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

Hasonló dokumentumok
Hamming-kódnak. Definíci Az 1-hibajav1. nevezzük. F 2 fölötti vektorokkal foglalkozunk. se: zleményszavak hossza A H (r n)

Hibajavító kódok május 31. Hibajavító kódok 1. 1

Hibajavító kódolás (előadásvázlat, november 14.) Maróti Miklós

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

Diszkrét matematika 2.C szakirány

Diszkrét matematika 2.C szakirány

Kódelméleti és kriptográai alkalmazások

Diszkrét matematika 2.

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

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

1. feladatsor Komplex számok

KÓDOLÁSTECHNIKA PZH december 18.

Vektorterek. Több esetben találkozhattunk olyan struktúrával, ahol az. szabadvektorok esetében, vagy a függvények körében, vagy a. vektortér fogalma.

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

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

Irodalom. (a) A T, B T, (b) A + B, C + D, D C, (c) 3A, (d) AD, DA, B T A, 1 2 B = 1 C = A = 1 0 D = (a) 1 1 3, B T = = ( ) ; A T = 1 0

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

1. Diagonalizálás. A Hom(V) diagonalizálható, ha van olyan bázis, amelyben A mátrixa diagonális. A diagonalizálható van sajátvektorokból álló bázis.

Bevezetés az algebrába 2 Lineáris algebra alkalmazásai

Alapfogalmak a Diszkrét matematika II. tárgyból

Diszkrét matematika 2.C szakirány

Hibadetektáló és javító kódolások

10. Feladat. Döntse el, hogy igaz vagy hamis. Név:...

A lineáris algebrában központi szerepet betöltı vektortér fogalmát értelmezzük most, s megvizsgáljuk e struktúra legfontosabb egyszerő tulajdonságait.

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

Miller-Rabin prímteszt

Normák, kondíciószám

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)

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

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

dolás, felbontható kód Prefix kód Blokk kódk Kódfa

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

Bevezetés az algebrába 2

Lineáris algebra gyakorlat


Láng Csabáné Testbıvítés, véges testek

Kvadratikus alakok és euklideszi terek (előadásvázlat, október 5.) Maróti Miklós, Kátai-Urbán Kamilla

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

VIK A2 Matematika - BOSCH, Hatvan, 3. Gyakorlati anyag. Mátrix rangja

Lineáris leképezések. 2. Lineáris-e az f : R 2 R 2 f(x, y) = (x + y, x 2 )

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

Diszkrét matematika II. feladatok

Polinomok (el adásvázlat, április 15.) Maróti Miklós

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

Vektorterek. =a gyakorlatokon megoldásra ajánlott

Gy ur uk aprilis 11.

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

Nagy Gábor compalg.inf.elte.hu/ nagy

Diszkrét matematika 2.

Nagy Gábor compalg.inf.elte.hu/ nagy

Lineáris leképezések, mátrixuk, bázistranszformáció. Képtér, magtér, dimenziótétel, rang, invertálhatóság

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

Lineáris algebra 2. Filip Ferdinánd december 7. siva.banki.hu/jegyzetek

Diszkrét matematika 2 (C) vizsgaanyag, 2012 tavasz

7. Előadás. Megyesi László: Lineáris algebra, oldal. 7. előadás Elemi bázistranszformáció

A gyakorlati jegy

Diszkrét matematika alapfogalmak

Meghirdetés féléve 2 Kreditpont Összóraszám (elm+gyak) 2+0

Az R halmazt a valós számok halmazának nevezzük, ha teljesíti az alábbi 3 axiómacsoport axiómáit.

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

Absztrakt vektorterek

Diszkrét matematika II., 8. előadás. Vektorterek

1. Bázistranszformáció

Rang, sajátérték. Dr. Takách Géza NyME FMK Informatikai Intézet takach/ február 15

Nagy Viktor VÉGES TESTEK

Bázistranszformáció és alkalmazásai

Feladatok a Gazdasági matematika II. tárgy gyakorlataihoz

Nagy Gábor compalg.inf.elte.hu/ nagy

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

LINEÁRIS EGYENLETRENDSZEREK október 12. Irodalom A fogalmakat, definíciókat illetően két forrásra támaszkodhatnak: ezek egyrészt elhangzanak

FFT. Második nekifutás. Czirbusz Sándor ELTE IK, Komputeralgebra Tanszék október 2.

VEKTORTEREK I. VEKTORTÉR, ALTÉR, GENERÁTORRENDSZER október 15. Irodalom. További ajánlott feladatok

A parciális törtekre bontás?

Polinomok (előadásvázlat, október 21.) Maróti Miklós

1. előadás. Lineáris algebra numerikus módszerei. Hibaszámítás Számábrázolás Kerekítés, levágás Klasszikus hibaanalízis Abszolút hiba Relatív hiba

Nagy Gábor compalg.inf.elte.hu/ nagy

17. előadás: Vektorok a térben

Diszkrét matematika I. gyakorlat

Lineáris algebra. =0 iє{1,,n}

POLINOMOK VÉGES TESTEK FELETT

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

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

1. Határozzuk meg, hogy mikor egyenlő egymással a következő két mátrix: ; B = 8 7 2, 5 1. Számítsuk ki az A + B, A B, 3A, B mátrixokat!

Funkcionálanalízis. n=1. n=1. x n y n. n=1

Nagy Gábor compalg.inf.elte.hu/ nagy

Összeállította: dr. Leitold Adrien egyetemi docens

1.9. B - SPLINEOK B - SPLINEOK EGZISZTENCIÁJA. numerikus analízis ii. 34. [ a, b] - n legfeljebb n darab gyöke lehet. = r (m 1) n = r m + n 1

KOVÁCS BÉLA, MATEMATIKA I.

D I G I T Á L I S T E C H N I K A G Y A K O R L Ó F E L A D A T O K 1.

Polinomok, Lagrange interpoláció

8. Előadás. Megyesi László: Lineáris algebra, , oldal. 8. előadás Mátrix rangja, Homogén lineáris egyenletrendszer

KOVÁCS BÉLA, MATEMATIKA I.

1.1. Definíció. Azt mondjuk, hogy a oszója b-nek, vagy más szóval, b osztható a-val, ha létezik olyan x Z, hogy b = ax. Ennek jelölése a b.

3. Lineáris differenciálegyenletek

9. Előadás. Megyesi László: Lineáris algebra, oldal. 9. előadás Mátrix inverze, Leontyev-modell

Diszkrét matematika 2.C szakirány

Visontay Péter január. 1. Alapfogalmak

Tartalom. Állapottér reprezentációk tulajdonságai stabilitás irányíthatóság megfigyelhetőség minimalitás

Klasszikus algebra előadás. Waldhauser Tamás április 28.

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

Átírás:

Definíció. Hamming-kód Az -hibajavító, perfekt lineáris kódot Hamming-kódnak nevezzük. F fölötti vektorokkal foglalkozunk. Hamming-kód készítése: r egész szám (ellenırzı jegyek száma) n r a kódszavak hossza k r r a közleményszavak hossza A H (r n)-es mátrix j-edik oszlopában a j -es számrendszerbeli alakjának jegyei szerepelnek. * 4. Példa: r3 n7 k4 a [7,4] kód ellenırzı mátrixa: H 7. május 3. Hibajavító kódok 3.

7. május 3. Hibajavító kódok 3. 9. tétel: Az elıbbi szabállyal megadott kód Hamming-kód. Bizonyítás: A fenti * szabállyal megadott H mátrixban van három összefüggı oszlop, de bármely kettı lineárisan független. Így a kód minimális távolsága d3. hiba javító a kód. A Hamming-korlát teljesülése Mivel -hibajavító A kódszavak hossza nk+r: Ezt behelyettesítve a Hamming-korlátba: n n n K + r k r --r ( ) n r r r r r r K + + r r K

Beláttuk, hogy perfekt a kód: a kódszavak körüli sugarú gömbökben minden lehetséges r jegyő szó pontosan egyszer fordul elı. A * szabállyal Hamming kódot adtunk meg. 7. május 3. Hibajavító kódok 3. 3

Példa. Adjuk meg a 4. példabeli [7, 4] Hamming-kód H ellenırzı mátrixának ismeretében a kód (egyik) generátormátrixát. Megfelelı S permutációs mátrixszal a kódunk H ellenırzımátrixa HS(I n k, P) alakra hozható. P P (mod ). A G(P T, I k ) S T mátrix a H-nak megfelelı generátormátrix: T P H G H S I H k P k P P, + I ( I P ) n H k az oszlopok (3,4) transzpozíciójával 7. május 3. Hibajavító kódok 3. 4

7. május 3. Hibajavító kódok 3. 5 A H -nek megfelelı G mátrix (P T, I k ) alakú: Ebbıl a transzpozíciót újra alkalmazva megkapjuk a keresett G mátrixot. G G H

7. május 3. Hibajavító kódok 3. 6 Ha ezt a generátormátrixot alkalmazzuk a kódolásnál, mi lesz a ( ) üzenet kódja? A ( ) vektort jobbról szorozzuk G-vel. Az eredmény: ( ) G

Hibajavítás Hamming-kóddal: H A [7,4] Hamming-kód esetén b T () kódszó. H b( ) T. Tegyük fel, hogy az átvitel során egy hiba történt, mégpedig a 3. helyen. Az e T ( ) a hibavektor, a (b+e) T () vektor érkezik meg a csatornán. H (b+e) () T Ez a vektor a H mátrix 3. oszlopa, alulról olvasva éppen a 3 bináris alakja, rámutat arra, hogy a 3. pozícióban van a hiba. 7. május 3. Hibajavító kódok 3. 7

H Tegyük fel, hogy az átvitel során egy hiba történt, mégpedig a 7. helyen. e() a hibavektor, H (b+e)h ( ) T ( ) T Ez a 7 bináris értéke, ami azt mutatja, hogy a 7. jegy hibás. Ezzel a módszerrel mindig megkapjuk a hiba helyét, feltéve, hogy legfeljebb hiba történt. 7. május 3. Hibajavító kódok 3. 8

Egynél több hiba esetén a kód nem mőködik helyesen. Idınként nem ismeri fel a hibát, vagy rosszul javítja. Ha olyan hiba lép fel, mely maga is kódszó, akkor H (b+e) olyan mintha nem történt volna hiba. Ha a hiba két -est tartalmaz (kéthiba), akkor a kód egyhibának tekinti. 7. május 3. Hibajavító kódok 3. 9

6. példa. H [7,4] Hamming-kódnál feltételezve, hogy egynél több hiba nem lépett fel az átvitelnél, mi volt a továbbított kódvektor, ha. a T ( ). b T ( ) érkezett.. H a( ) T. A 6. hely hibás, ( ) T volt a küldött szó.. H b ( ) T. A kapott szó hibátlan. 7. május 3. Hibajavító kódok 3.

BCH-kód A Hamming-kód a kódelmélet hajnalán, az 94-es évek végére született meg. Több mint évvel késıbb történt a hasonló hatékonyságú -hibajavító kódok kifejlesztése. BCH-kódok: R. C. Bose, D. K. Chaudhuri és A. Hocquenghem. A véges testek nagy szerepe. A kételemő test (F T) feletti [n,k] kódokkal foglalkozunk. k a kód dimenziója, n a hossza, r n k az ellenırzı jegyek száma t-hibajavító kódot keresünk. Legyen n k+r rögzített, minél kisebb r értékkel minél nagyobb k értéket igyekszünk biztosítani. Más szavakkal T n -ben keresünk minél nagyobb K alteret, amelynek elemei (a kódszavak) legalább t + távolságra vannak egymástól. 7. május 3. Hibajavító kódok 3.

Megfelelı mérető H ellenırzı mátrixot készítünk. H-nak minél kevesebb sora legyen. Elıször olyan Q (mxn-es) mátrixot készítünk, amelynek bármely t oszlopa lineárisan független és lehetıleg kevés sora van. Másként: Q bármely legfeljebb t oszlopának összege legyen különbözı egymástól és ne legyen nulla vektor. Ez a Q egy t-hibajavító kódot definiál, így Q a kód kváziparitásellenırzı mátrixa. Ha Q sorai nem függetlenek, bizonyos sorokat amelyek függnek a többitıl - elhagyhatunk, hogy a maradék sorok függetlenek legyenek. (Ez nem változtat a mátrix hibajavítással kapcsolatos tulajdonságain.) 7. május 3. Hibajavító kódok 3.

-hibajavító BCH-kód. t. Legyen q 3 és n q. Hamming-korlátból adódik, hogy r q. A -hibajavító BCH kódnál r q. (Belátható, hogy r q teljesül.) Azonos n mellett a Hamming-kódhoz képest a -hibajavító BCH kódnál kétszer annyi ellenırzı jegyre van szükség. Q kvázi-paritásellenırzı mátrix definiálása: Q legyen (q x n) mérető. Elsı q sora legyen ugyanaz, mint a Hamming-kódnál, vagyis az oszlopok éppen T q nemnulla elemei. Most tekintsük T q -t q elemő testként. Ennek a testnek, és a T q vektortérnek az additív szerkezete megegyezik, ezért a testet is jelölhetjük T q -val. Legyen a (T q *, ) egyik generátoreleme. (T q *T q -{}). T q * elemei tehát i ( i q ). Q felsı felében ezek az elemek állnak. A Q alsó felében levı oszlopok a Q felsı felében levı elemek köbei. 7. május 3. Hibajavító kódok 3. 3

Q 3 6...... j 3 j Megmutatható, hogy a Q mátrix bármely legfeljebb oszlopának összege más és más nemnulla vektor, így Q -hibajavító BCHkód kvázi-paritásellenırzı mátrixa. Q rangja éppen q, s így Q a kód paritásellenırzı mátrixa. Definíció. t esetén legyen q 3, n q -, k q -q-. T q -t q -elemő testnek tekintjük. a (T q *, ) generátoreleme. T q * elemei i ( i q -). Legyen Q a fenti mátrix. Belátható, hogy ez a Q mátrix egy -hibajavító lineáris kódot definiál. Ezt a kódot -hibajavító BCH-kódnak nevezzük....... 7. május 3. Hibajavító kódok 3. 4

7. május 3. Hibajavító kódok 3. 5 7. példa. -hibajavító BCH-kód készítése. Legyen q4. A 4 6 elemő testben keressük a nemnulla elemek multiplikatív csoportjának egyik generáló elemét. Az fx 4 +x+ polinom gyökei megfelelnek. Legyen az f gyöke. A T 4 vektortér egy bázisa,,, 3, ezek lesznek most az egységvektorok. A többi hatvány koordinátáit a minimálpolinomból adódó 4 + ismételt alkalmazásával kaphatjuk meg. Az alábbi (8x5)-ös paritásellenırzı mátrixhoz jutunk.........................

t-hibajavító BCH-kód. Legyen most n q, r tq. A kód Q kvázi-paritásellenırzı mátrixa t darab q x n mérető blokkból áll. A felsı blokk oszlopai T q nemnulla elemei. Az i-edik blokk oszlopai a felsı blokkbeli vektoroknak (mint a T q test elemeinek) i -edik hatványai, i, 3,..., t (harmadik, ötödik, hetedik, stb. hatványok). Ha Q sorai összefüggık, akkor kiválasztunk közülük egy maximális független rendszert, ezek alkotják kódunk H paritásellenırzı mátrixát. 7. május 3. Hibajavító kódok 3. 6

7. május 3. Hibajavító kódok 3. 7 Definíció. Legyen q rögzített pozitív egész, amelyre q ->qt, n q -. T q -t q -elemő testnek tekintjük. a (T q *, ) generátoreleme. Legyen Q az a (tq x n) mérető mátrix, amelynek a j+-edik oszlopában egymás alatt rendre az alábbi t darab T q -beli vektor áll: j, 3j, 5j,..., (t-)j. Belátható, hogy a Q (tq x n) mérető mátrix soraiból kiválasztva egy maximális összefüggı rendszert, a kapott H paritásellenırzı mátrix t-hibajavító lineáris kódot határoz meg. Az ellenırzı jegyek száma r tq. Ezt a kódot t-hibajavító BCH-kódnak nevezzük. L L O M O M M M L L L L L L j t t t j j j Q ) ( 4 5 5 3 6 3

Polinomkódok. Legyen TF, és T m [x] a T feletti legfeljebb m -edfokú polinomok vektortere a szokásos mőveletekkel. Ekkor az... m a + x +... + m x m megfeleltetés izomorfizmus T m és T m [x] között. Azonosítsuk a T k és T n vektortereket a belılük a fenti izomorfizmussal létesített T k [x], illetve T n [x] vektorterekkel. Definíció. Legyen g egy rögzített s-edfokú polinom T felett. Legyen az A: T k [x] T n [x] leképezés a g polinommal történı szorzás, azaz A minden legfeljebb k -edfokú f polinomhoz a gf polinomot rendeli hozzá: Afgf. Az így definiált lineáris kódot polinomkódnak, a g polinomot pedig a kód generáló polinomjának nevezzük. 7. május 3. Hibajavító kódok 3. 8

Ha deg g < s, akkor minden kódszó végén s deg g darab nulla áll, ami semmire sem használható. Csak a deg g s eset érdekes. Ekkor a kódszavak éppen g többszörösei (polinomszorosai). 7. május 3. Hibajavító kódok 3. 9

A Hamming-kód polinomkód. Paritásellenırzı mátrixnak tekinthetı az r sorból és n r oszlopból álló H(... n- ) mátrix. Legyen az u γ γ... γ n T n vektornak megfelelı polinom: U γ + γ x +... + γ n x n T n [ x ] Az u vektor pontosan akkor kódszó, ha Hu, azaz n γ j j j Az U polinomnak gyöke a, vagyis u pontosan akkor kódszó, ha az F feletti m minimálpolinom osztója U-nak. Emiatt a Hammingkód olyan polinomkód, amelynek a generáló polinomja g m 7. május 3. Hibajavító kódok 3.

A BCH-kódok is polinomkódok Tekintsük a -hibajavító BCH-kódot. Az elızıekhez hasonlóan adódik, hogy u pontosan akkor kódszó, ha m és m 3 is osztója az U polinomnak, s így a generálópolinomés 3 minimálpolinomjának a legkisebb közös többszöröse: [ ] m, 3 m Hasonlóan kapjuk tetszıleges t esetre vonatkozólag: g Jelöljük j F feletti minimálpolinomját m j -vel. A t-hibajavító BCH-kód olyan polinomkód, amelynek a generáló polinomja g t [ m m m ],,..., t A kódban az ellenırzıjegyek száma éppen a g t generáló polinom foka. Az stq pontosan akkor teljesül, ha 3... t- mindegyike q-adfokú F felett és semelyik kettınek sem ugyanaz a minimálpolinomja. 7. május 3. Hibajavító kódok 3.

Irodalomjegyzék G. Birkhoff-T. C. Bartee: A modern algebra a számítógéptudományban Mőszaki Könyvkiadó, 974 Demetrovics, Denev, Pavlov: A számítástudomány matematikai alapjai Tankönyvkiadó, Budapest, 985 Freud Róbert: Lineáris algebra ELTE Eötvös Kiadó, Budapest, 996 Gonda János: Bevezetı fejezetek a matematikába III. ELTE TTK, Bp. 998 Gyırfi László-Gyıri Sándor-Vajda István: Információ és kódelmélet Typotex Kiadó, Jablonszkij, Lupanov: Diszkrét matematika a számítástudományban Mőszaki Könyvkiadó, 98 Járai Antal: Bevezetés a matematikába Eötvös Kiadó, Budapest, 5 7. május 3. Hibajavító kódok 3.