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列表恢复

List recovery

从每个坐标给定的小候选集合中找出在足够多坐标命中的全部码字。

条目类型
定义

形式陈述

CΣn。给定 agreement 参数 α[0,1]、输入列表上界 与输出列表上界 L,若对任意集合列

S1,,SnΣ,|Si|,

满足

|{i[n]:ciSi}|αn

的码字 cC 至多有 L 个,就称 C(α,,L)-list recoverable。采用错误比例 ρ 的文献会把条件写成至多 ρn 个坐标不命中,此时 ρ=1α;引用定理时必须说明使用 agreement 还是 disagreement 口径。

这是组合性质,只保证候选集合不大。若另有算法对任意输入列表列都能在关于块长、表示长度和参数的多项式时间内输出所有候选,才称为高效列表恢复。算法不能漏掉达标码字,也不能只返回某个看起来最可能的候选。

=1 时,写 Si={yi},命中条件就是码字与接收词 y 的 Hamming agreement 至少 αn,因此退化为列表译码。反方向不成立:普通列表译码只控制单个接收符号,不能推断每个坐标允许 >1 个候选时列表仍小。

直觉

普通接收词在每个位置只提出一个猜测;列表恢复允许上游算法说“这个坐标可能是这几个符号之一”。目标码字不必在所有位置都进入候选集,只需命中足够多位置。它因而适合级联码:内码译码器可为每个外码坐标产生一个小列表,外码的 list-recovery 算法再把跨坐标一致的全局消息拼出来。

三个参数承担不同风险。增大 让每个坐标更宽容,却增加伪候选;降低 α 允许更多坏坐标,也增加伪候选;L 则记录最坏输入下允许保留多少全局解释。只说“可列表恢复”而不列出三者,无法判断结论强弱。

例子与边界

取三元重复码

C={000,111,222}F33

和输入集合

S1={0,1},S2={1,2},S3={1}.

α=2/3。码字 111 在三处都命中;000 只在第一处命中;222 只在第二处命中。因此达标候选集恰为 {111},这个实例的输出列表大小是一。

若把第三个集合改为 {0,2},则 000 命中第一、三处,111 命中第一、二处,222 命中第二、三处,三个码字全部达到 2/3 agreement。相同码和相同 =2,只改输入列表就使最坏输出达到三,说明 L 必须对所有集合列量化,而不能由一次成功运行估计。

信息论界还依赖字母表。对随机码作粗略计数时,一个固定码字在随机大小 的集合中命中的概率约为 /|Σ|;当 与字母表同量级,列表输入几乎不提供筛选信息。声称达到“list-recovery capacity”时,需要同时固定码率、字母表、 的增长方式、agreement 和列表大小,不能直接照搬 1R 的普通大字母表列表译码口号。

推论与应用

列表恢复是把局部不确定性组合成全局候选的标准接口。级联码中,内码负责把噪声压成逐坐标小列表,外码负责跨位置一致性;基于 expander 的放大、tensor/product codes 的局部算法以及交互式编码也会调用同一接口。接口的价值在于调用者无需知道外码如何插值,只需提供集合列并遵守 ,α 条件。

折叠 Reed–Solomon 与重数码利用同一多项式在相关评价或导数数据间的代数一致性获得强列表恢复性质。具体半径与复杂度依赖折叠参数、重数、域大小和插值维数,应由各构造页承担,而本页只固定输入输出语义。

参考资料
  • Venkatesan Guruswami and Atri Rudra, “Explicit Codes Achieving List Decoding Capacity: Error-Correction with Optimal Redundancy,” IEEE Transactions on Information Theory 54(1), 2008, 135–150, Definition 5.1.
  • Venkatesan Guruswami, Algorithmic Results in List Decoding, Foundations and Trends in Theoretical Computer Science 2(2), 2007.
  • Brett Hemenway, Noga Ron-Zewi, and Mary Wootters, “Local List Recovery of High-Rate Tensor Codes and Applications,” SIAM Journal on Computing 49(4), 2020, 1–73.
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