在Javascript中形成魔方Hackerrank解决方案

如果你在寻找一道有趣的编程挑战，那么Hackerrank上的魔方挑战就是一个不错的选择。在这篇文章中，我们将探讨如何使用Javascript生成和解决魔方。

生成魔方

为了生成魔方，我们需要先了解魔方的基本构造。魔方由27个小块组成，其中有6个中心块、12个边块和8个角块。我们可以使用一个3x3x3的数组表示魔方，其中数组中的每个元素表示一个小块。

首先，我们可以定义一个函数来创建一个空的魔方：

function createCube() {
  const cube = [];
  for (let i = 0; i < 3; i++) {
    const face = [];
    for (let j = 0; j < 3; j++) {
      const row = [];
      for (let k = 0; k < 3; k++) {
        row.push(null);
      }
      face.push(row);
    }
    cube.push(face);
  }
  return cube;
}

使用这个函数，我们可以创建一个空的魔方：

const cube = createCube();

现在我们可以开始定义每个小块的位置，这个位置是基于魔方中心的坐标。我们将使用以下函数创建一个表示给定位置的小块的对象：

function createPiece(x, y, z) {
  return {x, y, z};
}

现在，我们可以使用这个函数来设置中心块的位置：

cube[1][1][0] = createPiece(0, 0, -1);
cube[1][1][2] = createPiece(0, 0, 1);
cube[1][0][1] = createPiece(0, -1, 0);
cube[1][2][1] = createPiece(0, 1, 0);
cube[0][1][1] = createPiece(-1, 0, 0);
cube[2][1][1] = createPiece(1, 0, 0);

接下来，我们可以设置角块和边块的位置。这里是一个完整的代码片段：

function createCube() {
  const cube = [];
  for (let i = 0; i < 3; i++) {
    const face = [];
    for (let j = 0; j < 3; j++) {
      const row = [];
      for (let k = 0; k < 3; k++) {
        row.push(null);
      }
      face.push(row);
    }
    cube.push(face);
  }

  cube[1][1][0] = createPiece(0, 0, -1);
  cube[1][1][2] = createPiece(0, 0, 1);
  cube[1][0][1] = createPiece(0, -1, 0);
  cube[1][2][1] = createPiece(0, 1, 0);
  cube[0][1][1] = createPiece(-1, 0, 0);
  cube[2][1][1] = createPiece(1, 0, 0);

  cube[0][0][0] = createPiece(-1, -1, -1);
  cube[0][0][2] = createPiece(-1, -1, 1);
  cube[0][2][0] = createPiece(-1, 1, -1);
  cube[0][2][2] = createPiece(-1, 1, 1);
  cube[2][0][0] = createPiece(1, -1, -1);
  cube[2][0][2] = createPiece(1, -1, 1);
  cube[2][2][0] = createPiece(1, 1, -1);
  cube[2][2][2] = createPiece(1, 1, 1);

  cube[0][0][1] = createPiece(-1, -1, 0);
  cube[0][1][0] = createPiece(-1, 0, -1);
  cube[0][2][1] = createPiece(-1, 1, 0);
  cube[0][1][2] = createPiece(-1, 0, 1);
  cube[2][0][1] = createPiece(1, -1, 0);
  cube[2][1][0] = createPiece(1, 0, -1);
  cube[2][2][1] = createPiece(1, 1, 0);
  cube[2][1][2] = createPiece(1, 0, 1);

  cube[1][0][0] = createPiece(0, -1, -1);
  cube[0][0][1] = createPiece(-1, -1, 0);
  cube[1][0][2] = createPiece(0, -1, 1);
  cube[0][1][0] = createPiece(-1, 0, -1);
  cube[1][1][2] = createPiece(0, 0, 1);
  cube[2][0][1] = createPiece(1, -1, 0);
  cube[1][2][2] = createPiece(0, 1, 1);
  cube[2][1][0] = createPiece(1, 0, -1);
  cube[1][2][0] = createPiece(0, 1, -1);
  cube[0][2][1] = createPiece(-1, 1, 0);
  cube[2][2][1] = createPiece(1, 1, 0);
  cube[1][1][0] = createPiece(0, 0, -1);
  cube[1][1][2] = createPiece(0, 0, 1);

  return cube;
}

function createPiece(x, y, z) {
  return {x, y, z};
}

const cube = createCube();

此时，我们已经成功生成了一个魔方。接下来，我们需要解决它。

解决魔方

要解决魔方，我们需要先明确如何操作魔方。在这里，我们将使用相对于整个魔方的位置来描述旋转操作。

我们可以定义一个旋转函数来旋转魔方中心的任何一个面：

function rotateFace(face, axis) {
  const matrix = [[0, 0, 0], [0, 0, 0], [0, 0, 0]];
  for (let i = 0; i < 3; i++) {
    for (let j = 0; j < 3; j++) {
      matrix[i][j] = face[i][j][axis];
    }
  }
  for (let i = 0; i < 3; i++) {
    for (let j = 0; j < 3; j++) {
      face[i][j][axis] = matrix[2-j][i];
    }
  }
}

function rotate(cube, face, axis, direction) {
  rotateFace(face, axis);
  const pieces = [];
  for (let i = 0; i < 3; i++) {
    for (let j = 0; j < 3; j++) {
      pieces.push(face[i][j][0], face[i][j][1], face[i][j][2]);
    }
  }
  for (let i = 0; i < pieces.length; i++) {
    const piece = pieces[i];
    const x = (face === cube[0]) ? piece.z : (face === cube[2]) ? 2-piece.z : piece.x;
    const y = (face === cube[1]) ? piece.y : (face === cube[0]) ? piece.x : 2-piece.x;
    const z = (face === cube[0]) ? 2-piece.y : (face === cube[2]) ? piece.y : piece.z;
    const newPiece = createPiece(x, y, z);
    if (direction === -1) {
      if (axis === 0) {
        newPiece.y = 2 - newPiece.y;
      } else if (axis === 1) {
        newPiece.x = 2 - newPiece.x;
      } else {
        newPiece.z = 2 - newPiece.z;
      }
    } else {
      if (axis === 0) {
        newPiece.y = newPiece.y;
      } else if (axis === 1) {
        newPiece.x = newPiece.x;
      } else {
        newPiece.z = newPiece.z;
      }
    }
    if (face === cube[0]) {
      cube[z][2-y][x] = newPiece;
    } else if (face === cube[1]) {
      cube[y][x][z] = newPiece;
    } else {
      cube[z][y][2-x] = newPiece;
    }
  }
}

这个函数可以旋转任何一个面。接下来，我们可以定义一个函数来旋转整个魔方：

function rotateCube(cube, axis, direction) {
  if (axis === 0) {
    rotate(cube, cube[0], 0, direction);
    rotate(cube, cube[2], 0, direction*-1);
  } else if (axis === 1) {
    rotate(cube, cube[1], 1, direction);
    rotate(cube, cube[0], 1, direction*-1);
  } else {
    rotate(cube, cube[2], 2, direction);
    rotate(cube, cube[1], 2, direction*-1);
  }
}

现在，我们可以使用这两个函数来解决魔方。以下是一个解决魔方的示例代码：

// Start with a solved cube
const cube = createCube();

// Shuffle the cube
for (let i = 0; i < 100; i++) {
  const axis = Math.floor(Math.random() * 3);
  const direction = (Math.random() < 0.5) ? 1 : -1;
  rotateCube(cube, axis, direction);
}

// Solve the cube
while (!isSolved(cube)) {
  for (let axis = 0; axis < 3; axis++) {
    for (let direction = -1; direction <= 1; direction += 2) {
      const temp = copyCube(cube);
      rotateCube(temp, axis, direction);
      if (isBetterSolution(temp, cube)) {
        cube = temp;
        console.log(getSolutionString(axis, direction));
        break;
      }
    }
  }
}

function isSolved(cube) {
  // Check if all pieces are in the correct position and orientation
  // Implement your solution here
}

function copyCube(cube) {
  // Implement your solution here
}

function isBetterSolution(cube1, cube2) {
  // Implement your solution here
}

function getSolutionString(axis, direction) {
  // Implement your solution here
}

随机旋转魔方100次，然后尝试解决它。可以使用isSolved函数检查当前魔方是否已经被正确解决。如果魔方没有被解决，则循环所有可能的旋转并选择最佳的解决方案。可以使用copyCube函数复制魔方，然后使用isBetterSolution函数比较两个魔方的解决方案。最后，使用getSolutionString函数获取此次旋转的字符串表示形式。