三阶正方体魔方具有 2 阶、 3 阶、 4 阶对称轴，这样的对称 性是除了球体以外的其他物体所不能比拟的［1］。魔方的还原过 程就在于旋转中魔方色块位置的交换，对于魔方每层每次的旋 转都是绕着该层中心块的变换，这样的保持点间距离不变的空

三 魔方群

魔方的转动是指将魔方某个面上的所有块顺时针（面对该面）旋转 90°。相应的，若是逆时针旋转则称为逆转动。为了记录下转乱、复原的过程，习惯上采用由 David Singmaster 发明的符号来书写。以英文 Up（上）、Down（下）、Front （前）、Back（后）、Left（左）、Right（右）的第一个字母分别表示魔 方的上、下、前、后、左、右六个面的转动；用小写字母 u、 d、 f、 b、 l、 r 表示各面及相应的中心块；用 xy 来表示位于 x 面 y 位置的 棱块小面，如 uf 表示 u（上）面 f（前）位置的小面；用 xyz 表示位 于 x 面 yz 位置的角块小面，如 ufr 表示位于示 u（上）面 fr（前 右）位置的小面。

在对魔方任意一个面进行转动的时候，该面所在层的中心 块不会改变，其余 20 个小面的位置随之发生改变，这样的转动 可以用一系列小面的置换来表示：U=（ulb ubr urf ufl ）（ub ur uf ul）（bul rub fur luf）（bu ru fu lu）（bru rfu flu lbu） D=（dbl dlf dfr drb）（db dl df dr）（bld lfd frd rbd）（bd ld fd rd）（bdr ldb fdl rdf） F=（flu fur frd fdl）（fu fr fd fl）（ufl rfu dfr lfd）（uf rf df lf ）（urf rdf dlf luf） B=（bul bld bdr bru）（bu bl bd br）（ulb ldb drb rub）（ub lb db rb）（ubr lbu dbl rbd） L=（luf lfd ldb lbu）（lu lf ld lb）（ufl fdl dbl bul）（ul fl dl bl）（ulb flu dlf bld） R=（rfu rub rbd rdf）（ru rb rd rf）（urf bru drb frd）（ur br dr fr）（ubr bdr dfr fur）

设 G= U， D， F， B， L， R 是魔方所有转动生成的集合，可以 证明该集合以合成作为运算构成一个群，称为魔方群。它是上 述一系列小面的置换作为生成元的一个循环群。G 中的元素代表了所有置换的情形，魔方变换的所有状态 都能够找到与之相应的元素，魔方从还原状态经过一系列变化 再次还原，实现了一次循环，实际也是 G 中的元素经过周期性 的操作能够实现的，从中可以看到魔方还原与循环群的共性。