กลับไปหน้าบทความ

อ่าน 7 นาที

รหัสการเรียงสับเปลี่ยน

การตรวจจับและแก้ไขข้อผิดพลาด

รหัสการเรียงสับเปลี่ยนเป็นกลุ่มของรหัสแก้ไขข้อผิดพลาด ที่ Slepianนำเสนอเป็นครั้งแรกในปี พ.ศ.

รหัสการเรียงสับเปลี่ยน

รหัสการเรียงสับเปลี่ยนเป็นกลุ่มของรหัสแก้ไขข้อผิดพลาด ที่ Slepianนำเสนอเป็นครั้งแรกในปี พ.ศ. 2508 [ 1 ]และได้รับการศึกษาอย่างกว้างขวางทั้งใน สาขาคณิตศาสตร์ เชิงการจัดเรียง[ 2 ] [ 3 ]และทฤษฎีสารสนเทศเนื่องจากมีการประยุกต์ใช้ที่เกี่ยวข้องกับหน่วยความจำแฟลช[ 4 ]และ การ สื่อสารผ่านสายไฟ[ 5 ]

คำจำกัดความและคุณสมบัติ

รหัสการเรียงสับเปลี่ยนซี{\displaystyle C}ถูกกำหนดให้เป็นเซตย่อยของกลุ่มสมมาตรในเอสn{\displaystyle S_{n}}มี ระยะห่างแฮมมิงตามปกติระหว่างสายที่มีความยาวn{\displaystyle n}กล่าวให้แม่นยำยิ่งขึ้นก็คือ ถ้าσ,τ{\displaystyle \sigma ,\tau }เป็นการเรียงสับเปลี่ยนในเอสn{\displaystyle S_{n}}, แล้ว(τ,σ)=|{ฉัน{1,2,...,n}:σ(ฉัน)τ(ฉัน)}|{\displaystyle d(\tau ,\sigma )=|\left\{i\in \{1,2,...,n\}:\sigma (i)\neq \tau (i)\right\}|}

ระยะทางขั้นต่ำของรหัสการเรียงสับเปลี่ยนซี{\displaystyle C}ถูกกำหนดให้เป็นจำนวนเต็มบวกที่น้อยที่สุดฉันn{\displaystyle d_{min}}เช่นนั้นจึงมีอยู่σ,τ{\displaystyle \sigma ,\tau }{\displaystyle \in }ซี{\displaystyle C}แตกต่างกัน เช่นนั้น(σ,τ)=ฉันn{\displaystyle d(\sigma ,\tau )=d_{min}}.

เหตุผลหนึ่งที่ทำให้รหัสการเรียงสับเปลี่ยนเหมาะสมสำหรับช่องทางการสื่อสารบางประเภทคือ ตัวอักษรแต่ละตัวจะปรากฏเพียงครั้งเดียวในแต่ละรหัสคำ ซึ่งทำให้ข้อผิดพลาดที่เกิดขึ้นในบริบทของ การสื่อสาร ผ่านสายไฟฟ้ามีผลกระทบต่อรหัสคำน้อยลง เป็นต้น

กิลเบิร์ต-วาร์ชามอฟ ผูกพัน

ปัญหาหลักอย่างหนึ่งในรหัสการเรียงสับเปลี่ยนคือการกำหนดค่าของเอ็ม(n,){\displaystyle M(n,d)}, ที่ไหนเอ็ม(n,){\displaystyle M(n,d)}ถูกกำหนดให้เป็นจำนวนรหัสคำสูงสุดในรหัสการเรียงสับเปลี่ยนที่มีความยาวn{\displaystyle n}และระยะห่างขั้นต่ำ{\displaystyle d}ความคืบหน้าในเรื่องนี้มีน้อยมาก4n1{\displaystyle 4\leq d\leq n-1}ยกเว้นความยาวเล็กน้อย เราสามารถกำหนดได้ดี(n,เค){\displaystyle D(n,k)}กับเค{0,1,...,n}{\displaystyle k\in \{0,1,...,n\}}เพื่อแสดงถึงเซตของการเรียงสับเปลี่ยนทั้งหมดในเอสn{\displaystyle S_{n}}ซึ่งมีระยะทางที่แน่นอนเค{\displaystyle k}จากอัตลักษณ์

อนุญาตดี(n,เค)={σเอสn:ชม(σ,ฉัน)=เค}{\displaystyle D(n,k)=\{\sigma \in S_{n}:d_{H}(\sigma ,id)=k\}}กับ|ดี(n,เค)|=(nเค)ดีเค{\displaystyle |D(n,k)|={\tbinom {n}{k}}D_{k}}, ที่ไหนดีเค{\displaystyle D_{k}}คือจำนวนความผิดปกติของลำดับเค{\displaystyle k}.

ขอบเขต ของGilbert-Varshamovเป็นขอบเขตบนที่รู้จักกันดี[ 6 ]และจนถึงขณะนี้มีประสิทธิภาพเหนือกว่าขอบเขตอื่นๆ สำหรับค่าเล็กๆ ของ{\displaystyle d}.

ทฤษฎีบทที่ 1 :n!เค=01|ดี(n,เค)|เอ็ม(n,)n!เค=0[12]|ดี(n,เค)|{\displaystyle {\frac {n!}{\sum _{k=0}^{d-1}|D(n,k)|}}\leq M(n,d)\leq {\frac {n!}{\sum _{k=0}^{[{\frac {d-1}{2}}]}|D(n,k)|}}}

มีการปรับปรุงแก้ไขในกรณีที่=4{\displaystyle d=4}[ 6 ]ดังที่ทฤษฎีบทต่อไปนี้แสดงให้เห็น

ทฤษฎีบทที่ 2 : ถ้าเค2nเค2+เค2{\displaystyle k^{2}\leq n\leq k^{2}+k-2}สำหรับจำนวนเต็มบางจำนวนเค2{\displaystyle k\geq 2}, แล้ว

n!เอ็ม(n,4)1+(n+1)n(n1)n(n1)(nเค2)((เค+1)2n)((เค+2)(เค1)n){\displaystyle {\frac {n!}{M(n,4)}}\geq 1+{\frac {(n+1)n(n-1)}{n(n-1)-(nk^{2})((k+1)^{2}-n)((k+2)(k-1)-n)}}}.

สำหรับค่าเล็กๆ ของn{\displaystyle n}และ{\displaystyle d}นักวิจัยได้พัฒนากลยุทธ์การค้นหาด้วยคอมพิวเตอร์ต่างๆ เพื่อค้นหารหัสการเรียงสับเปลี่ยนโดยตรงด้วยออโตมอร์ฟิซึม ที่กำหนดไว้ [ 7 ]

ขอบเขตอื่นๆ

มีข้อจำกัดมากมายสำหรับรหัสการเรียงสับเปลี่ยน เราจะยกตัวอย่างสองข้อในที่นี้

การปรับปรุงขอบเขตของกิลเบิร์ต-วาร์ชามอฟ

มีการปรับปรุงขอบเขตของ Gilbert-Varshamov ที่ได้กล่าวถึงไปแล้วข้างต้น โดยใช้ความเชื่อมโยงระหว่างรหัสการเรียงสับเปลี่ยนและเซตอิสระในกราฟบางประเภท ทำให้สามารถปรับปรุงขอบเขตของ Gilbert-Varshamov ในเชิงอะซิมโทติกได้เป็นปัจจัยหนึ่งบันทึก(n){\displaystyle \log(n)}เมื่อความยาวของรหัสเป็นอนันต์[ 8 ]

อนุญาตจี(n,){\displaystyle G(n,d)}แทนกราฟย่อยที่เกิดจากบริเวณใกล้เคียงของเอกลักษณ์ในΓ(n,){\displaystyle \Gamma (n,d)}กราฟเคย์ลีย์Γ(n,):=Γ(เอสn,เอส(n,1)){\displaystyle \Gamma (n,d):=\Gamma (S_{n},S(n,d-1))} และเอส(n,เค):=ฉัน=1เคดี(n,ฉัน){\displaystyle S(n,k):=\bigcup _{i=1}^{k}D(n,i)}.

อนุญาต(n,){\displaystyle m(n,d)}แสดงถึงระดับสูงสุดในจี(n,){\displaystyle G(n,d)}

ทฤษฎีบทที่ 3 : ให้(n,)=(n,)+1{\displaystyle m'(n,d)=m(n,d)+1}และ

เอ็มฉันเอส(n,):=n!.01(1ที)1(n,)(n,)+[Δ(n,)(n,)]ทีที{\displaystyle M_{IS}(n,d):=n!.\int _{0}^{1}{\frac {(1-t)^{\frac {1}{m'(n,d)}}}{m'(n,d)+[\Delta (n,d)-m'(n,d)]t}}dt}

แล้ว,เอ็ม(n,)เอ็มฉันเอส(n,){\displaystyle M(n,d)\geq M_{IS}(n,d)}

ที่ไหนΔ(n,)=เค=01(nเค)ดีเค{\displaystyle \Delta (n,d)=\sum _{k=0}^{d-1}{\binom {n}{k}}D_{k}}.

ขอบเขตของกิลเบิร์ต-วาร์ชามอฟคือ เอ็ม(n,)เอ็มจีวี(n,):=n!1+Δ(n,){\displaystyle M(n,d)\geq M_{GV}(n,d):={\frac {n!}{1+\Delta (n,d)}}}

ทฤษฎีบทที่ 4 : เมื่อ{\displaystyle d}ถูกกำหนดไว้แล้วและn{\displaystyle n}ไปสู่อนันต์ เรามี

เอ็มฉันเอส(n,)เอ็มจีวี(n,)=Ω(บันทึก(n)){\displaystyle {\frac {M_{IS}(n,d)}{M_{GV}(n,d)}}=\Omega (\log(n))}

ขอบเขตล่างโดยใช้รหัสเชิงเส้น

การใช้[n,เค,]q{\displaystyle [n,k,d]_{q}}รหัสบล็อกเชิงเส้นสามารถพิสูจน์ได้ว่ามีรหัสการเรียงสับเปลี่ยนอยู่ในกลุ่มสมมาตรที่มีดีกรีn{\displaystyle n}โดยมีระยะห่างขั้นต่ำอย่างน้อย{\displaystyle d}และจำนวนสมาชิกจำนวนมาก[ 9 ]ขอบเขตล่างสำหรับรหัสการเรียงสับเปลี่ยนที่ให้การปรับปรุงเชิงอะซิมโทติกในบางช่วงของความยาวและระยะทางของรหัสการเรียงสับเปลี่ยน[ 9 ]จะกล่าวถึงด้านล่าง สำหรับเซตย่อยที่กำหนดเค{\displaystyle \mathrm {K} }ของกลุ่มสมมาตรเอสn{\displaystyle S_{n}}เราใช้สัญลักษณ์ แทนเอ็ม(เค,){\displaystyle M(\mathrm {K} ,d)}จำนวนสมาชิกสูงสุดของรหัสการเรียงสับเปลี่ยนที่มีระยะห่างน้อยที่สุดอย่างน้อย{\displaystyle d}บรรจุอยู่ทั้งหมดภายในเค{\displaystyle \mathrm {K} }, เช่น

เอ็ม(เค,)=เอx{|Γ|:Γเค,(Γ)}{\displaystyle M(\mathrm {K} ,d)=max\{|\Gamma |:\Gamma \subset \mathrm {K} ,d(\Gamma )\geq d\}}.

ทฤษฎีบทที่ 5:ให้,เค,n{\displaystyle d,k,n}เป็นจำนวนเต็ม โดยที่0<เค<n{\displaystyle 0<k<n}และ1<n{\displaystyle 1<d\leq n}นอกจากนี้ ให้q{\displaystyle q}เป็นมหาอำนาจหลักและ,{\displaystyle s,r}เป็นจำนวนเต็มบวก โดยที่n=q+{\displaystyle n=qs+r}และ0<q{\displaystyle 0\leq r<q}หากมีอยู่จริง[n,เค,]q{\displaystyle [n,k,d]_{q}}รหัสซี{\displaystyle C}โดยที่ซี{\displaystyle C^{\perp }}มีรหัสลับของน้ำหนักแฮมมิงn{\displaystyle n}, แล้ว

เอ็ม(n,)n!เอ็ม(เค,)(+1)!!qqnเค1,{\displaystyle M(n,d)\geq {\frac {n!M(\mathrm {K} ,d)}{(s+1)!^{r}s!^{q-r}q^{n-k-1}}},}

ที่ไหนเค=(เอส+1)×(เอส)q{\displaystyle \mathrm {K} =(S_{s+1})^{r}\times (S_{s})^{q-r}}

บทแทรก 1 : สำหรับกำลังของจำนวนเฉพาะทุกตัว qn{\displaystyle q\geq n}สำหรับทุกๆ2<n{\displaystyle 2<d\leq n},

เอ็ม(n,)n!q2{\displaystyle M(n,d)\geq {\frac {n!}{q^{d-2}}}}.

บทแทรก 2 : สำหรับกำลังของจำนวนเฉพาะทุกตัว q{\displaystyle q}สำหรับทุกๆ3<<q{\displaystyle 3<d<q},

เอ็ม(q+1,)(q+1)!2q2{\displaystyle M(q+1,d)\geq {\frac {(q+1)!}{2q^{d-2}}}}.

ดึงข้อมูลมาจาก " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Permutation_code&oldid=1320361773 "

สรุปเนื้อหา

ข้อมูลสำคัญจากบทความ

ข้อมูลสำคัญเกี่ยวกับ รหัสการเรียงสับเปลี่ยน

รหัสการเรียงสับเปลี่ยนเป็นกลุ่มของรหัสแก้ไขข้อผิดพลาด ที่ Slepianนำเสนอเป็นครั้งแรกในปี พ.ศ.

คำจำกัดความและคุณสมบัติ

รหัสการเรียงสับเปลี่ยน ซี {\displaystyle C} ถูกกำหนดให้เป็นเซตย่อยของ กลุ่มสมมาตร ใน เอส n {\displaystyle S_{n}} มี ระยะห่างแฮมมิง ตามปกติระหว่างสายที่มีความยาว n {\displaystyle n} กล่าวให้แม่นยำยิ่งขึ้นก็คือ ถ้า σ , τ {\displaystyle \sigma ,\tau }...

กิลเบิร์ต-วาร์ชามอฟ ผูกพัน

ปัญหาหลักอย่างหนึ่งในรหัสการเรียงสับเปลี่ยนคือการกำหนดค่าของ เอ็ม ( n , ง ) {\displaystyle M(n,d)} , ที่ไหน เอ็ม ( n , ง ) {\displaystyle M(n,d)} ถูกกำหนดให้เป็นจำนวนรหัสคำสูงสุดในรหัสการเรียงสับเปลี่ยนที่มีความยาว n {\displaystyle n} และระยะห่างขั้นต่ำ ง...

ขอบเขตอื่นๆ

มีข้อจำกัดมากมายสำหรับรหัสการเรียงสับเปลี่ยน เราจะยกตัวอย่างสองข้อในที่นี้