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日志

[转]Cube中的数学原理

Kim 发布于:2008-01-17 22:06

Cube中的数学原理

I. Cube的外形及房间的个数

Cube由一个巨大的立方体以及包在立方体外的一层外壳组成,两者之间存在一定空间,大立方体内还包含许多小立方体房间,类似于魔方。Cube只有一个出口,只有到达了连接外壳与内部立方体的那个房间才能走出Cube,这个房间在影片中被称为“桥”。每一个房间棱长14尺(略长于4米)。大立方体每条边有26个房间的长度,所以一共是26*26*26=17576个房间的大小。(但事实上没有那么多房间,因为房间要移动必须留有一定的空间)

II. 如何识别房间内是否有陷阱

·识别房间是否安全

Cube中的每一个房间都标有三个三位数的数字。因为每个房间的数字都不同,Holloway一开始认为这表示房间的序号(她从而认为一共有几亿个房间,但她错了)。Leaven随后认为他们可以凭借这三个三位数的数字来识别房间是否有陷阱,Leaven的记忆力很好,她记下了他们经过的每一个房间的数字,归纳以后她得出结论:凡是三个数字中含有质数的房间存在陷阱(这个理论一开始很好用,但之后在一个不含质数的房间内同样存在陷阱,至此这一理论被推翻)。最终在影片尾声时真相才被挖掘出来:识别陷阱的不是质数,而是质数的乘方。Leaven让Kazan报的是每个数字的质数因子数。

·质数的乘方

每个自然数(1, 2, 3, 4...)如果本身不是质数都可以由质数相乘所得,比如120=2*2*2*3*5。如果不计质数的前后顺序,这种表示法是唯一的。现在用乘方的形式来表示,2*2*2在这里被表示成2^3,于是120= (2^3) *3*5。若一个数只含有一个质数因子,那它就是质数的乘方,显然每一个质数本身也是质数的乘方(这也解释了为什么Leaven的理论并没有一开始就出错)。但是一个质数的乘方不一定是质数,比如说27=3*3*3=3^3,而27却不是质数,因为它能被表示成3乘以9,也就在这种情况下,Leaven的理论失效了。

III. 房间的空间位置及移动方式

无论房间是否存在陷阱,三个三位数的数字并不表示其本身,经过下面的介绍后你会发觉它们表示了房间的空间位置和移动轨迹。

·房间的坐标

每个房间的数字其实是笛卡尔坐标,它表示了房间在空间中的位置,但却和直角坐标有区别,两种坐标可以相互转换。举个例子:某个房间的笛卡尔坐标是493 ,454, 967,那它的X轴坐标就是4+9+3=16,Y轴坐标是4+5+4=13,Z轴坐标是9+6+7=22,因此这个房间的直角坐标是(16, 13, 22),在此坐标单位为一个房间,所以在Z轴方向,此房间离外壳有四个房间的距离。坐标值不可能为负数(因为三个自然数相加无法成为负数),XYZ每个方向的坐标值不会大于26(除了“桥”)。Leaven他们曾经达到过一个Y轴坐标为27的房间,这其实就是通往Cube外部的“桥”。但当时他们却没有发现这一秘密,因为这个房间周围仍旧是其他房间,直到后来Worth被Quentin扔到之前Rennes死去的那个房间后看到有个通道外部什么也没有,他这才弄明白原来房间是会移动的。他说:“不是我们在移动,而是房间。……这就能解释为什么我们一直感觉到震感,我们一直随着房间在移动。”Cube此时就像个巨大的不停转动的魔方,每个房间都在不时地移动,每一个坐标只表示这个房间开始时的位置。

·房间的移动方式

每一个房间的移动轨迹也隐藏在了笛卡尔坐标当中,比如坐标为477, 804, 539的房间,它的直角坐标为(18, 12, 17)。要想知道这个房间的移动轨迹,可以这么做,对于每一个三为数数字作如下处理:
1. 百位数减去十位数
2. 十位数减去个位数
3. 个位数减去百位数

对三个数字都进行以上操作,也就是:
1. 477:4 - 7=-3 | 7-7=0 | 7-4=3
2. 804:8 - 0=8 | 0-4=-4 | 4-8=-4
3. 539:5 - 3=2 | 3-9=-6 |9-5=4

这样就得到了三个向量(- 3, 8, 2), (0, - 4, - 6)和(3, - 4, 4)。 这三个向量表示了这个房间的移动轨迹,将转换成直角坐标的表示房间初始位置的坐标(可以看成向量)依次加上这三个向量,即:
(18, 12, 17) + (- 3, 8, 2) = (15 ,20, 19)
(15, 20, 19) + (0, - 4, - 6) = (15, 16, 13)
(15, 16, 13) + (3, - 4, 4) = (18, 12, 17)

可以看到经过了三次变化以后又回到了原来的初始坐标(18, 12, 17)。每个房间也就是根据这个规律以(18, 12, 17) --> (15, 20, 19) --> (15, 16, 13) --> (18, 12, 17) -->…的轨迹移动的。

·一段时间内房间的位置变化

根据坐标变化所显示的,每个房间其实都在周而复始地按照固定的轨迹移动。要想知道所处空间的位置,还必须有参照物,也就是必须至少知道一个邻近的房间的坐标。例如:
坐标为320, 176, 223的房间(记为房间1),直角坐标为(5, 14, 7),以 (5, 14, 7) --> (6, 8, 7) --> (8, 9, 6) --> (5, 14, 7) -->…的轨迹移动
它右边的房间214, 168, 104(记为房间2),直角坐标为(7, 15, 5),以(7, 15, 5) --> (8, 10, 6) --> (5, 8, 2) --> (7, 15, 5) -->…的轨迹移动
它上面的房间254, 303, 017(记为房间3),直角坐标为(11, 6 , 8),以(11, 6, 8) --> (8, 9, 7) --> (9, 6, 1) --> (11, 6, 8) -->…的轨迹移动

从这三个房间各自的三次移动中可以看到它们并不总是相邻的,换句话说,只有当房间1到达(8, 9, 6),房间2到达(8, 10, 6)时它俩才是左右相邻的,也只有当房间1到达(8, 9, 6),房间3到达(8, 9, 7)时它俩才是上下相邻的,其它时间内3个房间都互相分离。不是所有的房间同时一起移动的,但它们的移动是相互独立的。这样Cube就存在一个初始状态,这个时候所有的房间都停留在它们的初始坐标上,之后房间会各自移动,经过若干时间后还会回到初始状态,这个循环可能需要几天时间,完全取决于Cube的大小,这也会影响对到达“桥”所需的时间。

·“桥”和出口

“桥”其实是一个房间,这在上面已经说过了,在其初始位置时它连接着外壳和内部大立方体,出口就在“桥”内。“桥”的Y轴坐标为27,而其他房间的Y轴坐标都不大于26。“桥”也像其他房间那样按照固定的轨迹移动,这就意味着只有等它到达其初始位置时它才是真正的“桥”,人才能通过它走出Cube,其它时间内它都在大立方体内部的其他位置,因此必须把握好时机,错过初始位置之后就要再等一轮循环。Leaven把Cube比作是保险箱的锁,只有所有房间到达它们的初始位置时,锁才能打开,然而接下来只要房间一移动,锁就关上了。因此想要找到出口就必须先找到一个处于大立方体边界面的房间(某个坐标为26),然后沿着边界选择房间进入,最终找到“桥”,再等它回到初始位置,才能走出Cube。

8.1/7.8

异次元杀阵 (1997)

影评(180)

收藏(811)

异次元杀阵/Cube(1997)
回复(26) |收藏(24)|4456次阅读
 
够专业够专业 2008-07-10 14:19

你是数学专业的吗?

 

这部电影最让我感兴趣的就是这些数学知识了。

但我近乎数学白菜,所以只好到你这里来学学。

你的解释我懂了一大半,其它的我也不再一一求解了。

但有一点我还想问一下:质数因子究竟是什么?比如120=2×2×3×5,它有三个因子还是4个因子啊?影片中分别算出每个三位数的因子数后,是怎么根据这个因子数来判断有无陷阱啊?比如有一组2、2、4是安全的,为什么有一组是4、2、3也是安全的呢?

 

希望得到你的解答。

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权力是技术和艺术的熔炼,于是学学钳工、跳跳艳舞,我就可以指点江山了。
 
 
2009-11-06 15:43

能告诉我你的问题的答案吗?

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匿名

匿名

 
 
2008-08-12 21:37

这篇文章错误百出。虽然我不是数学系的,用中学数学足够了。
“但是一个质数的乘方不一定是质数”,什么不一定,应该是一定不。
“每个房间的数字其实是笛卡尔坐标,”后面的理论全错。没有讨论性。

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匿名

匿名

 
 
2008-10-06 21:33

支持你

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匿名

匿名

2008-10-24 20:34

这篇文章错误百出。虽然我不是数学系的,用中学数学足够了。
“但是一个质数的乘方不一定是质数”,什么不一定,应该是一定不。
“每个房间的数字其实是笛卡尔坐标,”后面的理论全错。没有讨论性。
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发表以上言论的人 是个浮躁的sb!
看来你连中学数学也没学好。首先,一个质数的1次方也可以叫一个质数的乘方;其次,每个房间的数字当然是笛卡尔坐标,你有什么疑问吗?
竟然还大言不惭的说:后面的理论全错...
拜托哥哥,你乖乖看完了文章,看不懂就多看几遍好不?
中国的大学培养出你这种浮躁的废物 真tm是中国大学生的耻辱。
且不论你数学水平达不达标,就你这基本的语言逻辑,都不合格!

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匿名

匿名

2009-02-12 12:45

五十步笑百步....
路过,围观

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很傻很强大...
 
 
2008-08-13 17:08

下次捉你进去

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匿名

匿名

2008-08-20 02:45

写得很好,纠正一下上面说错的那个,一次方也是乘方,但质数的一次方是本身。第二,那个是对的,确实为笛卡尔坐标,其后理论也对,详见维基百科
中学数学确实足够,因为我今年正好高中,只能说你中学全忘了,或审题不仔细,切记我们学的东西不是为考试哦,不要遗忘它。

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匿名

匿名

 
 
2008-10-06 21:36

一次方也是乘方没错,但这只需要表示为质数就可以了,有必要表示为质数的乘方吗?只要一个数它的因数乘方超过二,它就不是质数

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匿名

匿名

 
 
够专业够专业 2008-10-04 22:15

专业帖,留名慢慢琢磨

中学笛卡尔坐标应该没有讲到那么深,只是粗泛地带过

 

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神说。过分痴迷便是万劫不复。 『神说』 http://amanda8310.vip11.25idc.net/
 
 
2009-06-30 20:08

对的...

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I was there, with u...
 
 
2008-10-06 21:40

有谁能举出一个质数的二次以上乘方是质数的才叫厉害

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匿名

匿名

 
 
2008-11-23 16:09

用数学语言说,但是一个质数的乘方包括了是1次方的可能性。所以"一个质数的乘方不一定是质数"这句话非常的严密,体现了搂主的逻辑思维能力。
刚才骂人的那位朋友,首先你无理的加了个条件“不能是1次方”,然后说搂主错,说明你逻辑混乱。
其次你看不懂不仔细想就乱说话,说明你表现欲强。然而水平有限,甚是可悲。
最后,你动不动就骂人,说明你极没有教养。
一句话:回家读两年书再来吧。。。

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匿名

匿名

2009-02-28 11:39

LS精辟~~

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2009-10-14 00:28

"一个质数的乘方不一定是质数"在数学上应该算是成立的。但在语文上你就会发现它是有问题的,更准确的说法应该是“一个质数的乘方不一定是合数”。二者在数学上意思都是说“一个质数的乘方可能是质数也可能是合数”,但在语文中和逻辑习惯上我们往往说不一定X时,这X是条件下的大部分情况,但也有例外就是非X。这里一个质数的乘方大部分(乘方为2以上的)情况下为合数,但例外正如1次方时。所以更准确的说法应该是“一个质数的乘方不一定是合数”。
以上这些完全是见诸位在这里唇枪舌战表达一下我的看法。但当你正是一数学系学生是你就会觉得这种讨论在数学上是完全没有意义的。在数论中乘方为1时是没有多大意义的,再有就是当n次方的n为小数时,下来的结果都不是整数了,而质数和合数的讨论是在整数范围内。
对于这篇文章中的这句话虽然单独拿出来说不够准确,但在整个文章中我们完全能够读懂它所要表达的意思,所以各位完全没有必要在这里钻牛角尖

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写的好写的好 2008-12-03 17:21

好贴啊

这数学值得学习

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写的好写的好 2008-12-06 21:25

赞一个,终于解惑了,感谢!

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2009-03-21 12:45

好好研究下~

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电影在于浏览以及品位,你要多说什么嘛?
2009-05-19 17:55

我来请教个问题
问题1:
就是我们知道解一个三解魔方最快也是需要20多步的。那么让一个26阶魔方中的一个元素按照这个向量移动,而同时又另不开辟移动空间(因为我们已经看到房间墙壁的厚度不大,房间间空隙不够)。那么显然对于26阶的魔方,不能简单的在N(似乎这个N要上百万)步内完成几个元素的合法移动(每个原色都要按照规则移动),如果另辟蹊径,采用腾出其他元素为他让路的想法又要保持其他元素的守法移动的方法(这里的为腾出空间要移动的“几个元素”我想问题不仅仅是26-1-M的问题那么容易)。那么这个移动是怎么得以在一个严密三维空间中实现的呢?
问题2:
由于我比较懒,能否给出一个26阶构造好的26^3个笛卡尔积?

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云子

云子

 
 
2009-06-06 13:30

关键就在于没有给出M的具体值,如果M不同的话,移动步数与树结构会有很大差别。如果M=0则树最少有三个子树,最多有6个,但是如果M≠0的话,就必须要构造Σf(M),所以如果只是26^3笛卡尔积的话,没有考虑到M的可变量

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匿名

匿名

 
 

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