Anforderungen  |   Konzepte  |   Entwurf  |   Entwicklung  |   Qualitätssicherung  |   Lebenszyklus  |   Steuerung
 
 
 
 


Quelle  codemisc.gi   Sprache: unbekannt

 
#############################################################################
##
#A  codemisc.gi             GUAVA library                       Reinald Baart
#A                                                         Jasper Cramwinckel
#A                                                            Erik Roijackers
#A                                                                Eric Minkes
##
##  This file contains miscellaneous functions for codes
##

########################################################################
##
#F  CodeWeightEnumerator( <code> )
##
##  Returns a polynomial over the rationals
##  with degree not greater than the length of the code.
##  The coefficient of x^i equals
##  the number of codewords of weight i.
##

InstallMethod(CodeWeightEnumerator, "unrestricted code", true, [IsCode], 0,
function( code )

    return LaurentPolynomialByCoefficients(
                ElementsFamily(FamilyObj(Rationals)),
                WeightDistribution( code ),  0  );

end);


########################################################################
##
#F  CodeDistanceEnumerator( <code>, <word> )
##
##  Returns a polynomial over the rationals
##  with degree not greater than the length of the code.
##  The coefficient of x^i equals
##  the number of codewords with distance i to <word>.

InstallMethod(CodeDistanceEnumerator, "unrestricted code, codeword", true,
    [IsCode, IsCodeword], 0,
function( code, word )

    word := Codeword( word, code );

    return LaurentPolynomialByCoefficients(
        ElementsFamily(FamilyObj( Rationals )),
        DistancesDistribution( code, word ),  0  );

end);


########################################################################
##
#F  CodeMacWilliamsTransform( <code> )
##
##  Returns a polynomial with the weight
##  distribution of the dual code as
##  coefficients.
##

InstallMethod(CodeMacWilliamsTransform, "unrestricted code",
    true, [IsCode], 0,
function( code )
    local weightdist, transform, size, n, x, i, j, tmp;

    n := WordLength( code );

    # if dimension < n/2, or if non-linear code,
    # use weightdistribution of code,
    # else use weightdistribution of dual code
    if not IsLinearCode( code ) or Dimension( code ) < n / 2 then
        weightdist := WeightDistribution( code );
        size := Size( code );
        transform := List( [ 1 .. n+1 ], x -> 0 );
        for j in [ 0 .. n ] do
            tmp := 0;
            for i in [ 0 .. n ] do
                tmp := tmp + weightdist[ i+1 ] * Krawtchouk( j, i, n, 2 );
            od;
            transform[ j+1 ] := tmp / size;
        od;
    else
        transform := WeightDistribution( DualCode( code ) );
    fi;

    return LaurentPolynomialByCoefficients(
                ElementsFamily(FamilyObj( Rationals )),
                transform,  0  );
end);


########################################################################
##
#F  WeightVector( <vector> )
##
##  Returns the number of non-zeroes in a vector.

InstallMethod(WeightVector, "method for vector", true, [IsVector], 0,
function( vector )
    local pos, number, fieldzero;

    number := 0;
    fieldzero := Zero( Field( vector ) );

    for pos in [ 1 .. Length( vector ) ] do

        if vector[ pos ] <> fieldzero then
            number := number + 1;
        fi;

    od;

    return number;

end);


########################################################################
##
#F  RandomVector( <len> [, <weight> [, <field> ] ] )
##

InstallMethod(RandomVector, "length, weight, field", true,
    [IsInt, IsInt, IsField], 0,
function(len, wt, field)
    local  vec, coord, coordlist, elslist, i;

    if len <= 0 then
        Error( "RandomVector: length must be a positive integer" );
    fi;
    if wt < -1 or wt > len then
        Error( "RandomVector: <weight> must be an integer in the range",
               " -1 .. ", len );
    fi;


    vec := NullVector( len, field );
    if wt > 0 then
        coordlist := [ 1 .. len ];
        elslist := Difference( AsSSortedList( field ), [ Zero(field) ] );
        # make wt elements of the vector non-zero,
        # choosing uniformly between the other field-elements
        for i in [ 1 .. wt ] do
            coord := Random( coordlist );
            SubtractSet( coordlist, [ coord ] );
            vec[ coord ] := Random( elslist );
        od;
    # do nothing if w = 0
    elif wt = -1 then
        # for each coordinate, choose uniformly from
        # all field elements, including zero
        elslist := AsSSortedList( field );
        for i in [ 1 .. len ] do
            vec[ i ] := Random( elslist );
        od;
    fi;

    return vec;
end);

InstallOtherMethod(RandomVector, "length, weight, fieldsize", true,
    [IsInt, IsInt, IsInt], 0,
function(len, wt, q)
    return RandomVector(len, wt, GF(q));
end);

InstallOtherMethod(RandomVector, "length, weight", true, [IsInt, IsInt], 0,
function(len, wt)
    return RandomVector(len, wt, GF(2));
end);

InstallOtherMethod(RandomVector, "length, field", true, [IsInt, IsField], 0,
function(len, field)
    return RandomVector(len, -1, field);
end);

InstallOtherMethod(RandomVector, "length", true, [IsInt], 0,
function(len)
    return RandomVector(len, -1, GF(2));
end);


########################################################################
##
#F  IsSelfComplementaryCode( <code> )
##
##  Return true if <code> is a complementary code, false otherwise.
##  A code is called complementary if for every v \in <code>
##  also 1 - v \in <code> (where 1 is the all-one word).
##

InstallMethod(IsSelfComplementaryCode, "method for unrestricted code",
    true, [IsCode], 0,
function ( code )
    local size, els, selfcompl, alloneword, newword;
    if LeftActingDomain( code ) <> GF(2) then
        Error("IsSelfComplementaryCode: <code> is not a binary code" );
    elif IsLinearCode( code ) then
        return IsSelfComplementaryCode( code );
    else
        els := AsSSortedList( code );
        selfcompl := true;
        alloneword := AllOneCodeword( WordLength( code ), GF(2) );
        while Length( els ) > 0 and selfcompl = true do
            newword := alloneword - els[ 1 ];
            if newword <> els[ 1 ] then
                if newword in els then
                    els := Difference( els, [ newword ] );
                else
                    selfcompl := false;
                fi;
                els := Difference( els, [ els[ 1 ] ] );
            fi;
        od;
        return selfcompl;
    fi;
end);

InstallMethod(IsSelfComplementaryCode, "method for linear code",
    true, [IsLinearCode], 0,
function ( code )
    if LeftActingDomain( code ) <> GF(2) then
        Error("IsSelfComplementaryCode: <code> is not a binary code" );
    else
        return( AllOneCodeword( WordLength( code ), GF(2) ) in code );
    fi;
end);


########################################################################
##
#F  IsAffineCode( <code> )
##
##  Return true if <code> is affine, i.e. a linear code or
##  a coset of a linear code, false otherwise.
##

InstallMethod(IsAffineCode, "method for unrestricted code",
    true, [IsCode], 0,
function ( code )

    if IsLinearCode( code ) then
        return IsAffineCode( code );
    elif NullWord( code ) in code then
        # code cannot be a coset code of a linear code
        return false;
    elif not ( Size( code ) in List( [ 0 .. WordLength( code ) ],
            x -> Characteristic( LeftActingDomain( code ) ) ^ x ) ) then
        # the code must have a "dimension"
        return false;
    else
        # subtract the first codeword from all codewords.
        # if the resulting code is linear, then the
        # original code is affine.
        return IsLinearCode(
                       CosetCode( code, NullWord( code  )
                               - CodewordNr( code, 1 ) ) );
    fi;

end);

InstallTrueMethod(IsAffineCode, IsLinearCode);


########################################################################
##
#F  IsAlmostAffineCode( <code> )
##
##  Return true if <code> is almost affine, false otherwise.
##  A code is called almost affine if the size of any punctured
##  code is equal to q^r for some integer r, where q is the
##  size of the alphabet of the code.
##

InstallMethod(IsAlmostAffineCode, "method for unrestricted code",
    true, [IsCode], 0,
function( code )

    local F, n, i, j, subcode, sizelist, coordlist, almostaffine;

        if IsAffineCode( code ) then
            # every affine code is also almost affine
            almostaffine := true;
        else
            # not affine
            almostaffine := true;

            F := LeftActingDomain( code );

            # however, any code over GF(2) or GF(3) is affine
            # if it is almost affine.
            # so non-affine codes with q=2,3 are also not almost affine
            if Size( F ) = 2
               or Size( F ) = 3 then
                almostaffine := false;
            fi;

            n := WordLength( code );
            sizelist := List( [ 0 .. n ], x -> Characteristic( F ) ^ x );

            # first check whether the code itself is of size q^r
            if not ( Size( code ) in sizelist ) then
                almostaffine := false;
            else
                # now check for all possible puncturings
                i := 1;
                while almostaffine and i < n do
                    coordlist := List( Tuples( [ 1 .. n ], i ),
                                       x -> Difference( [ 1 .. n ], x ) );
                    j := 1;
                    while almostaffine
                      and j < Length( coordlist ) do
                        subcode := PuncturedCode( code, coordlist[ j ] );
                        # one fault is enough !
                        if not Size( subcode ) in sizelist then
                            almostaffine := false;
                        fi;
                        j := j + 1;
                    od;
                    i := i + 1;
                od;
            fi;
        fi;
    return almostaffine;
end);

InstallTrueMethod(IsAlmostAffineCode, IsAffineCode);


########################################################################
##
#F  IsGriesmerCode( <code> )
##
##  Return true if <code> is a Griesmer code, i.e. if
##  n = \sum_{i=0}^{k-1} d/(q^i), false otherwise.
##

InstallMethod(IsGriesmerCode, "method for unrestricted code",
    true, [IsCode], 0,
function( code )

    if IsLinearCode( code ) then
        return IsGriesmerCode( code );
    else
        Error( "IsGriesmerCode: <code> must be a linear code" );
    fi;

end);

InstallMethod(IsGriesmerCode, "method for linear code", true,
    [IsLinearCode], 0,
function( code )

    local n, k, d, q;

    n := WordLength( code );
    k := Dimension( code );
    d := MinimumDistance( code );
    q := Size( LeftActingDomain( code ) );
    return n = Sum( [ 0 .. k-1 ], x -> IntCeiling( d / q^x ) );
end);


########################################################################
##
#F  CodeDensity( <code> )
##
##  Return the density of <code>, i.e. M*V_q(n,r)/(q^n).
##

InstallMethod(CodeDensity, "method for unrestricted code", true,
    [IsCode], 0,
function ( code )

    local n, q, cr;

    cr := CoveringRadius( code );

    # Linear codes with redundancy >= 20 can return an interval
    # for the Covering Radius, so this test is necessary.
    if not IsInt( cr ) then
        Error( "CodeDensity: the covering radius of <code> is unknown" );
    fi;

    n := WordLength( code  );
    q := Size( LeftActingDomain( code ) );
    return Size( code )
           * SphereContent( n, CoveringRadius( code ), q )
           / q^n;

end);


########################################################################
##
#F  DecreaseMinimumDistanceUpperBound( <C>, <s>, <iteration> )
##
##  Tries to compute the minimum distance of C.
##  The algorithm is Leon's, see for more
##  information his article.

InstallMethod(DecreaseMinimumDistanceUpperBound,
    "method for unrestricted code, s, iteration",
    true, [IsCode, IsInt, IsInt], 0,
function(C, s, iteration)
    if IsLinearCode(C) then
        return DecreaseMinimumDistanceUpperBound(C, s, iteration);
    else
        Error("DecreaseMinimumDIstanceUB: <C> must be a linear code");
    fi;
end);

InstallMethod(DecreaseMinimumDistanceUpperBound,
    "method for linear code, s, iteration",
    true, [IsLinearCode, IsInt, IsInt], 0,
function ( C, s, iteration )
    # <C> is the code to compute the min. dist. for
    # <s> is the parameter to help find words with
    # small weight
    # <iteration> is number of iterations to perform

    local
          trials,    # the number of trials so far
          n, k,      # some parameters of the code C
          genmat,    # the generator matrix of C
          d,         # the minimum distance so far
          cont,      # have we computed enough trials ?
          N,         # the set { 1, ..., n }
          S,         # a random s-subset of N
          h, i, j,   # some counters
          sigma,     # permutation, mapping of N, mapping S on {1,...,s}
          tau,       # permutation, for eliminating first s columns of Emat
          Emat,      # genmat ^ sigma
          Dmat,      # (k-e,n-s) right lower submatrix of Emat
          e,         # rank of k * s submatrix of Emat
          nullrow,   # row of zeroes, for appending to Emat
          res,       # result from PutSemiStandardForm
          w,         # runs through all words spanned by Dmat
          t,         # weight of the current codeword
          v,         # word with current lowest weight
          Bmat,      # (e, n-s) right upper submatrix of Emat
          Bsupp,     # supports of differences of rows of Bmat
          Bweight,   # weights of rows of Bmat
          sup1, sup2,# temporary variables holding supports
          Znonempty, # true if e < s, false otherwise (indicates whether
                     # Zmat is a real matrix or not
          Zmat,      # ( s-e, e ) middle upper submatrix of Emat
          Zweight,   # weights of differences of rows of Zmat
          wsupp,     # weight of the current codeword w of D
          ij1,       # 0: i<>1 and j<>1 1: i=1 xor j=1 2: i=1 and j=1
          nullw,     # nullword of length s, begin of w
          PutSemiStandardForm,   # local function for partial Gaussian
                                 # elimination
          sups,      # the supports of the elements of B
          found;     # becomes true if a better minimum distance is
                     # found


    # check the arguments
    if s < 1 or s > Dimension( C ) then
        Error( "DecreaseMinimumDistanceUB: <s> must lie between 1 and the ",
               "dimension of <C>." );
    fi;
    if iteration < 1 then
        Error( "DecreaseMinimumDistanceLB: <iteration> must be at least zero." );
    fi;

    # the function PutSemiStandardForm is local
    ###########################################################################
    ##
    #F  PutSemiStandardForm( <mat>, <s> )
    ##
    ##  Put first s coordinates of mat in standard form.
    ##  Return e as the rank of the s x s left upper
    ##  matrix. The coordinates s+1, ..., n are not permuted.
    ##
    ##  This function is based on PutStandardForm.
    ##
    ##  (maybe it's better to make this function local
    ##   in DecreaseMinimumDistanceUpperBound)
    ##

    PutSemiStandardForm := function ( mat, s )

        local k, n, zero,
              stop, found,
              g, h, i, j,
              row, e, tau;

        k := Length(mat);     # number of rows: dimension
        n := Length(mat[1]);  # number of columns: wordlength

        zero := Zero(GF(2));
        stop := false;
        e := 0;
        tau := ( );

        for j in [ 1..s ] do
            if not stop then
                if mat[j][j] = zero then
                    # start looking for another pivot
                    i := j;
                    found := false;
                    while ( i <= s ) and not found do
                        h := j;
                        while ( h <= k ) and not found do
                            if mat[h][i] <> zero then
                                found := true;
                            else
                                h := h + 1;
                            fi;  # if mat[h][i] <> zero
                        od;  # while ( h <= k ) and not found
                        if not found then
                            i := i + 1;
                        fi;  # if not found
                    od;  # while ( i <= s ) and not found
                    if not found then
                        stop := true;
                    else
                        # pivot found at position (h,i)
                        # increase subrank
                        e := e + 1;
                        # permutate the matrix so that (h,i) <-> (j,j)
                        if h <> j then
                            row := mat[h];
                            mat[h] := mat[j];
                            mat[j] := row;
                        fi;  # if h <> j
                        if i <> j then
                            tau := tau * (i,j);
                            for g in [ 1 .. k ] do
                                mat[g] := Permuted( mat[g], (i,j) );
                            od;  # for g in [ 1..k ]
                        fi;  # if i <> j
                    fi;  # if not found
                else
                    e := e + 1;
                fi;  # if mat[j][j] = zero

                if not stop then
                    for i in [ 1..k ] do
                        if i <> j then
                            if mat[i][j] <> zero then
                                mat[i] := mat[i] + mat[j];
                            fi;  # if mat[i][j] <> zero
                        fi;  # if i <> j
                    od;  # for i in [ 1..k ]
                fi;  # if not stop
            fi;  # if not stop
        od;  # for j in [ 1..s ] do

        return [ e, tau ];

    end;

    n := WordLength( C );
    k := Dimension( C );
    genmat := GeneratorMat( C );

    # step 1. initialisation
    trials := 0;
    d := n;
    cont := true;
    found := false;

    while cont do

        # step 2.
        trials := trials + 1;
        InfoMinimumDistance( "Trial nr. ", trials, "   distance: ", d, "\n" );

        # step 3.  choose a random s-elements subset of N
        N := [ 1 .. WordLength( C ) ];
        S := [ ];
        for i in [ 1 .. s ] do
            S[ i ] := Random( N );  # pick a random element from N
            RemoveSet( N, S[ i ] ); # and remove it from N
        od;
        Sort( S );                  # not really necessary, but
                                    # it doesn't hurt either

        # step 4.  choose a permutation sigma of N,
        #          mapping S onto { 1, ..., s }
        Append( S, N );
        sigma := PermList( S ) ^ (-1);

        # step 5.  Emat := genmat^sigma (genmat is the generator matrix C)
        Emat := [ ];
        for i in [ 1 .. k ] do
            Emat[ i ] := Permuted( genmat[ i ], sigma );
        od;

        # step 6.  apply elementary row operations to E
        #          and perhaps a permutation tau so that
        #          we get the following form:
        #          [ I | Z | B ]
        #          [ 0 | 0 | D ]
        #          where I is the e * e identity matrix,
        #          e is the rank of the k * s left submatrix of E
        #          the permutation tau leaves { s+1, ..., n } fixed

        InfoMinimumDistance( "Gaussian elimination of E ... \n");

        res := PutSemiStandardForm( Emat, s );
        e := res[ 1 ];    # rank (in most cases equal to s)
        tau := res[ 2 ];  # permutation of { 1, ..., s }

        # append null-row to Emat (at front)
        nullrow := NullMat( 1, n, GF(2) );
        Append( nullrow, Emat );
        Emat := nullrow;

        InfoMinimumDistance( "Gaussian elimination of E ... done. \n" );

        # retrieve Dmat from Emat
        Dmat := [ ];
        for i in [ e + 1 .. k ] do
            Dmat[ i - e ] := List( [ s+1 .. n ], x -> Emat[ i+1 ][ x ] );
        od;

        # retrieve Bmat from Emat
        # we only need the support of the differences of the
        # rows of B
        Bmat := [ ];
        Bmat[ 1 ] := NullVector( n-s, GF(2) );
        for j in [ 2 .. e+1 ] do
            Bmat[ j ] := List( [ s+1 .. n ], x -> Emat[ j ][ x ] );
        od;

        InfoMinimumDistance( "Computing supports of B  ... \n" );
        sups := List( [ 1 .. e+1 ], x -> Support( Codeword( Bmat[ x ] ) ) );

        # compute supports of differences of rows of Bmat
        # and the weights of these supports
        # do this once every trial, instead of for each codeword,
        # to save time
        Bsupp := List( [ 1 .. e ], x -> [ ] );
        Bweight := List( [ 1 .. e ], x -> [ ] );
        for i in [ 1 .. e ] do
            sup1 := sups[ i ];
#            Bsupp[ i ] := List( [ i + 1 - KroneckerDelta( i, 1 ) .. e+1 ],
#                                x -> Difference( Union( sup1, sups[ x ] ),
#                                        Intersection( sup1, sups[ x ] ) ) );

            for j in [ i + 1 - KroneckerDelta( i, 1 ) .. e+1 ] do
                sup2 := sups[ j ];
                Bsupp[ i ][ j ] := Difference( Union( sup1, sup2 ),
                                               Intersection( sup1, sup2 ) );
                Bweight[ i ][ j ] := Length( Bsupp[ i ][ j ] );
            od;
        od;
        InfoMinimumDistance( "Computing supports of B  ... done. \n" );

        # retrieve Zmat from Emat
        # in this case we only need the weights of the supports of
        # the differences of the rows of Zmat
        # because we don't have to add them to codewords

        if e < s then

            InfoMinimumDistance( "Computing weights of Z   ... \n" );
            Znonempty := true;
            Zmat := List( [ 1 .. e ], x -> [ ] );
            Zmat[ 1 ] := NullVector( s-e, GF(2) );
            for i in [ 2 .. e+1 ] do
                Zmat[ i ] := List( [ e+1 .. s ], x -> Emat[ i ][ x ] );
            od;
            Zweight := List( [ 1 ..e ], x -> [ ] );
            for i in [ 1 .. e ] do
                for j in [ i + 1 - KroneckerDelta( i, 1 ) .. e+1 ] do
                    Zweight[ i ][ j ] :=
                      WeightCodeword( Codeword( Zmat[ i ] + Zmat[ j ] ) );
                od;
            od;
            InfoMinimumDistance( "Computing weights of Z   ... done. \n" );

        else
            Znonempty := false;
        fi;

        # step 7.  for each w in (n-s, k-e) code spanned by D
        for w in AsSSortedList( GeneratorMatCode( Dmat, GF(2) ) ) do
            wsupp := Support( w );

            # step 8.
            for i in [ 1 .. e ] do

                # step 9.
                for j in [ i + 1 - KroneckerDelta( i, 1 ) .. e+1 ] do

                    ij1 := KroneckerDelta( i, 1 ) + KroneckerDelta( j, 1 );

                    # step 10.
                    if Znonempty then
                        t := Zweight[ i ][ j ];
                    else
                        t := 0;
                    fi;

                    # step 11.
                    if t <= ij1 then

                        # step 12.
                        t := t
                             + Bweight[ i ][ j ]
                             + Length( wsupp )
                             - 2 * Length( Intersection(
                                     Bsupp[ i ][ j ], wsupp ) );
                        t := t + ( 2 - ij1 );
                        if 0 < t and t < d then

                            found := true;

                            # step 13.
                            d := t;
                            C!.upperBoundMinimumDistance :=
                              Minimum( UpperBoundMinimumDistance( C ), t );
                            # step 14.
                            nullw := NullVector( s, GF(2) );
                            Append( nullw, VectorCodeword( w ) );
                            v := Emat[ i ] + Emat[ j ] + nullw;
                            v := Permuted( v, tau ^ (-1) );
                            v := Permuted( v, sigma ^ (-1) );
                        fi;
                    fi;
                od;
            od;
        od;
        if iteration <= trials then
            cont := false;
        fi;
    od;
    if found then
        return rec( mindist := d, word := v );
    fi;
end);


[ Dauer der Verarbeitung: 0.34 Sekunden  (vorverarbeitet)  ]

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                     


Neuigkeiten

     Aktuelles
     Motto des Tages

Software

     Produkte
     Quellcodebibliothek

Aktivitäten

     Artikel über Sicherheit
     Anleitung zur Aktivierung von SSL

Muße

     Gedichte
     Musik
     Bilder

Jenseits des Üblichen ....

Besucherstatistik

Besucherstatistik

Monitoring

Montastic status badge