Алгоритм декодирования списка Гурусвами – Судан - Guruswami–Sudan list decoding algorithm

В теория кодирования, расшифровка списка является альтернативой уникальному декодированию кодов с исправлением ошибок при наличии большого количества ошибок. Если код имеет относительное расстояние , то в принципе возможно восстановить закодированное сообщение, когда до часть символов кодового слова повреждена. Но когда частота ошибок больше, чем , это вообще невозможно. Декодирование списка решает эту проблему, позволяя декодеру выводить короткий список сообщений, которые могли быть закодированы. Расшифровка списка может исправить более чем доля ошибок.

Существует множество алгоритмов полиномиального времени для декодирования списков. В этой статье мы сначала представляем алгоритм для Коды Рида – Соломона (RS) который исправляет до ошибки и связано с Мадху Судан. Далее опишем улучшенный ГурусвамиСудан список алгоритмов декодирования, который может исправить до ошибки.

Вот график скорости R и расстояния для разных алгоритмов.

https://wiki.cse.buffalo.edu/cse545/sites/wiki.cse.buffalo.edu.cse545/files/81/Graph.jpg

Алгоритм 1 (алгоритм декодирования списка Судана)

Постановка задачи

Вход : Поле ; n различных пар элементов в ; и целые числа и .

Выход: Список всех функций удовлетворение

является многочленом от степени не более

 

 

 

 

(1)

Чтобы лучше понять алгоритм Судана, можно сначала узнать другой алгоритм, который можно рассматривать как более раннюю версию или фундаментальную версию алгоритмов для декодирования RS-кодов по списку - Алгоритм Берлекампа – Велча.Welch и Berlekamp изначально пришли с алгоритм который может решить проблему за полиномиальное время с лучшим порогом на быть . Механизм алгоритма Судана почти такой же, как алгоритм алгоритма Берлекампа – Велча, за исключением шага 1, когда требуется вычислить двумерный многочлен ограниченного степень. Алгоритм декодирования списка Судана для кода Рида – Соломона, который является усовершенствованием алгоритма Берлекампа и Велча, может решить проблему с . Эта граница лучше, чем уникальная граница декодирования. за .

Алгоритм

Определение 1 (взвешенная степень)

Для весов , то - взвешенная степень монома является . В - взвешенная степень полинома является максимумом по одночленам с ненулевыми коэффициентами - взвешенная степень монома.

Например, имеет -степень 7

Алгоритм:

Входы: ; {} / * Параметры l, m будут установлены позже. * /

Шаг 1. Найдите ненулевой двумерный многочлен удовлетворение

  • имеет -взвешенная степень не более
  • Для каждого ,

 

 

 

 

(2)

Шаг 2. Разложите Q на неприводимые множители.

Шаг 3. Выведите все многочлены. такой, что является фактором Q и для не менее t значений

Анализ

Необходимо доказать, что приведенный выше алгоритм работает за полиномиальное время и дает правильный результат. Это можно сделать, доказав следующие утверждения.

Утверждение 1:

Если функция удовлетворяющий (2) существует, то его можно найти за полиномиальное время.

Доказательство:

Обратите внимание, что двумерный многочлен из -взвешенная степень не более можно однозначно записать как . Затем нужно найти коэффициенты удовлетворение ограничений , для каждого . Это линейная система уравнений с неизвестными {}. Решение можно найти, используя Гауссово исключение за полиномиальное время.

Утверждение 2:

Если тогда существует функция удовлетворяющий (2)

Доказательство:

Чтобы гарантировать наличие ненулевого решения, количество коэффициентов в должно быть больше, чем количество ограничений. Предположим, что максимальная степень из в m и максимальная степень из в является . Тогда степень будет самое большее . Надо видеть, что линейная система однородна. Настройки удовлетворяет всем линейным ограничениям. Однако это не удовлетворяет (2), поскольку решение может быть тождественно нулевым. Чтобы гарантировать, что существует ненулевое решение, нужно убедиться, что количество неизвестных в линейной системе равно , так что можно иметь ненулевой . Поскольку это значение больше n, переменных больше, чем ограничений, и поэтому существует ненулевое решение.

Утверждение 3:

Если - функция, удовлетворяющая (2) и - функция, удовлетворяющая (1) и , тогда разделяет

Доказательство:

Рассмотрим функцию . Это многочлен от , и утверждают, что он имеет степень не выше . Рассмотрим любой моном из . С имеет -взвешенная степень не более можно сказать, что . Таким образом, термин является многочленом от степени не более . Таким образом имеет высшее образование

Далее утверждают, что тождественно нулю. С равен нулю всякий раз, когда можно сказать, что равен нулю для строго больше, чем точки. Таким образом имеет больше нулей, чем его степень и, следовательно, тождественно равен нулю, что означает

Поиск оптимальных значений для и .Обратите внимание, что и Для заданного значения , можно вычислить наименьшее для которого выполняется второе условие. Меняя местами второе условие, можно получить быть в лучшем случае Подставляя это значение в первое условие, можно получить быть хотя бы Затем минимизируйте указанное выше уравнение неизвестного параметра . Это можно сделать, взяв производную уравнения и приравняв ее к нулю. Подставляя обратно ценность в и один получит

Алгоритм 2 (алгоритм декодирования списка Гурусвами – Судан)

Определение

Рассмотрим Код Рида – Соломона над конечным полем с оценочным набором и положительное целое число , декодер списка Гурусвами-Судана принимает вектор в качестве входных данных и выводит список многочленов степени которые находятся в соответствии 1 к 1 с кодовыми словами.

Идея состоит в том, чтобы добавить больше ограничений на двумерный многочлен что приводит к увеличению ограничений вместе с количеством корней.

Множественность

Двумерный многочлен имеет нуль кратности в Значит это не имеет срока , где Икс-степень определяется как максимальная степень любого члена x в

Например: пусть .

https://wiki.cse.buffalo.edu/cse545/sites/wiki.cse.buffalo.edu.cse545/files/76/Fig1.jpg

Следовательно, имеет нуль кратности 1 в точке (0,0).

Позволять .

https://wiki.cse.buffalo.edu/cse545/sites/wiki.cse.buffalo.edu.cse545/files/76/Fig2.jpg

Следовательно, имеет нуль кратности 1 в точке (0,0).

Позволять

https://wiki.cse.buffalo.edu/cse545/sites/wiki.cse.buffalo.edu.cse545/files/76/Fig3.jpg

Следовательно, имеет нуль кратности 2 в точке (0,0).

Аналогично, если Потом, имеет нуль кратности 2 при .

Общее определение множественности

имеет корни в если имеет нуль кратности в когда .

Алгоритм

Пусть переданное кодовое слово будет , быть поддерживающим набором переданного кодового слова и принятого слова быть

Алгоритм следующий:

Шаг интерполяции

Для полученного вектора , построим ненулевой двумерный многочлен с взвешенная степень не более такой, что имеет нуль кратности в каждой из точек куда

Шаг факторизации

Найдите все факторы формы и по крайней мере ценности

куда & является многочленом степени

Напомним, что многочлены степени находятся в соответствии 1 к 1 с кодовыми словами. Следовательно, этот шаг выводит список кодовых слов.

Анализ

Шаг интерполяции

Лемма:Шаг интерполяции подразумевает ограничения на коэффициенты

Позволять куда и

Потом, ........................ (Уравнение 1)

куда

Доказательство уравнения 1:

................. Использование биномиального разложения

Доказательство леммы:

Полином имеет нуль кратности в если

такой, что
может взять ценности как . Таким образом, общее количество ограничений равно

Таким образом, количество вариантов выбора может быть сделано для и каждый выбор подразумевает ограничения на коэффициенты

Шаг факторизации

Предложение:

если фактор

Доказательство:

С, фактор , можно представить как

куда, частное, полученное, когда делится на это остаток

Сейчас если заменяется на , , только если

Теорема:

Если , тогда фактор

Доказательство:

........................... из уравнения 2

Данный, мод

Следовательно, мод

Таким образом, фактор .

Как доказано выше,

где LHS - верхняя граница числа коэффициентов RHS - доказанная ранее лемма.

Следовательно,

Заменять ,

Следовательно, доказано, что алгоритм декодирования списков Гурусвами – Судана может Коды Рида-Соломона вплоть до ошибки.

Рекомендации