知识

矩阵:使用numpy库中的矩阵结构

函数说明:

U: 上面顺时针旋转 90°

D: 底面顺时针旋转 90°

L: 左面顺时针旋转 90°

R: 右面顺时针旋转 90°

F: 正面顺时针旋转 90°

B: 背面顺时针旋转 90°

**注:**字母前加上下划线 ‘_' 表示逆时针

代码详解

本次实验将【上、下、左、右、前、后】六个面用数字【0、1、2、3、4、5】表示原本每个面的颜色,并依次存入列表faces【】里(即:faces[0]中存放的是最上面的数字全为0的三阶矩阵)

注:魔方视角始终固定,即在整个过程中正(左…)面始终是正(左…)面

# 创建六个面,放在faces列表里,顺序为上(0),下(1),左(2),右(3),前(4),后(5)
faces = [np.zeros((3, 3))]

for i in range(1, 6):
    faces.append(np.ones((3, 3)) + faces[i - 1])

在这里插入图片描述

每一个面的 顺时针逆时针 旋转由函数 clockwise()antiClockwise() 实现

t = np.array([[0, 0, 1],
              [0, 1, 0],
              [1, 0, 0]])

# 该面顺时针旋转 90 度
def clockwise(face):
    face = face.transpose().dot(t)
    return face

# 该面逆时针旋转 90 度
def antiClockwise(face):
    face = face.dot(t).transpose()
    return face

A.transpose() 方法是实现 A 矩阵的转置

A.dot(B) 方法是实现 A乘以矩阵B

通过计算,上述方法可以实现矩阵顺时针或者逆时针旋转的效果

在这里以左面的顺时针旋转 90°为例,其它旋转方式可以类比

def L(FACES):
    FACES[2] = clockwise(FACES[2])
    FACES_new = cp.deepcopy(FACES)
    a, b, c, d = clockwise(FACES_new[4]), clockwise(FACES_new[1]), antiClockwise(FACES_new[5]), clockwise(FACES_new[0])
    e, f, g, h = cp.deepcopy(a), cp.deepcopy(b), cp.deepcopy(c), cp.deepcopy(d)
    e[0], f[0], g[0], h[0] = d[0], a[0], b[0], c[0]
    FACES[4], FACES[1], FACES[5], FACES[0] = antiClockwise(e), antiClockwise(f), clockwise(g), antiClockwise(h)

1、直接调用函数将左面(第2面)顺时针旋转 90°

FACES[2] = clockwise(FACES[2])

2、这里采用深度复制,使用 cp.deepcopy() 的方法,避免直接使用等号 ‘=' 导致不同的变量指向同一个值。这时,【e、f、g、h】和【a、b、c、d】代表魔方的

【正面、底面顺时针旋转90°、背面逆时针旋转90°、上面顺时针旋转90°】

a, b, c, d = clockwise(FACES_new[4]), clockwise(FACES_new[1]), antiClockwise(FACES_new[5]), clockwise(FACES_new[0])

旋转的目的是:

在左面旋转的过程中,左面会影响到其它四个面,但对其它四个面的影响是不同的。例如正面、底面和上面被影响的是第一列,而背面被影响的是第三列。我们为了使各面统一起来,方便数值的改变,我们选择将正、底、上面顺时针旋转90°,将背面逆时针旋转90°。这时,我们只需按顺序交换每一面的第一行,最后再逆时针或顺时针转回来即可。

在这里插入图片描述

3、按顺序交换:正面第一行传递到底面第一行

​ 上面第一行传递到正面第一行

​ 背面第一行传递到上面第一行

​ 底面第一行传递到背面第一行

e[0], f[0], g[0], h[0] = d[0], a[0], b[0], c[0]

最后再依次根据上述操作逆旋转回去:

FACES[4], FACES[1], FACES[5], FACES[0] = antiClockwise(e), antiClockwise(f), clockwise(g), antiClockwise(h)

代码

import numpy as np
import copy as cp

# 创建六个面,放在faces列表里,顺序为上(0),下(1),左(2),右(3),前(4),后(5)
faces = [np.zeros((3, 3))]

for i in range(1, 6):
    faces.append(np.ones((3, 3)) + faces[i - 1])

t = np.array([[0, 0, 1],
              [0, 1, 0],
              [1, 0, 0]])

# 该面顺时针旋转 90 度
def clockwise(face):
    face = face.transpose().dot(t)
    return face

# 该面逆时针旋转 90 度
def antiClockwise(face):
    face = face.dot(t).transpose()
    return face


def U(FACES):
    FACES[0] = clockwise(FACES[0])
    FACES_new = cp.deepcopy(FACES)
    a, b, c, d = FACES_new[4], FACES_new[2], FACES_new[5], FACES_new[3]
    FACES[4][0], FACES[2][0], FACES[5][0], FACES[3][0] = d[0], a[0], b[0], c[0]


def _U(FACES):
    FACES[0] = antiClockwise(FACES[0])
    FACES_new = cp.deepcopy(FACES)
    a, b, c, d = FACES_new[4], FACES_new[2], FACES_new[5], FACES_new[3]
    FACES[4][0], FACES[2][0], FACES[5][0], FACES[3][0] = b[0], c[0], d[0], a[0]


def U2(FACES):
    for i in range(2):
        U(FACES)
    '''
    FACES[0] = clockwise(clockwise(FACES[0]))
    FACES_new = cp.deepcopy(FACES)
    a, b, c, d = FACES_new[4], FACES_new[2], FACES_new[5], FACES_new[3]
    FACES[4][0], FACES[2][0], FACES[5][0], FACES[3][0] = c[0], d[0], a[0], b[0]
    '''


def D(FACES):
    FACES[1] = clockwise(FACES[1])
    FACES_new = cp.deepcopy(FACES)
    a, b, c, d = FACES_new[4], FACES_new[2], FACES_new[5], FACES_new[3]
    FACES[4][2], FACES[2][2], FACES[5][2], FACES[3][2] = b[2], c[2], d[2], a[2]


def _D(FACES):
    FACES[1] = antiClockwise(FACES[1])
    FACES_new = cp.deepcopy(FACES)
    a, b, c, d = FACES_new[4], FACES_new[2], FACES_new[5], FACES_new[3]
    FACES[4][2], FACES[2][2], FACES[5][2], FACES[3][2] = d[2], a[2], b[2], c[2]


def D2(FACES):
    for i in range(2):
        D(FACES)
    '''
    FACES[1] = clockwise(clockwise(FACES[1]))
    FACES_new = cp.deepcopy(FACES)
    a, b, c, d = FACES_new[4], FACES_new[2], FACES_new[5], FACES_new[3]
    FACES[4][2], FACES[2][2], FACES[5][2], FACES[3][2] = c[2], d[2], a[2], b[2]
    '''


def L(FACES):
    FACES[2] = clockwise(FACES[2])
    FACES_new = cp.deepcopy(FACES)
    a, b, c, d = clockwise(FACES_new[4]), clockwise(FACES_new[1]), antiClockwise(FACES_new[5]), clockwise(FACES_new[0])
    e, f, g, h = cp.deepcopy(a), cp.deepcopy(b), cp.deepcopy(c), cp.deepcopy(d)
    e[0], f[0], g[0], h[0] = d[0], a[0], b[0], c[0]
    FACES[4], FACES[1], FACES[5], FACES[0] = antiClockwise(e), antiClockwise(f), clockwise(g), antiClockwise(h)


def _L(FACES):
    FACES[2] = antiClockwise(FACES[2])
    FACES_new = cp.deepcopy(FACES)
    a, b, c, d = clockwise(FACES_new[4]), clockwise(FACES_new[1]), antiClockwise(FACES_new[5]), clockwise(FACES_new[0])
    e, f, g, h = cp.deepcopy(a), cp.deepcopy(b), cp.deepcopy(c), cp.deepcopy(d)
    e[0], f[0], g[0], h[0] = b[0], c[0], d[0], a[0]
    FACES[4], FACES[1], FACES[5], FACES[0] = antiClockwise(e), antiClockwise(f), clockwise(g), antiClockwise(h)


def L2(FACES):
    for i in range(2):
        L(FACES)


# 上(0),下(1),左(2),右(3),前(4),后(5)
def R(FACES):
    FACES[3] = clockwise(FACES[3])
    FACES_new = cp.deepcopy(FACES)
    a, b, c, d = antiClockwise(FACES_new[4]), antiClockwise(FACES_new[1]), clockwise(FACES_new[5]), antiClockwise(
        FACES_new[0])
    e, f, g, h = cp.deepcopy(a), cp.deepcopy(b), cp.deepcopy(c), cp.deepcopy(d)
    g[0], f[0], e[0], h[0] = d[0], c[0], b[0], a[0]
    FACES[4], FACES[1], FACES[5], FACES[0] = clockwise(e), clockwise(f), antiClockwise(g), clockwise(h)


def _R(FACES):
    FACES[3] = antiClockwise(FACES[3])
    FACES_new = cp.deepcopy(FACES)
    a, b, c, d = antiClockwise(FACES_new[4]), antiClockwise(FACES_new[1]), clockwise(FACES_new[5]), antiClockwise(
        FACES_new[0])
    e, f, g, h = cp.deepcopy(a), cp.deepcopy(b), cp.deepcopy(c), cp.deepcopy(d)
    f[0], g[0], h[0], e[0] = a[0], b[0], c[0], d[0]
    FACES[4], FACES[1], FACES[5], FACES[0] = clockwise(e), clockwise(f), antiClockwise(g), clockwise(h)


def R2(FACES):
    for i in range(2):
        R(FACES)


def F(FACES):
    FACES[4] = clockwise(FACES[4])
    FACES_new = cp.deepcopy(FACES)
    a, b, c, d = clockwise(clockwise(FACES_new[0])), FACES_new[1], antiClockwise(FACES_new[2]), clockwise(FACES_new[3])
    e, f, g, h = cp.deepcopy(a), cp.deepcopy(b), cp.deepcopy(c), cp.deepcopy(d)
    e[0], g[0], f[0], h[0] = c[0], b[0], d[0], a[0]
    FACES[0], FACES[1], FACES[2], FACES[3] = clockwise(clockwise(e)), f, clockwise(g), antiClockwise(h)


def _F(FACES):
    FACES[4] = antiClockwise(FACES[4])
    FACES_new = cp.deepcopy(FACES)
    a, b, c, d = clockwise(clockwise(FACES_new[0])), FACES_new[1], antiClockwise(FACES_new[2]), clockwise(FACES_new[3])
    e, f, g, h = cp.deepcopy(a), cp.deepcopy(b), cp.deepcopy(c), cp.deepcopy(d)
    g[0], f[0], h[0], e[0] = a[0], c[0], b[0], d[0]
    FACES[0], FACES[1], FACES[2], FACES[3] = clockwise(clockwise(e)), f, clockwise(g), antiClockwise(h)


def F2(FACES):
    for _ in range(2):
        F(FACES)


# 上(0),下(1),左(2),右(3),前(4),后(5)
def B(FACES):
    FACES[5] = clockwise(FACES[5])
    FACES_new = cp.deepcopy(FACES)
    a, b, c, d = FACES_new[0], clockwise(clockwise(FACES_new[1])), clockwise(FACES_new[2]), antiClockwise(FACES_new[3])
    e, f, g, h = cp.deepcopy(a), cp.deepcopy(b), cp.deepcopy(c), cp.deepcopy(d)
    g[0], f[0], h[0], e[0] = a[0], c[0], b[0], d[0]
    FACES[0], FACES[1], FACES[2], FACES[3] = e, clockwise(clockwise(f)), antiClockwise(g), clockwise(h)


def _B(FACES):
    FACES[5] = antiClockwise(FACES[5])
    FACES_new = cp.deepcopy(FACES)
    a, b, c, d = FACES_new[0], clockwise(clockwise(FACES_new[1])), clockwise(FACES_new[2]), antiClockwise(FACES_new[3])
    e, f, g, h = cp.deepcopy(a), cp.deepcopy(b), cp.deepcopy(c), cp.deepcopy(d)
    e[0], g[0], f[0], h[0] = c[0], b[0], d[0], a[0]
    FACES[0], FACES[1], FACES[2], FACES[3] = e, clockwise(clockwise(f)), antiClockwise(g), clockwise(h)


def B2(FACES):
    for i in range(2):
        B(FACES)


'''
                          |************|
                          |*U1**U2**U3*|
                          |************|
                          |*U4**U5**U6*|
                          |************|
                          |*U7**U8**U9*|
                          |************|
              ************|************|************|************|
              *L1**L2**L3*|*F1**F2**F3*|*R1**R2**R3*|*B1**B2**B3*|
              ************|************|************|************|
              *L4**L5**L6*|*F4**F5**F6*|*R4**R5**R6*|*B4**B5**B6*|
              ************|************|************|************|
              *L7**L8**L9*|*F7**F8**F9*|*R7**R8**R9*|*B7**B8**B9*|
              ************|************|************|************|
                          |************|
                          |*D1**D2**D3*|
                          |************|
                          |*D4**D5**D6*|
                          |************|
                          |*D7**D8**D9*|
                          |************|
'''


def toString(FACES):
    print()
    for i in range(3):
        print("     ", int(FACES[0][i][0]), int(FACES[0][i][1]), int(FACES[0][i][2]))
    for i in range(3):
        print(int(FACES[2][i][0]), int(FACES[2][i][1]), int(FACES[2][i][2]), end=" ")
        print(int(FACES[4][i][0]), int(FACES[4][i][1]), int(FACES[4][i][2]), end=" ")
        print(int(FACES[3][i][0]), int(FACES[3][i][1]), int(FACES[3][i][2]), end=" ")
        print(int(FACES[5][i][0]), int(FACES[5][i][1]), int(FACES[5][i][2]))
    for i in range(3):
        print("     ", int(FACES[1][i][0]), int(FACES[1][i][1]), int(FACES[1][i][2]))
    print()


def moves(FACES, lst):
    for x in lst:
        if x == 'U':
            U(faces)
        elif x == 'u':
            _U(faces)
        elif x == 'D':
            D(faces)
        elif x == 'd':
            _D(faces)
        elif x == 'L':
            L(faces)
        elif x == 'l':
            _L(faces)
        elif x == 'R':
            R(faces)
        elif x == 'r':
            _R(faces)
        elif x == 'F':
            F(faces)
        elif x == 'f':
            _F(faces)
        elif x == 'B':
            B(faces)
        elif x == 'b':
            _B(faces)


lst = input("请输入步骤:")
moves(faces, lst)
print("执行后的魔方为")
toString(faces)
reverse = ''.join(map(chr, map(lambda x: ord(x) ^ 32, lst)))[::-1]
moves(faces, reverse)
print("魔方恢复步骤:", reverse)
toString(faces)

示例

请输入步骤:UBLDFRULFDRULBGBVFDRLLBFLLDSSDBVDJFRUDLRFBDLFBbdj
执行后的魔方为

      2 5 3
      5 0 2
      5 0 5
5 2 3 1 2 1 2 4 0 4 0 0
1 2 3 1 4 5 1 3 1 4 5 2
2 5 2 4 4 3 1 0 5 3 4 4
      1 0 4
      3 1 3
      0 3 0

魔方恢复步骤: JDBbfldbfrldurfjdvbdssdllfbllrdfvbgblurdflurfdlbu

      0 0 0
      0 0 0
      0 0 0
2 2 2 4 4 4 3 3 3 5 5 5
2 2 2 4 4 4 3 3 3 5 5 5
2 2 2 4 4 4 3 3 3 5 5 5
      1 1 1
      1 1 1
      1 1 1


Process finished with exit code 0

注:大写为顺时针,小写为逆时针

到此这篇关于python实现三阶魔方还原的示例代码的文章就介绍到这了,更多相关python 三阶魔方还原内容请搜索以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持!

    您感兴趣的教程

    在docker中安装mysql详解

    本篇文章主要介绍了在docker中安装mysql详解,小编觉得挺不错的,现在分享给大家,也给大家做个参考。一起跟随小编...

    详解 安装 docker mysql

    win10中文输入法仅在桌面显示怎么办?

    win10中文输入法仅在桌面显示怎么办?

    win10系统使用搜狗,QQ输入法只有在显示桌面的时候才出来,在使用其他程序输入框里面却只能输入字母数字,win10中...

    win10 中文输入法

    一分钟掌握linux系统目录结构

    这篇文章主要介绍了linux系统目录结构,通过结构图和多张表格了解linux系统目录结构,感兴趣的小伙伴们可以参考一...

    结构 目录 系统 linux

    PHP程序员玩转Linux系列 Linux和Windows安装

    这篇文章主要为大家详细介绍了PHP程序员玩转Linux系列文章,Linux和Windows安装nginx教程,具有一定的参考价值,感兴趣...

    玩转 程序员 安装 系列 PHP

    win10怎么安装杜比音效Doby V4.1 win10安装杜

    第四代杜比®家庭影院®技术包含了一整套协同工作的技术,让PC 发出清晰的环绕声同时第四代杜比家庭影院技术...

    win10杜比音效

    纯CSS实现iOS风格打开关闭选择框功能

    这篇文章主要介绍了纯CSS实现iOS风格打开关闭选择框,本文通过实例代码给大家介绍的非常详细,对大家的学习或工作...

    css ios c

    Win7如何给C盘扩容 Win7系统电脑C盘扩容的办法

    Win7如何给C盘扩容 Win7系统电脑C盘扩容的

    Win7给电脑C盘扩容的办法大家知道吗?当系统分区C盘空间不足时,就需要给它扩容了,如果不管,C盘没有足够的空间...

    Win7 C盘 扩容

    百度推广竞品词的投放策略

    SEM是基于关键词搜索的营销活动。作为推广人员,我们所做的工作,就是打理成千上万的关键词,关注它们的质量度...

    百度推广 竞品词

    Visual Studio Code(vscode) git的使用教程

    这篇文章主要介绍了详解Visual Studio Code(vscode) git的使用,小编觉得挺不错的,现在分享给大家,也给大家做个参考。...

    教程 Studio Visual Code git

    七牛云储存创始人分享七牛的创立故事与

    这篇文章主要介绍了七牛云储存创始人分享七牛的创立故事与对Go语言的应用,七牛选用Go语言这门新兴的编程语言进行...

    七牛 Go语言

    Win10预览版Mobile 10547即将发布 9月19日上午

    微软副总裁Gabriel Aul的Twitter透露了 Win10 Mobile预览版10536即将发布,他表示该版本已进入内部慢速版阶段,发布时间目...

    Win10 预览版

    HTML标签meta总结,HTML5 head meta 属性整理

    移动前端开发中添加一些webkit专属的HTML5头部标签,帮助浏览器更好解析HTML代码,更好地将移动web前端页面表现出来...

    移动端html5模拟长按事件的实现方法

    这篇文章主要介绍了移动端html5模拟长按事件的实现方法的相关资料,小编觉得挺不错的,现在分享给大家,也给大家...

    移动端 html5 长按

    HTML常用meta大全(推荐)

    这篇文章主要介绍了HTML常用meta大全(推荐),文中通过示例代码介绍的非常详细,对大家的学习或者工作具有一定的参...

    cdr怎么把图片转换成位图? cdr图片转换为位图的教程

    cdr怎么把图片转换成位图? cdr图片转换为

    cdr怎么把图片转换成位图?cdr中插入的图片想要转换成位图,该怎么转换呢?下面我们就来看看cdr图片转换为位图的...

    cdr 图片 位图

    win10系统怎么录屏?win10系统自带录屏详细教程

    win10系统怎么录屏?win10系统自带录屏详细

    当我们是使用win10系统的时候,想要录制电脑上的画面,这时候有人会想到下个第三方软件,其实可以用电脑上的自带...

    win10 系统自带录屏 详细教程

    + 更多教程 +
    ASP编程JSP编程PHP编程.NET编程python编程