Diszkrét matematika 2.

Hasonló dokumentumok
Diszkrét matematika 2.C szakirány

Diszkrét matematika 2.C szakirány

Nagy Gábor compalg.inf.elte.hu/ nagy

Diszkrét matematika 2.C szakirány

Diszkrét matematika 2.C szakirány

Hibajavító kódok május 31. Hibajavító kódok 1. 1

Hibajavító kódolás (előadásvázlat, november 14.) Maróti Miklós

A továbbiakban Y = {0, 1}, azaz minden szóhoz egy bináris sorozatot rendelünk

Kódelméleti és kriptográai alkalmazások

KÓDOLÁSTECHNIKA PZH december 18.

Hamming-kód. Definíció. Az 1-hibajavító, perfekt lineáris kódot Hamming-kódnak nevezzük. F 2 fölötti vektorokkal foglalkozunk.

A kódok típusai Kódolás: adatok megváltoztatása. Dekódolás: a megváltoztatott adatból az eredeti visszanyerése.

Az állítást nem bizonyítjuk, de a létezést a Paley-féle konstrukció mutatja: legyen H a

Lineáris kódok. u esetén u oszlopvektor, u T ( n, k ) május 31. Hibajavító kódok 2. 1

Nagy Gábor compalg.inf.elte.hu/ nagy

Hibadetektáló és javító kódolások

Bevezetés az algebrába 2 Lineáris algebra alkalmazásai

Alapfogalmak a Diszkrét matematika II. tárgyból

Bevezetés az algebrába 2

Diszkrét matematika 2.

Diszkrét matematika 2. estis képzés

Diszkrét matematika 2.

1. Gráfok alapfogalmai

Visontay Péter január. 1. Alapfogalmak

Diszkrét matematika II., 8. előadás. Vektorterek

Diszkrét matematika 2. estis képzés

Diszkrét matematika II. feladatok

Nagy Gábor compalg.inf.elte.hu/ nagy

Aleksziev Rita Antónia Matematika BSc Alkalmazott matematikus szakirány. Golay-kódok

13. Egy x és egy y hosszúságú sorozat konvolúciójának hossza a. x-y-1 b. x-y c. x+y d. x+y+1 e. egyik sem

Diszkrét matematika 2.C szakirány

Diszkrét matematika 2 (C) vizsgaanyag, 2012 tavasz

Lineáris algebra gyakorlat

Vektorterek. Wettl Ferenc február 17. Wettl Ferenc Vektorterek február / 27

3. gyakorlat. Kettes számrendszer: {0, 1} Tízes számrendszer: {0, 1, 2,..., 9} 16-os (hexadecimális számrendszer): {0, 1, 2,..., 9, A, B, C, D, E, F}

Lineáris kódok. sorvektor. W q az n dimenziós s altere. 3. tétel. t tel. Legyen K [n,k,d] kód k d (k 1). Ekkor d(k)=w(k)

Diszkrét matematika 1.

Kódoláselmélet. (Humann kód, hibajavító kódok, véges testek konstrukciója. Reed-Solomon kód és dekódolása.)

Nagy Gábor compalg.inf.elte.hu/ nagy

Nagy Gábor compalg.inf.elte.hu/ nagy ősz

FELADATOK A BEVEZETŽ FEJEZETEK A MATEMATIKÁBA TÁRGY III. FÉLÉVÉHEZ. ÖSSZEÁLLÍTOTTA: LÁNG CSABÁNÉ ELTE IK Budapest

Nagy Gábor compalg.inf.elte.hu/ nagy ősz

Diszkrét matematika 1. estis képzés

1. feladatsor: Vektorterek, lineáris kombináció, mátrixok, determináns (megoldás)

Nagy Gábor compalg.inf.elte.hu/ nagy

Diszkrét matematika 2.

1. Generátorrendszer. Házi feladat (fizikából tudjuk) Ha v és w nem párhuzamos síkvektorok, akkor generátorrendszert alkotnak a sík vektorainak

17. előadás: Vektorok a térben

Diszkrét matematika 2.C szakirány

1. feladatsor Komplex számok

Mátrixok 2017 Mátrixok

Diszkrét matematika I., 12. előadás Dr. Takách Géza NyME FMK Informatikai Intézet takach november 30.

Lineáris algebra és a rang fogalma (el adásvázlat, szeptember 29.) Maróti Miklós

9. Előadás. (9. előadás) Lineáris egyr.(3.), Sajátérték április / 35

Diszkrét matematika 1.

Hibajavítás, -jelzés. Informatikai rendszerek alapjai. Horváth Árpád november 24.

Diszkrét matematika 2.C szakirány

Diszkrét matematika alapfogalmak

Nagy Gábor compalg.inf.elte.hu/ nagy ősz

Diszkrét matematika 2. estis képzés

Diszkrét matematika 2.C szakirány

Diszkrét matematika 2. estis képzés

Mátrixok, mátrixműveletek

Nagy Gábor compalg.inf.elte.hu/ nagy ősz

Elemi matematika szakkör

6. Előadás. Megyesi László: Lineáris algebra, oldal. 6. előadás Bázis, dimenzió

Diszkrét matematika 2.

Labancz Norbert. Hibajavító kódolás

Nagy Gábor compalg.inf.elte.hu/ nagy ősz

Miller-Rabin prímteszt

Diszkrét matematika I.

Diszkrét matematika 2.C szakirány

Diszkrét matematika I.

Összeállította: dr. Leitold Adrien egyetemi docens

Lineáris leképezések (előadásvázlat, szeptember 28.) Maróti Miklós, Kátai-Urbán Kamilla

Diszkrét matematika I.

Diszkrét matematika 2. estis képzés

Mohó algoritmusok. Példa:

A számítástudomány alapjai

Diszkrét matematika 2.

Diszkrét matematika 1. estis képzés

1. Részcsoportok (1) C + R + Q + Z +. (2) C R Q. (3) Q nem részcsoportja C + -nak, mert más a művelet!

Bevezetés az algebrába 2 Vektor- és mátrixnorma

LINEÁRIS ALGEBRA. matematika alapszak. Euklideszi terek. SZTE Bolyai Intézet, őszi félév. Euklideszi terek LINEÁRIS ALGEBRA 1 / 40

Diszkrét matematika 2. estis képzés

Vektorok, mátrixok, lineáris egyenletrendszerek

I. VEKTOROK, MÁTRIXOK

Algoritmuselmélet 18. előadás

Analízis előadás és gyakorlat vázlat

Determinánsok. A determináns fogalma olyan algebrai segédeszköz, amellyel. szolgáltat az előbbi kérdésekre, bár ez nem mindig hatékony.

Kódelmélet. Tartalomjegyzék. Jelölések. Wettl Ferenc V A. Függelék: Véges testek 21

15. LINEÁRIS EGYENLETRENDSZEREK

Skalárszorzat, norma, szög, távolság. Dr. Takách Géza NyME FMK Informatikai Intézet takach/ 2005.

Mat. A2 3. gyakorlat 2016/17, második félév

Az informatikai biztonság matematikai alapjai HIBAKORLÁTOZÁS

Érdemes egy n*n-es táblázatban (sorok-lányok, oszlopok-fiúk) ábrázolni a két színnel, mely éleket húztuk be (pirossal, kékkel)

DISZKRÉT MATEMATIKA: STRUKTÚRÁK Előadáson mutatott példa: Bércesné Novák Ágnes

Számítógépes Hálózatok

Nagy Gábor compalg.inf.elte.hu/ nagy

Kódolástechnika. Buttyán Levente Györfi László Győri Sándor Vajda István december 18.

Átírás:

Diszkrét matematika 2. 2019. május 3. 1. Diszkrét matematika 2. 10. előadás Fancsali Szabolcs Levente nudniq@cs.elte.hu www.cs.elte.hu/ nudniq Mérai László diái alapján Komputeralgebra Tanszék 2019. május 3.

Kódolás Diszkrét matematika 2. 2019. május 3. 2. Hibakorlátozó kódolás Példa (ISBN (International Standard Book Number) kódolása) Legyen d 1, d 2,..., d n decimális számjegyek egy sorozata (n 10). Egészítsük ki a sorozatot egy n + 1-edik számjeggyel, amelynek értéke d n+1 = n j d j mod 11, j=1 ha az nem 10, különben d n+1 legyen X. Ha valamelyik számjegyet eĺırjuk, akkor az összefüggés nem teljesülhet: d n+1 eĺırása esetén ez nyilvánvaló, j n-re d j helyett d j -t írva pedig az összeg j(d j d j )-vel nőtt, ami nem lehet 11-gyel osztható (Miért?). Azt is észrevesszük, ha j < n esetén d j -t és d j+1 -et felcseréljük: az összeg jd j+1 + (j + 1)d j jd j (j + 1)d j+1 = d j d j+1 -gyel nő, ami csak akkor lehet 11-gyel osztható, ha d j = d j+1. Megjegyzés 2007 óta 13 jegyű. A személyi számnál is használják.

Kódolás Diszkrét matematika 2. 2019. május 3. 3. Hibakorlátozó kódolás Példa (Paritásbites kód) Egy n hosszú 0-1 sorozatot egészítsünk ki egy n + 1-edik bittel, ami legyen 1, ha a sorozatban páratlan sok 1-es van, különben pedig legyen 0. Ha egy bit megváltozik, akkor észleljük a hibát. Példa (Kétdimenziós paritásellenőrzés) b 0,0 b 0,j b 0,n 1 b 0,n.......... b i,0 b i,j b i,n 1 b i,n.......... b m 1,0 b m 1,j b m 1,n 1 b m 1,n b m,0 b m,j b m,n 1 b m,n Oszlopok és sorok végén paritásbit. Ha megváltozik egy bit, akkor a sor és az oszlop végén jelez az ellenőrző bit, ez alapján tudjuk javítani a hibát. Ha két bit változik meg, akkor észleljük a hibát, de nem tudjuk javítani.

Kódolás Diszkrét matematika 2. 2019. május 3. 4. Hibakorlátozó kódolás Definíció Egy kód t-hibajelző, ha minden olyan esetben jelez, ha az elküldött és megkapott szó legfeljebb t helyen tér el. Egy kód pontosan t-hibajelző, ha t-hibajelző, de van olyan t + 1-hiba, amit nem jelez. Példa ISBN - 1-hibajelző paritásbites kód - 1-hibajelző kétdimenziós paritásellenőrzés - 2-hibajelző Hiba javításának módjai ARQ (Automatic Retransmission Request) - újraküldés, FEC (Forward Error Correction) - javítható, pl.: kétdimenziós paritásell.

Kódolás Diszkrét matematika 2. 2019. május 3. 5. Hibakorlátozó kódolás Definíció Legyen A véges ábécé, továbbá u, v A n. Ekkor u és v Hamming-távolsága alatt az azonos pozícióban lévő különböző betűk számát értjük: d(u, v) = {i : 1 i n u i v i }. Példa 0 1 1 1 0 1 0 1 0 1 = d(01110,10101)=4 A L M A A N N A = = d(alma,anna)=2

Kódolás Diszkrét matematika 2. 2019. május 3. 6. Hibakorlátozó kódolás Álĺıtás A Hamming-távolság rendelkezik a távolság szokásos tulajdonságaival, vagyis tetszőleges u, v, w-re 1) d(u, v) 0; 2) d(u, v) = 0 u = v; 3) d(u, v) = d(v, u) (szimmetria); 4) d(u, v) d(u, w) + d(w, v) (háromszög-egyenlőtlenség). Bizonyítás 1), 2) és 3) nyilvánvaló. 4) Ha u és v eltér valamelyik pozicióban, akkor ott u és w, illetve w és v közül legalább az egyik pár különbözik.

Kódolás Diszkrét matematika 2. 2019. május 3. 7. Hibakorlátozó kódolás Definíció A K kód távolsága (d(k)) a különböző kódszópárok távolságainak a minimuma. Példa (*) (0,0) (0,0,0,0,0) (0,1) (0,1,1,1,0) (1,0) (1,0,1,0,1) (1,1) (1,1,0,1,1) A kód távolsága 3. 3 4 3 3 3 4 Felmerül a kérdés, hogy vajon mi lehetett a kódszó, ha a (0,1,0,0,0) szót kapjuk.

Kódolás Diszkrét matematika 2. 2019. május 3. 8. Hibakorlátozó kódolás Definíció Minimális távolságú dekódolás esetén egy adott szóhoz azt a kódszót rendeljük, amelyik hozzá a legközelebb van. Több ilyen szó esetén kiválasztunk ezek közül egyet, és az adott szóhoz mindig azt rendeljük. Megjegyzés A dekódolás két részre bontható: a hibajavításnál megpróbáljuk meghatározni, hogy mi volt az elküldött kódszó, majd visszaálĺıtjuk az üzenetet. Mivel az utóbbi egyértelmű, ezért hibajavító kódok dekódolásán legtöbbször csak a hibajavítást értjük. Definíció Egy kód t-hibajavító, ha minden olyan esetben helyesen javít, amikor egy elküldött szó legfeljebb t helyen változik meg. Egy kód pontosan t-hibajavító, ha t-hibajavító, de van olyan t + 1 hibával érkező szó, amit helytelenül javít, vagy nem javít.

Kódolás Diszkrét matematika 2. 2019. május 3. 9. Hibakorlátozó kódolás Megjegyzés Ha a kód távolsága d, akkor minimális távolságú dekódolással t < d 2 esetén t-hibajavító. Példa Az előző példában szereplő kód pontosan 1-hibajavító. (0,0,0,0,0) (1,0,0,0,1) (1,0,1,0,1) Példa (ismétléses kód) a (a,a,a) d = 3 1-hibajavító, a (a,a,a,a,a) d = 5 2-hibajavító.

Kódolás Diszkrét matematika 2. 2019. május 3. 10. Hibakorlátozó kódolás Tétel (Singleton-korlát) Ha K A n, A = q és d(k) = d, akkor K q n d+1. Bizonyítás Ha minden kódszóból elhagyunk d 1 betűt (ugyanazokból a pozíciókból), akkor az így kapott szavak még mindig különbözőek, és n d + 1 hosszúak. Az ilyen hosszú szavak száma szerepel az egyenlőtlenség jobb oldalán. Definíció Ha egy kódra a Singleton-korlát egyenlőséggel teljesül, akkor azt maximális távolságú szeparábilis kódnak (MDS-kód) nevezzük. Példa Az n-szeri ismétlés kódja. Ekkor d = n, és K = q.

Kódolás Diszkrét matematika 2. 2019. május 3. 11. Hibakorlátozó kódolás Tétel (Hamming-korlát) Ha K A n, A = q és K t-hibajavító, akkor K t j=0 ( ) n (q 1) j q n. j Bizonyítás Mivel a kód t-hibajavító, ezért bármely két kódszóra a tőlük legfeljebb t távolságra lévő szavak halmazai diszjunktak (Miért?). Egy kódszótól pontosan j távolságra lévő szavak száma ( ) n j (q 1) j (Miért?), így egy kódszótól legfeljebb t távolságra lévő szavak száma t ( n ) j=0 j (q 1) j. A jobb oldalon az n hosszú szavak száma szerepel (Miért?).

Kódolás Diszkrét matematika 2. 2019. május 3. 12. Hibakorlátozó kódolás Definíció Ha egy kódra a Hamming-korlát egyenlőséggel teljesül, akkor azt perfekt kódnak nevezzük. Példa (nem perfekt kódra) A (*) kód esetén K = 4, n = 5, q = 2 és t = 1. B.O.= 4 (( ) 5 0 (2 1) 0 + ( 5 1) ) (2 1) 1 = 4(1 + 5) = 24, J.O.= 2 5 = 32. Nem perfekt kód.

Kódolás Diszkrét matematika 2. 2019. május 3. 13. A kód távolságának és hibajelző képességének kapcsolata Tekintsünk egy kódot, aminek a távolsága d. Ha egy elküldött kódszó legalább 1, de d-nél kevesebb helyen sérül, akkor az így kapott szó biztosan nem kódszó, mivel két kódszó legalább d helyen különbözik. Tehát legfeljebb d 1 hiba esetén a kód jelez. A kódban van két olyan kódszó, amelyek távolsága d, és ha az egyiket küldik, és ez úgy változik meg, hogy éppen a másik érkezik meg, akkor d hiba történt, de nem vesszük észre. Tehát van olyan d hiba, amit a kód nem tud jelezni. Ezáltal a kód pontosan d 1-hibajelző.

Kódolás Diszkrét matematika 2. 2019. május 3. 14. A kód távolságának és hibajavító képességének kapcsolata Legyen a kód távolsága továbbra is d, és tegyük fel, hogy minimális távolságú dekódolást használunk. t < d 2 hiba esetén biztosan jól javítunk, hiszen a háromszög-egyenlőtlenség miatt az eredetileg elküldött kódszótól különböző bármely kódszó biztosan d 2 -nél több helyen tér el a vett szótól (Miért?). Másrészt legyenek u és w olyan kódszavak, amelyek távolsága d, és legyen v az a szó, amit úgy kapunk u-ból, hogy azon d pozícióból, amelyekben eltérnek, t d 2 helyre a w megfelelő pozíciójában lévő betűt írjuk. Ekkor v az u-tól t helyen, míg w-től d t d 2 t helyen különbözik. Ha a kód t-hibajavító lenne, akkor v-t egyrészt u-ra, másrészt w-re kellene javítania. Ezáltal a kód pontosan d 1 2 -hibajavító.

Kódolás Diszkrét matematika 2. 2019. május 3. 15. Definíció Legyen F véges test. Ekkor az F elemeiből képzett rendezett n-esek a komponensenkénti összeadással, valamint az n-es minden elemének ugyanazzal az F-beli elemmel való szorzásával egy F feletti n-dimenziós F n lineáris teret alkotnak. Ennek a térnek egy tetszőleges altere egy lineáris kód. Megjegyzés Itt F elemei a betűk, és F n elemei a szavak, az altér elemei a kódszavak. Jelölés Ha az altér k-dimenziós, a kód távolsága d, a test elemeinek a száma pedig q, akkor [n, k, d] q kódról beszélünk. Ha nem lényeges d és q értéke, akkor elhagyjuk őket a jelölésből, és [n, k]-t írunk.

Kódolás Diszkrét matematika 2. 2019. május 3. 16. Megjegyzés Egy [n, k, d] q kód esetén a Singleton-korlát alakja egyszerűsödik: q k q n d+1 k n d + 1. Példa 1) A (*) kód egy [5, 2, 3] 2 kód: (0,0) (0,0,0,0,0) (0,1) (0,1,1,1,0) (1,0) (1,0,1,0,1) (1,1) (1,1,0,1,1)

Kódolás Diszkrét matematika 2. 2019. május 3. 17. Példa folyt. 2) F q felett az ismétléses kód: pl. a háromszori ismétlés kódja: a (a, a, a). Ez egy [3, 1, 3] q kód. 3) Paritásbites kód (ha páros sok egyesre egészítünk ki): (b 1, b 2,..., b k ) (b 1, b 2,..., b k, k j=1 b j). Ez egy [n, n 1, 2] 2 kód. Definíció Az F ábécé feletti n hosszú u F n szó súlya alatt a nem-nulla koordinátáinak a számát értjük, és w(u)-val jelöljük. Egy K kód súlya a nem-nulla kódszavak súlyainak a minimuma: w(k) = min u 0 w(u).

Kódolás Diszkrét matematika 2. 2019. május 3. 18. Megjegyzés Egy szó súlya megegyezik a 0-tól vett távolságával: w(u) = d(u, (0, 0,..., 0)). Álĺıtás Ha K lineáris kód, akkor d(k) = w(k). Bizonyítás d(u, v) = w(u v) (Miért?), és mivel K linearitása miatt u, v K esetén u v K, ezért a minimumok is megegyeznek (Miért?).

Kódolás Diszkrét matematika 2. 2019. május 3. 19. Lineáris kód esetén a kódolás elvégezhető mátrixszorzással. Definíció Legyen G : F k q F n q egy teljes rangú lineáris leképzés, illetve G F n k q hozzá tartozó mátrix. K = Im(G) esetén G-t a K kód generátormátrixának nevezzük. a m 1 m 2. g 11 g 12 g 1k g 21 g 22 g 2k...... g n1 g n2 g nk m k c 1 c 2. c n

Kódolás Diszkrét matematika 2. 2019. május 3. 20. Példa 1) A (*) kód egy generátormátrixa: G = 1 0 0 1 1 1 0 1 1 0 2) A háromszori ismétlés kódjának egy generátormátrixa: G = 1 1 1

Kódolás Diszkrét matematika 2. 2019. május 3. 21. Példa folyt. 3) A paritásbites kód egy generátormátrixa: 1 0 0. 0 1... G =....... 0 0 0 1 1 1 1

Kódolás Diszkrét matematika 2. 2019. május 3. 22. Definíció Egy [n, k, d] q kódnak H F (n k) n q Hv = 0 v kódszó. Megjegyzés mátrix az ellenőrző mátrixa, ha A G mátrixhoz tartozó kódolásnak H pontosan akkor ellenőrző mátrixa, ha Ker(H) = Im(G) Példa 1) A (*) kód egy ellenőrző mátrixa: 1 1 1 0 0 H = 0 1 0 1 0 1 0 0 0 1

Kódolás Diszkrét matematika 2. 2019. május 3. 23. Példa folyt. 2) A háromszori ismétlés kódjának egy ellenőrző mátrixa: ( ) 1 1 0 H = 1 0 1 3) A paritásbites kód egy ellenőrző mátrixa: H = ( 1 1 1 )

Kódolás Diszkrét matematika 2. 2019. május 3. 24. Definíció Ha a kódszavak első k betűje megfelel az eredeti kódolandó szónak, akkor szisztematikus kódolásról beszélünk. Ekkor az első k karakter az üzenetszegmens, az utolsó n k pedig a paritásszegmens. Példa 1) A háromszori ismétlés kódja: ( a, a, a ) }{{} üz.sz. }{{} par.sz. 2) A paritásbites kód: n 1 (b 1, b 2,..., b n 1, b j ) }{{} j=1 üz.sz. }{{} par.sz.

Kódolás Diszkrét matematika 2. 2019. május 3. 25. Megjegyzés Szisztematikus kódolás esetén könnyen tudunk dekódolni: a paritásszegmens elhagyásával megkapjuk a kódolandó szót. Megjegyzés Egy szisztematikus kód generátormátrixa speciális alakú: ( ) Ik G =, P ahol I k F k k q egységmátrix, továbbá P F (n k) k q.

Kódolás Diszkrét matematika 2. 2019. május 3. 26. Álĺıtás Legyen G F n k q egy szisztematikus kód generátormátrixa: ( ) Ik G =. Ekkor H = ( ) P I P n k ellenőrző mátrixa a kódnak. Bizonyítás H G = ( ( ) ) Ik P I n k = P + P = 0 F (n k) k q P (H G) ij = k l=1 ( P) il (I k ) lj + n k l=1 (I n k) il (P) lj = p ij + p ij = 0. Tehát bármely u kódolandó szóra H(Gu) = (HG)u = 0u = 0, vagyis Im(G) Ker(H), amiből dim(im(g)) dim(ker(h)). dim(im(g)) = k és dim(ker(h)) k miatt viszont dim(im(g)) dim(ker(h)) is teljesül, így Im(G) = Ker(H). Példa Ld. korábban.

Kódolás Diszkrét matematika 2. 2019. május 3. 27. A kód távolsága leolvasható az ellenőrző mátrixból. Álĺıtás Legyen H egy [n, k] kód ellenőrző mátrixa. A H-nak pontosan akkor van l darab lineárisan összefüggő oszlopa, ha van olyan kódszó, aminek a súlya legfeljebb l. Bizonyítás Legyen H = ( ) h 1 h 2 h n. = Ekkor l j=1 u j h lj = 0. Tekintsük azt a vektort, aminek az l j -edik koordinátája u j, a többi pedig 0. Ez egyrészt kódszó lesz (Miért?), másrészt a súlya legfeljebb l. = Legyen u = (u 1, u 2,..., u n ) T az a kódszó, aminek a súlya l. Ekkor H-nak az u nem-nulla koordinátáinak megfelelő oszlopai lineárisan összefüggőek.

Kódolás Diszkrét matematika 2. 2019. május 3. 28. Következmény A kód távolsága a legkisebb pozitív egész l, amire létezik az ellenőrző mátrixnak l darab lineárisan összefüggő oszlopa. Példa A (*) kód esetén: H = 1 1 1 0 0 0 1 0 1 0 1 0 0 0 1 Egyik oszlopvektor sem a nullvektor, így nincs 1 darab lineárisan összefüggő oszlop. Egyik oszlopvektor sem többszöröse egy másiknak, így nincs 2 darab lineárisan összefüggő oszlop. Az 1., 3. és 5. oszlopok lineárisan összefüggőek, így a kód távolsága 3.

Kódolás Diszkrét matematika 2. 2019. május 3. 29. A H ellenőrző mátrix segítségével dekódolni is lehet. Definíció Adott v F n q esetén az s = Hv F n k q vektort szindrómának nevezzük. Megjegyzés A v pontosan akkor kódszó, ha s = 0. Definíció Legyen c a kódszó, v a vett szó. Az e = v c a hibavektor. Álĺıtás Hv = He. Bizonyítás Hv = H(c + e) = Hc + He = 0 + He = He

Kódolás Diszkrét matematika 2. 2019. május 3. 30. A dekódolás elve: v-ből kiszámítjuk a Hv szindrómát, ami alapján megbecsüljük az e hibavektort, majd meghatározzuk c-t a c = v e képlet segítségével. Definíció Valamely e hibavektorhoz tartozó mellékosztály az {e + c : c kódszó} halmaz. Megjegyzés Az e = 0-hoz tartozó mellékosztály a kód. Álĺıtás Az azonos mellékosztályban lévő szavak pontosan az azonos szindrómájú szavak. Bizonyítás Meggondolni...

Kódolás Diszkrét matematika 2. 2019. május 3. 31. Definíció Minden s szindróma esetén legyen e s az a minimális súlyú szó, melynek s a szindrómája. Ez az s szindrómához tartozó mellékosztály-vezető, a mellékosztály elemei e s + c alakúak, ahol c K kódszó. Szindrómadekódolás Adott v esetén tekintsük az s = Hv szindrómát, és az e s mellékosztály-vezetőt. Dekódoljuk v-t c = v e s -nek. Álĺıtás Legyen c a kódszó, v = c + e a vett szó, ahol e a hiba, és w(e) < d/2, ahol d a kód távolsága. Ekkor a szindrómadekódolás a minimális távolságú dekódolásnak felel meg.

Kódolás Diszkrét matematika 2. 2019. május 3. 32. Bizonyítás Egyrészt a korábbi álĺıtás alapján s = Hv = He, másrészt e s definíciója miatt s = He s. Ezért e és e s ugyanabban a mellékosztályban van, továbbá w(e s ) w(e). w(e e s ) = d(e, e s ) d(e, 0) + d(0, e s ) = w(e) + w(e s ) < d. De H(e e s ) = 0 miatt e e s kódszó (Miért?), így e = e s. Példa Tekintsük a (*) kódot. v = (1, 1, 0, 1, 1) T esetén Hv = 0, így v kódszó. v = (1, 1, 0, 0, 1) T esetén Hv = (0, 1, 0) T = s. Mi az s-hez tartozó mellékosztály-vezető? A (0, 0, 0, 1, 0) T súlya 1, és a szindrómája a keresett (0, 1, 0) T, így ez lesz a mellékosztály-vezető. c = v e s = (1, 1, 0, 0, 1) T (0, 0, 0, 1, 0) T = (1, 1, 0, 1, 1) T

Kódolás Diszkrét matematika 2. 2019. május 3. 33. Emlékeztető (Hamming-korlát) Ha K A n, A = q és K t-hibajavító, akkor K t j=0 ( ) n (q 1) j q n. j Egyenlőség esetén perfekt kódról beszélünk. Definíció Az 1-hibajavító perfekt lineáris kódot Hamming-kódnak nevezzük. Emlékeztető A kód távolsága a legkisebb pozitív egész l, amire létezik az ellenőrző mátrixnak l darab lineárisan összefüggő oszlopa.

Kódolás Diszkrét matematika 2. 2019. május 3. 34. Ha egy olyan bináris kódot készítünk, amelyre a H ellenőrző mátrix oszlopainak a különböző nemnulla, r hosszú vektorokat választjuk, akkor egy 1-hibajavító kódot kapunk (Miért?). Ekkor a Hamming-korlát alakja: 2 k (1 + n) 2 n. Egyenlőség esetén n = 2 n k 1, és pont ennyi n k hosszú, nemnulla vektor van. n = 2 r 1 esetén k = n log(n + 1), így a megfelelő (n, k) párok: n 3 7 15 31 63 127 k 1 4 11 26 57 120 Dekódolás Hamming-kód esetén: Ha csak 1 hiba van, akkor a hibavektornak csak egy koordinátája 1, a többi 0, így a szindróma az ellenőrző mátrix valamely oszlopa lesz. Ennek az oszlopnak megfelelő koordinátája hibás az üzenetben.

Kódolás Diszkrét matematika 2. 2019. május 3. 35. Példa n = 7, k = 4 és H = 1 0 1 1 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 1 0 0 0 1 G = 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0 v = (1, 1, 0, 0, 1, 1, 1) T esetén Hv = (0, 1, 1) T = s, ami a H 2. oszlopa, így a 2. koordináta romlott el, vagyis a küldött kódszó c = (1, 0, 0, 0, 1, 1, 1) T.

Kódolás Diszkrét matematika 2. 2019. május 3. 36. Megjegyzés A [7, 4]-es Hamming-kódot egy paritásbittel kiegészítve kapjuk a teletextnél használt kódolást. A [15, 11]-es Hamming-kódot egy paritásbittel kiegészítve a műholdas műsorszórásnál (DBS) használják. Definíció A K F n q kód ciklikus, ha minden (u 1, u 2,..., u n 1, u n ) K esetén (u 2, u 3,..., u n, u 1 ) K. Példa K = {000, 101, 110, 011, 111} bináris kód ciklikus. Megjegyzés Ez nem lineáris kód: 101 + 111 = 010 K.

Kódolás Diszkrét matematika 2. 2019. május 3. 37. Hibakorlátozó kódolás, Lineáris kódolás Eddig tartott a tizenegyedik kis témakör. Ebből a témakörből 2019. május 17. 10:15-10:30 között lesz két villámkérdés és a harmadik nagy témakörből (a kódelméleti két kis témakörből) a bizonyításra vonatkozó kérdés.