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重数码

Multiplicity code

在每个有限域评价点同时记录低次 Hasse 导数以编码多项式局部展开的码。

条目类型
模型

形式陈述

P(X)Fq[X1,,Xm],Hasse 导数由形式展开

P(X+Z)=iZ0mP(i)(X)Zi

定义。给定重数阶 s,次数至多 dm 元 multiplicity code 在每个 aFqm 输出 jet

eva(<s)(P)=(P(i)(a):|i|<s).

长度为 qm,每个符号包含

#{i:|i|<s}=(m+s1m)

个域元素;消息维数是 (d+mm)。按大字母表归一化的码率为

(d+mm)qm(m+s1m).

Multiplicity Schwartz–Zippel 界说明非零总次数至多 d 的多项式在网格上的重数总和受 dqm1 控制,从而相对距离至少 1d/(sq)m=1,s=1 时只保存函数值,回到与RS 评价码相同的基本形式;s>1 保存的是同一点的导数,不是折叠码在相邻轨道点的多个函数值。

直觉

一个普通评价告诉我们曲线经过哪里;一组 Hasse 导数还告诉我们在该点附近的低阶 Taylor 行为。两个低次多项式若在许多点拥有相同的整段 jet,它们的差就必须在这些点具有高重根,而总次数没有足够预算容纳太多高重根。这是距离和插值算法的共同资源。

Hasse 导数在正特征中比反复普通求导更合适,因为它直接读取 P(X+Z) 的系数,不需要除以阶乘。比如在特征 p 中,普通导数把 Xp 导成零,而第 p 阶 Hasse 导数 (Xp)(p)=1,仍正确记录展开中的 Zp 项。

例子与边界

F5 上取一元 s=2

f(x)=x3+2x+1.

一阶 Hasse 导数等于 3x2+2。按 x=0,1,2,3,4 评价,码字为

((1,2),(4,0),(3,4),(4,4),(3,0)).

若消息空间是次数小于 k=4 的多项式,则一元精确距离为

qk1s=53/2=4.

原因是一个非零三次多项式最多在一个评价点具有至少二重根;要让一个大符号全零,函数值和一阶 Hasse 导数必须同时为零。

重数码的“局部解码”与局部可恢复码有不同正式量词。前者通常给定一个与合法码字全局相对距离至多 δ 的受损 oracle,用随机选择的少量查询以高概率恢复某个消息符号;查询位置本身也可能损坏。线性 all-symbol LRC 则在已知某一坐标擦除时,从一个固定大小至多 r、假定可读的修复集确定该码字符号。高概率 oracle 纠错不推出固定 repair group,locality r 也不推出对全局对抗噪声的局部纠错。

推论与应用

多元 multiplicity codes 可同时取得高码率、正距离和次线性查询的局部纠错,在高维仿射线上限制多项式后,用一元重数信息恢复目标 jet。其查询复杂度、容错半径与域大小依参数共同决定;“读取导数”是码字符号的组成部分,不表示接收端能从噪声数据免费计算导数。

相同的高重零点计数也支撑列表译码与列表恢复。算法性结论需额外给出插值阶数、输出列表大小和运行时间,不能从距离公式直接推出。Alphabet 包含多个域元素,比较码率或查询数时还应说明按大符号还是按 base-field subsymbol 计费。

参考资料
  • Swastik Kopparty, Shubhangi Saraf, and Sergey Yekhanin, “High-Rate Codes with Sublinear-Time Decoding,” Journal of the ACM 61(5), 2014, Article 28.
  • Zeev Dvir, Swastik Kopparty, Shubhangi Saraf, and Madhu Sudan, “Extensions to the Method of Multiplicities, with Applications to Kakeya Sets and Mergers,” SIAM Journal on Computing 42(6), 2013, 2305–2328.
  • Swastik Kopparty, “Some Remarks on Multiplicity Codes,” arXiv:1505.07547, 2015.
  • Venkatesan Guruswami and Carol Wang, “Optimal Rate List Decoding via Derivative Codes,” Proceedings of APPROX/RANDOM, 2011, 593–604.
关系图谱10 个相邻概念 · 2 类关系

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