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Reed–Solomon 码

Reed–Solomon code

以低次数多项式在互异域元素处的取值向量形成的最大距离可分码。

条目类型
模型

形式陈述

取有限域 Fqnq 个互异点 α1,,αn,Reed–Solomon 码从多项式环 Fq[x] 中取次数小于 kf,并映为 (f(α1),,f(αn))。它是 [n,k,nk+1]q 线性码,达到Singleton 界,因而是 MDS 码;一般上界、puncturing 证明与 MDS 定义由该定理页承接。不同评价点和乘子产生广义 RS 码。

直觉

Reed–Solomon 码把消息看成低次数多项式,在有限域的多个不同点求值。低次多项式由足够多取值唯一确定,噪声只破坏部分取值时,剩余冗余仍可恢复原多项式。任意两个不同的次数小于 k 的多项式至多在 k1 个点相同,所以长度 n 的码最小距离为 nk+1,恰好达到一般上界。它按“符号”纠错,每个符号可含多个 bit,特别适合把 burst 打包成少量符号错误的场景。

Reed–Solomon 求值码与错误恢复
例子与边界

次数小于 3 的任意两个不同多项式之差次数至多为 2,最多在 2 个评价点为零,所以码字距离至少为 n2。字段大小限制意味着长二元码不能直接用普通 RS 构造,常在扩域符号上工作。

在域 Fq 上取次数小于 kf(x),码字为 (f(α1),,f(αn))。知道任意 k 个无错符号即可插值恢复 f;经典唯一译码一般可纠正 t=(nk)/2 个未知位置符号错误,或至多 nk 个已知位置擦除。

求值点必须互异且 nq(扩展版本另论)。bit 错误如何映为符号错误取决于封装;若每个 bit 错落在不同符号,纠错能力与 burst 场景不同。超出唯一译码半径可采用列表译码;Guruswami–Sudan 的插值—因式分解路线利用 RS 代数结构输出完整候选列表,但列表大小、可达半径与唯一译码保证不能混写。

推论与应用

RS 码是在 有限域 上按多项式取值构造的 线性码,距离由 Hamming 距离衡量,唯一译码可用综合、Euclid/Berlekamp–Massey 等算法,列表译码则有不同输出接口与半径。光盘、二维码、存储阵列与分布式存储、卫星通信和秘密共享都利用其 MDS 性质。

参考资料
  • Irving S. Reed and Gustave Solomon, Polynomial Codes over Certain Finite Fields, Journal of the Society for Industrial and Applied Mathematics 8(2), 1960,pp. 300–304。
  • F. J. MacWilliams and N. J. A. Sloane, The Theory of Error-Correcting Codes, North-Holland, 1977,Chs. 1–10。
关系图谱9 个相邻概念 · 2 类关系

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