[go: up one dir, main page]

JP2014110533A - Encoding device, method and program, and recording medium - Google Patents

Encoding device, method and program, and recording medium Download PDF

Info

Publication number
JP2014110533A
JP2014110533A JP2012264034A JP2012264034A JP2014110533A JP 2014110533 A JP2014110533 A JP 2014110533A JP 2012264034 A JP2012264034 A JP 2012264034A JP 2012264034 A JP2012264034 A JP 2012264034A JP 2014110533 A JP2014110533 A JP 2014110533A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
probability
random number
probability distribution
predetermined
number sequence
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2012264034A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP5722296B2 (en
Inventor
Jun Muramatsu
純 村松
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NTT Inc
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Telegraph and Telephone Corp filed Critical Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority to JP2012264034A priority Critical patent/JP5722296B2/en
Publication of JP2014110533A publication Critical patent/JP2014110533A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5722296B2 publication Critical patent/JP5722296B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Compression, Expansion, Code Conversion, And Decoders (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide technology for encoding information on the basis of technology for a series of random numbers conforming to second probability distribution.SOLUTION: Processing by a probability distribution generation unit which generates third probability distribution which is a distribution of third probabilities about all of instances that can be taken on, assuming a third probability, which is a probability about instances, to be a probability corresponding to a product of a first probability with which an instance of a series of already generated random numbers occurs when it is made a condition, and a second probability with which a series of remaining random numbers generated next time and on satisfies a prescribed condition when the series of already generated random numbers and random numbers generated this time are made conditions, and processing by a random number generation unit which generates one instance as a random number according to the of distribution third probabilities are executed repeatedly. The prescribed condition is a condition representing the relationship between message and prescribed shared information and a series of a plurality of values by using a prescribed function.

Description

この発明は、情報を符号化する技術に関する。   The present invention relates to a technique for encoding information.

複数の値の系列である実現値についての確率を所定の第一確率分布においてその実現値が出現する確率に応じた確率とし、所定の条件を満たす全ての上記複数の値の系列である実現値についての上記確率の分布である第二確率分布に従う乱数の系列を生成する技術、及び、この技術に基づいて情報を符号化する技術はこれまで提案されていない。   The probability of an actual value that is a sequence of a plurality of values is a probability corresponding to the probability that the actual value appears in a predetermined first probability distribution, and the actual value that is a sequence of all the multiple values that satisfy a predetermined condition A technique for generating a sequence of random numbers according to the second probability distribution, which is the probability distribution of the above, and a technique for encoding information based on this technique have not been proposed so far.

この発明は、第二確率分布に従う乱数の系列を生成する技術に基づいて情報を符号化する符号化装置、方法、プログラム及び記録媒体を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide an encoding apparatus, method, program, and recording medium for encoding information based on a technique for generating a sequence of random numbers according to the second probability distribution.

この発明の一態様による符号化装置は、複数の値の系列である実現値についての確率を所定の第一確率分布においてその実現値が出現する確率に応じた確率とし、所定の条件を満たす全ての複数の値の系列である実現値についての確率の分布を第二確率分布として、実現値についての確率である第三確率を、既に生成された乱数の系列を条件としたときにその実現値が出現する第一確率と、既に生成された乱数の系列及び今回生成される乱数を条件としたときに次回以降生成される残りの乱数の系列が所定の条件を満たす第二確率と、の積に応じた確率とし、取りうる全ての実現値についての第三確率の分布である第三確率分布を生成する確率分布生成部と、第三確率分布に従い1つの実現値を乱数として生成する乱数生成部と、確率分布生成部及び乱数生成部の処理を繰り返すことにより、第二確率分布に従う乱数の系列を生成させる制御部と、を備え、所定の条件は、メッセージ及び所定の共有情報と、複数の値の系列との関係を所定の関数を用いて表現した条件である。   An encoding apparatus according to an aspect of the present invention sets a probability for an actual value that is a sequence of a plurality of values as a probability corresponding to a probability that the actual value appears in a predetermined first probability distribution, and satisfies all the predetermined conditions The probability distribution for the realized value that is a series of a plurality of values is defined as the second probability distribution, and the third probability that is the probability for the realized value is the condition when the already generated random number sequence is used as a condition. Product of the first probability of occurrence and the second probability that the sequence of random numbers that have already been generated and the random number that is generated this time satisfy the predetermined condition A probability distribution generation unit that generates a third probability distribution that is a distribution of the third probability for all possible real values, and a random number generator that generates one real value as a random number according to the third probability distribution Part and probability distribution students And a control unit that generates a sequence of random numbers according to the second probability distribution by repeating the processing of the unit and the random number generation unit, and the predetermined condition includes a message and predetermined shared information, and a sequence of a plurality of values This is a condition expressing the relationship using a predetermined function.

第二確率分布に従う乱数の系列を生成する技術に基づいて情報を符号化することができる。   Information can be encoded based on a technique for generating a sequence of random numbers according to the second probability distribution.

乱数系列生成装置の例を説明するためのブロック図。The block diagram for demonstrating the example of a random number series production | generation apparatus. 乱数系列生成装置の他の例を説明するためのブロック図。The block diagram for demonstrating the other example of a random number series production | generation apparatus. 乱数系列生成方法の例を説明するためのフローチャート。The flowchart for demonstrating the example of the random number series production | generation method. 第一実施形態の符号化装置及び復号装置の例を説明するためのブロック図。The block diagram for demonstrating the example of the encoding apparatus and decoding apparatus of 1st embodiment. 第一実施形態の符号化装置及び復号装置の例を説明するためのブロック図。The block diagram for demonstrating the example of the encoding apparatus and decoding apparatus of 1st embodiment. 第二実施形態の符号化装置及び復号装置の例を説明するためのブロック図。The block diagram for demonstrating the example of the encoding apparatus and decoding apparatus of 2nd embodiment. 第二実施形態の符号化装置及び復号装置の例を説明するためのブロック図。The block diagram for demonstrating the example of the encoding apparatus and decoding apparatus of 2nd embodiment. 第三実施形態の符号化装置及び復号装置の例を説明するためのブロック図。The block diagram for demonstrating the example of the encoding apparatus and decoding apparatus of 3rd embodiment. 第四実施形態の符号化装置及び復号装置の例を説明するためのブロック図。The block diagram for demonstrating the example of the encoding apparatus and decoding apparatus of 4th embodiment. 符号化方法の例を説明するためのフローチャート。The flowchart for demonstrating the example of the encoding method. 復号方法の例を説明するためのフローチャート。The flowchart for demonstrating the example of a decoding method.

[記法の説明]
まず、記法の説明を行う。Xが確率変数であるとき、Xのとり得る値の集合を[X]と記す。集合Sの大きさ、すなわち集合Sに含まれる要素の数を|S|と記す。差集合をS\S’と記し、これは集合Sに含まれており、かつ集合S’に含まれていない要素全体からなる集合を表す。
[Description of notation]
First, the notation is explained. When X is a random variable, the set of possible values of X is denoted as [X]. The size of the set S, that is, the number of elements included in the set S is denoted as | S |. The difference set is denoted as S \ S ′, which represents a set that is included in the set S and is composed of all the elements that are not included in the set S ′.

Xn≡(X1,X2,…,Xn)はn次元の確率変数で、その実現値をxn≡(x1,x2,…,xn)と記す。
[Xn]≡[X1]×[X2]×…×[Xn]と記す。確率変数Xと対応する確率分布をpXと記す。なお、pXをp_(X)と記すこともある。
X n ≡ (X 1 , X 2 ,..., X n ) is an n-dimensional random variable, and its realization value is denoted as x n ≡ (x 1 , x 2 ,..., X n ).
[X n ] ≡ [X 1 ] × [X 2 ] ×… × [X n ]. The probability distribution corresponding to the random variable X is denoted as p X. It should be noted, it is sometimes referred to as p_ the p X (X).

Φは一般には関数を表し、Φ(xn)は関数Φのベクトルxnにおける値を表す。qを素数として、関数Φ:GF(q)n→GF(q)mがq元の有限体GF(q)上ベクトル空間の線形写像の場合、 Φ generally represents a function, and Φ (x n ) represents the value of the function Φ in the vector x n . If q is a prime number and the function Φ: GF (q) n → GF (q) m is a linear mapping of the vector space over the finite field GF (q) of q,

Figure 2014110533
Figure 2014110533

のように行列で表記する。このとき、xnは列ベクトル It is expressed as a matrix. Where x n is a column vector

Figure 2014110533
Figure 2014110533

となる。この場合はΦ(xn)をΦxnと記す。 It becomes. In this case, Φ (x n ) is denoted as Φx n .

変数のとり得る値の集合が有限であることが明示されていないときは、連続値をとることができる。また、和Σをとる変数が連続値である場合にはΣは積分∫となる。   If it is not explicitly stated that the set of possible values of a variable is finite, continuous values can be taken. If the variable for which the sum Σ is taken is a continuous value, Σ is an integral ∫.

[制約条件を満たす素朴な乱数系列生成法]
関数の集合Φ≡{φs:[Xn]→Vs}s=1 lに対してΦ(xn)∈V1×V2×…×Vl
[A simple random number generation method that satisfies the constraints]
Φ (x n ) ∈V 1 × V 2 ×… × V l for a set of functions Φ≡ {φ s : [X n ] → V s } s = 1 l

Figure 2014110533
Figure 2014110533

と定義する。vl≡(v1,v2,…,vl)及び確率変数Xn≡(X1,X2,…,Xn)の分布pX nが与えられたときに、次式で定義されるμ(xn)を考える。 It is defined as Given the distribution p X n of v l ≡ (v 1 , v 2 , ..., v l ) and the random variable X n ≡ (X 1 , X 2 , ..., X n ), Consider μ (x n ).

Figure 2014110533
Figure 2014110533

所定の条件をΦ(xn)=vlとし、所定の第一確率分布をpX nとすると、実現値xn≡(x1,x2,…,xn)についての確率μ(xn)は、所定の第一確率分布pX nにおいてその実現値xnが出現する確率に応じた確率である。 When the predetermined condition is Φ (x n ) = v l and the predetermined first probability distribution is p X n , the probability μ (x for the real value x n ≡ (x 1 , x 2 , ..., x n ) n ) is a probability corresponding to the probability that the actual value x n appears in the predetermined first probability distribution p X n .

ここでは、所定の条件Φ(x)=vを満たす全ての実現値についての確率μ(xn)の分布(第二確率分布)に従ういずれか一つの実現値xnを乱数の系列として発生させる素朴な2つの方法を記述する。 Here, any one real value x n according to the distribution (second probability distribution) of the probability μ (x n ) for all real values satisfying the predetermined condition Φ (x n ) = v l is used as a sequence of random numbers. Two simple methods to generate are described.

<方法1>
まず最初に、Φ(xn)=vlを満たすxnを列挙した集合Ωを求める。続いて、各xn∈Ωについて、関係式
<Method 1>
First, a set Ω that enumerates x n satisfying Φ (x n ) = v l is obtained. Then, for each x n ∈Ω, the relational expression

Figure 2014110533
Figure 2014110533

を用いて(a2)の右辺を計算することにより、確率分布μを求める。最後に、確率分布μに従いxn∈Ωを選択する。 The probability distribution μ is obtained by calculating the right side of (a2) using. Finally, x n ∈Ω is selected according to the probability distribution μ.

なお、<方法1>において、入力はpX n、関数の集合Φ及びベクトルvlであり、出力は乱数xnである。 In <Method 1>, the input is p X n , the function set Φ and the vector v l , and the output is a random number x n .

<方法2>
確率分布pX nに従いxn∈[Xn]を選択する。続いて、xnが条件Φ(xn)=vlを満たすかどうかを確認する。これをΦ(xn)=vlを満たすxnが選択されるまで繰り返し、最終的に、この条件を満たすxnを乱数の系列として出力して終了する。
<Method 2>
Select x n ∈ [X n ] according to the probability distribution p X n . Then, x n to see if it meets the conditions Φ (x n) = v l . This is repeated until x n satisfying Φ (x n ) = v l is selected. Finally, x n satisfying this condition is output as a sequence of random numbers, and the process ends.

なお、<方法2>において、入力はpX n、関数の集合Φ及びベクトルvlであり、出力は乱数xnである。 In <Method 2>, the input is p X n , the function set Φ and the vector v l , and the output is a random number x n .

<方法1>では、Φ(xn)=vlを満たすxnを列挙した集合Ωを求める必要があるが、一般に|Ω|はnの増大に伴い指数的に増大するため、集合Ωを求めることが困難となる可能性がある。この事実は(a3)の計算も困難とするため、確率分布μを求めることも困難となる可能性がある。また、仮に、確率分布μが求まったとしても、μに従いxn∈Ωを選択することも困難となる可能性がある。さらに、pX nが事前に固定されている場合は、Ωやμを事前に計算して記憶部に記録することもできるが、この場合は記憶量がnとともに指数的に増大する可能性がある。 In <Method 1>, it is necessary to obtain a set Ω that enumerates x n satisfying Φ (x n ) = v l , but in general, | Ω | increases exponentially as n increases. It can be difficult to find. Since this fact makes it difficult to calculate (a3), it may be difficult to obtain the probability distribution μ. Moreover, even if the probability distribution μ is obtained, it may be difficult to select x n ∈Ω according to μ. Furthermore, when p X n is fixed in advance, Ω and μ can be calculated in advance and recorded in the storage unit, but in this case, the storage amount may increase exponentially with n. is there.

<方法2>では、Φ(xn)=vlを満たすxnを選択するまで繰り返し乱数を発生させるが、一般にΦ(xn)=vlを満たすxnを選択する確率はnとともに指数的に0に近付くことから、繰り返し回数が指数的に増大する可能性がある。 In <Method 2>, random numbers are repeatedly generated until x n satisfying Φ (x n ) = v l is selected. Generally, the probability of selecting x n satisfying Φ (x n ) = v l is an exponent together with n. Since it approaches zero, the number of iterations may increase exponentially.

[乱数系列生成装置及び方法の第一実施形態]
以下では、関数の集合Φ≡{φs:[Xn]→Vs}s=1 lとvl≡(v1,v2,…,vl)を与え、Φ(xn)∈V1×V2×…×Vlを(a1)で定義したときに、(a2)の確率分布μに従う乱数の系列xnを発生させる乱数系列生成装置について説明する。
[First Embodiment of Random Number Sequence Generation Apparatus and Method]
In the following, a set of functions Φ≡ {φ s : [X n ] → V s } s = 1 l and v l ≡ (v 1 , v 2 ,…, v l ) are given, and Φ (x n ) ∈V A random number sequence generation device that generates a sequence x n of random numbers according to the probability distribution μ of (a2) when 1 × V 2 ×... × V l is defined by (a1) will be described.

T(s)⊂{1,2,…,n}を関数φs(xn)を計算する際に使用する変数xn≡(x1,x2,…,xn)のインデックスの集合とする。xT(s)をxnからインデックス集合T(s)と対応する部分を取り出した|T(s)|次元のベクトルとする。以下では、関数φs(xn)を計算する際に使用する変数だけに注目して、φs(xn)をφs(xT(s))と記す。例えば、関数φs(xn)を計算するときに使用する変数がx1,x2であるときには、T(s)={1,2},φs(xT(s))≡φs(x1,x2)=φs(xn)を満たしている。 T (s) ⊂ {1,2, ..., n} is used to calculate the function φ s (x n ) and the set of indices of variables x n ≡ (x 1 , x 2 , ..., x n ) To do. Let xT (s) be a | T (s) | -dimensional vector obtained by extracting a portion corresponding to the index set T (s) from xn . In the following, focusing on only variables used in calculating the function φ s (x n ), φ s (x n ) is denoted as φ s (x T (s) ). For example, if the variables used when calculating the function φ s (x n ) are x 1 and x 2 , T (s) = {1,2}, φ s (x T (s) ) ≡φ s (x 1 , x 2 ) = φ s (x n ) is satisfied.

Φ≡{φs:[Xn]→Vs}s=1 lより定まるχ(xT(s),vs)を次のように定義する。 Χ (x T (s) , v s ) determined from Φ≡ {φ s : [X n ] → V s } s = 1 l is defined as follows.

Figure 2014110533
Figure 2014110533

確率分布pX nを次のように分解する。 The probability distribution p X n is decomposed as follows.

Figure 2014110533
Figure 2014110533

ここで、上式の右辺でt=1の時には   Here, when t = 1 on the right side of the above equation

Figure 2014110533
Figure 2014110533

とする。例えば、pX nが無記憶の場合は、 And For example, if p X n is memoryless,

Figure 2014110533
Figure 2014110533

となり、pX nがδ次Markov性を持つ場合は When p X n has δ-order Markov property

Figure 2014110533
Figure 2014110533

となる。
乱数系列生成装置1は、図1に示すように、制御部11、確率分布生成部12、乱数生成部13、記憶部14及び乱数推定部15を例えば備えている。
It becomes.
As shown in FIG. 1, the random number sequence generation device 1 includes, for example, a control unit 11, a probability distribution generation unit 12, a random number generation unit 13, a storage unit 14, and a random number estimation unit 15.

(a2)で定義された確率分布μに従う乱数を発生させるために、乱数系列生成装置は次の処理を実行する。以下、Σはその下に書かれている変数の全てのとり得る値に関する和を表すこととする。例えば、Σxtは全てのxt∈[Xt]に関する和である。 In order to generate random numbers according to the probability distribution μ defined in (a2), the random number sequence generation device executes the following processing. In the following, Σ represents the sum of all possible values of the variable written below. For example, Σ xt is the sum over all x t ∈ [X t ].

制御部11は、k=1とする(ステップA1,図3)。   The control unit 11 sets k = 1 (step A1, FIG. 3).

確率分布生成部12が、次式により定義される関数fk(xk)を求める(ステップA2)。関数fk(xk)は、例えばsum-productアルゴリズムを実行することにより求めることができる。sum-productアルゴリズムについては、後述する。 The probability distribution generation unit 12 obtains a function f k (x k ) defined by the following equation (step A2). The function f k (x k ) can be obtained, for example, by executing a sum-product algorithm. The sum-product algorithm will be described later.

Figure 2014110533
Figure 2014110533

なお、上式の右辺ではこれまでに記録したx1,…,xk-1を代入する。 In the right side of the above equation, x 1 ,..., X k−1 recorded so far are substituted.

また、χ(xT(s),vs)が定数となったものを記録しておけば将来の計算を省略できる。例えばT(s)が{1,…,k}である場合には、χ(xT(s),vs)の値はxk+1,…,xnの値によらず0又は1となり定数となる。この場合、定数であるχ(xT(s),vs)を次回以降の繰り返し処理で用いるために記憶部14に記録する。 Further, if a record in which χ (x T (s) , v s ) is a constant is recorded, future calculations can be omitted. For example, if T (s) is {1, ..., k}, the value of χ (x T (s) , v s ) is 0 or 1 regardless of the values of x k + 1 , ..., x n And become a constant. In this case, a constant χ (x T (s) , v s ) is recorded in the storage unit 14 for use in the next and subsequent iterations.

x1,…,xk-1を既に生成された乱数の系列とし、今回生成される乱数をxkとし、次回以降生成される残りの乱数の系列をxk+1,…,xnとすると、(a5)の右辺の分子に現れる x 1 , ..., x k-1 is a sequence of already generated random numbers, a random number generated this time is x k, and a sequence of remaining random numbers generated after the next time is x k + 1 , ..., x n Then, it appears in the molecule on the right side of (a5)

Figure 2014110533
Figure 2014110533

は、既に生成された乱数の系列x1,…,xt-1を条件としたときに実現値xtが出現する第一確率と言える。 Can be said to be the first probability that the realization value x t appears when the sequence of generated random numbers x 1 ,..., X t−1 is used as a condition.

また、(a5)の右辺の分子に現れる   It also appears in the molecule on the right side of (a5)

Figure 2014110533
Figure 2014110533

は、既に生成された乱数の系列x1,…,xk-1及び今回生成される乱数xkを条件としたときに、次回以降生成される残りの乱数の系列xk+1,…,xnが、所定の条件(この場合、Φ(xn)=vl)を満たす第二確率と言える。 Is a sequence of random numbers x 1 ,..., X k−1 that have already been generated and a random number x k that is generated this time, and the remaining random number sequences x k + 1 ,. It can be said that x n is a second probability that satisfies a predetermined condition (in this case, Φ (x n ) = v l ).

(a5)の分母は正規化項なので、例えば(a5)で表されるfk(xk)は、実現値が上記第一確率と上記第二確率との積に応じた値である確率分布ということができる。 Since the denominator of (a5) is a normalized term, for example, f k (x k ) represented by (a5) is a probability distribution whose real value is a value corresponding to the product of the first probability and the second probability. It can be said.

乱数生成部13が、確率分布fk(xk)に従い乱数xkを発生させ記憶部14に記録する(ステップA3)。 The random number generation unit 13 generates a random number x k according to the probability distribution f k (x k ) and records it in the storage unit 14 (step A3).

制御部11は、k=nであるか判定する(ステップA4)。   The controller 11 determines whether k = n (step A4).

k=nであれば、制御部11は、これまでに記録した変数の値を連結したxn≡(x1,x2,…,xn)を出力して終了する(ステップA5)。 If k = n, the control unit 11 outputs x n ≡ (x 1 , x 2 ,..., x n ) obtained by concatenating the values of the variables recorded so far, and ends (step A5).

k<nであれば、制御部11は、これまでに記録した(x1,…,xk)からΦ(xn)=vlを満たす残りの変数の値(xk+1,…,xn)が唯一に定まるかどうかを確認する(ステップA6)。 If k <n, the control unit 11 determines the remaining variable values (x k + 1 ,..., x) satisfying Φ (x n ) = v l from (x 1 ,..., x k ) recorded so far. It is confirmed whether or not x n ) is uniquely determined (step A6).

もし唯一定まるのであれば、乱数推定部15は(xk+1,…,xn)を求めてxn≡(x1,x2,…,xn)を出力して終了する(ステップA7)。なお、唯一定まるかどうかを確認するための基準及びこの場合の(xk+1,…,xn)の求め方の例は、乱数系列生成装置及び方法の第二実施形態で説明する。 If If the only determined, the random number estimating unit 15 (x k + 1, ..., x n) x n ≡ (x 1, x 2, ..., x n) seeking to terminate with a (step A7 ). An example of a criterion for confirming whether or not it is determined and an example of how to obtain (x k + 1 ,..., X n ) in this case will be described in the second embodiment of the random number sequence generation device and method.

唯一に定まらない場合には、制御部11はkの値を1増やしてステップA2に戻る(ステップA8)。   If not uniquely determined, the controller 11 increases the value of k by 1 and returns to step A2 (step A8).

このようにして、制御部11は、確率分布生成部12及び乱数生成部13の処理を繰り返すことにより、確率分布μに従う乱数の系列を生成させる。   In this manner, the control unit 11 repeats the processing of the probability distribution generation unit 12 and the random number generation unit 13 to generate a random number sequence according to the probability distribution μ.

なお、ステップA6及びステップA7の処理は行わなくてもよい。例えば、(xk+1,…,xn)が唯一に定まるかどうかを確認する処理に時間がかかるか、この確認をすることができない場合、また唯一定まる(xk+1,…,xn)を求める処理に時間がかかるか、この処理をすることができない場合、この確認処理を省略し、k<nであればkの値を1増やしてステップA2に戻る構成としてもよい。この場合、乱数系列生成装置1は、図2に例示するように、乱数推定部15を備えていなくてもよい。 Note that the processing of step A6 and step A7 may not be performed. For example, if it takes time to confirm whether (x k + 1 , ..., x n ) is uniquely determined or if this confirmation cannot be performed, it is also determined (x k + 1 , ..., x If the process for obtaining n ) takes time or cannot be performed, the confirmation process may be omitted, and if k <n, the value of k may be increased by 1 and the process may return to step A2. In this case, the random number sequence generation device 1 may not include the random number estimation unit 15 as illustrated in FIG.

乱数系列生成装置1の入力は確率分布の集合{p_(Xt|X1 t-1)}t=1 nと関数の集合{χ(xT(s),vs)}s=1 lであり、乱数系列生成装置1の出力はxnである。上述のように、記憶部14には、入力の他にχ(xT(s),vs)が定数となったものを記録しておいてもよい。 The input of the random number sequence generator 1 is a set of probability distributions {p_ (X t | X 1 t-1 )} t = 1 n and a set of functions {χ (x T (s) , v s )} s = 1 l And the output of the random number sequence generation device 1 is xn . As described above, the storage unit 14 may record data in which χ (x T (s) , v s ) becomes a constant in addition to the input.

ステップA2において(a5)を計算する際に、変数(xk,xk+1,…,xn)のなかで注目する変数(上記ではxk)を自由に選択できる。従って、ステップA2では全ての変数(xk,xk+1,…,xn)に対して周辺化関数を求めた結果から、後の計算に都合のよい周辺化関数を利用することができる。これは、変数(x1,…,xn)の周辺化を行う順序をステップA2で適応的に変えられることを意味する。ここで、注目する変数の順序の変更にともない、(a5)の右辺に現れるp_(Xn|X1 t-1)の再計算を必要とする場合があることを注意しておく。ただし、pX nが無記憶、すなわち(a4)を満たすときは、ステップA2において(a5)を計算する際に変数(xk,xk+1,…,xn)のなかで注目する変数(上記ではxk)を変えても、注目する変数の順序の変更にともなうp_(Xt|X1 t-1)=pXtの再計算の必要はない。 When calculating (a5) in step A2, the variable of interest (x k in the above) can be freely selected from the variables (x k , x k + 1 ,..., X n ). Therefore, in step A2, a marginalization function that is convenient for later calculations can be used from the result of obtaining the marginalization function for all variables (x k , x k + 1 ,..., X n ). . This means that the order of marginalizing the variables (x 1 ,..., X n ) can be adaptively changed in step A2. Here, it should be noted that re-calculation of p_ (X n | X 1 t−1 ) appearing on the right side of (a5) may be required in accordance with the change of the order of the variables of interest. However, when p X n is memoryless, that is, satisfies (a4), the variable to be noted among the variables (x k , x k + 1 ,..., X n ) when calculating (a5) in step A2. Even if (x k in the above) is changed, it is not necessary to recalculate p_ (X t | X 1 t−1 ) = p Xt according to the change of the order of the variables of interest.

なお、条件式Φxn=vlと等価で、かつsum-productアルゴリズムの計算精度が向上する条件式に変形した後で、制約条件を満たす乱数生成アルゴリズムを適用してもよい。
sum-productの近似精度を上げるために、例えば、集合T(s)の大きさが小さくなるように、また条件式Φx=vと対応するファクターグラフが短いループを持たないように、条件式を変形することなどが考えられる。
Note that a random number generation algorithm that satisfies the constraint conditions may be applied after the conditional expression is transformed into a conditional expression that is equivalent to the conditional expression Φx n = v l and that improves the calculation accuracy of the sum-product algorithm.
In order to increase the approximation accuracy of sum-product, for example, the condition is set so that the size of the set T (s) becomes small and the factor graph corresponding to the conditional expression Φx n = v l does not have a short loop. It is conceivable to change the formula.

なお、ステップA2において所望の乱数を発生させるために、参考文献1に記載されている区間アルゴリズムを用いて一様乱数列からxkを求めてもよい。参考文献1では発生させる乱数列は独立同分布であることを仮定しているが、ここではこの仮定が成り立たないので、次のような改良を施す。今、ωを2以上の整数として、十分な長さの一様ω元乱数列r1,r2,…があるとする。この乱数列r1,r2,…は、例えば図1に破線で示した一様乱数生成部16により生成される。以下では
[ζ,η)≡{θ:ζ≦θ<η}
とする。
In order to generate a desired random number in step A2, x k may be obtained from the uniform random number sequence using the interval algorithm described in Reference Document 1. In Reference Document 1, it is assumed that the generated random number sequence has independent and same distribution. However, since this assumption does not hold here, the following improvements are applied. Now, suppose that there is a sufficiently long uniform ω-element random number sequence r 1 , r 2 ,. This random number sequence r 1 , r 2 ,... Is generated by, for example, the uniform random number generation unit 16 indicated by a broken line in FIG. Below
[ζ, η) ≡ {θ: ζ ≦ θ <η}
And

〔参考文献1〕[11] T.S. Han and M. Hoshi, “Interval algorithm for random number generation,” IEEE Trans. Inform. Theory, vol. IT-44, no. 2, pp. 599-611, Mar. 1997.   [Reference 1] [11] TS Han and M. Hoshi, “Interval algorithm for random number generation,” IEEE Trans. Inform. Theory, vol. IT-44, no. 2, pp. 599-611, Mar. 1997 .

ステップA1において、区間の初期値を[ζ11)≡[0,1)とする。 In step A1, the initial value of the section is set to [ζ 1 , η 1 ) ≡ [0,1).

ステップA3において、区間[ζkk)を長さ{fk(x)}x∈[Xk]の部分区間に分割し、長さfk(x)と対応する区間にラベルx∈[Xk]を付ける。そして、ω進小数0.r1r2…を含む区間と対応するラベルをxkとする。ステップA2の最後に、先程求めたxkと対応する区間、すなわちω進小数0.r1r2…を含む区間を[ζk+1k+1)とする。 In step A3, the section [ζ k , η k ) is divided into partial sections of length {f k (x)} x∈ [Xk] , and the section corresponding to the length f k (x) is labeled x∈ [ Add X k ]. Then, the corresponding label and ω advance decimal 0.r 1 r 2 ... section, including the x k. At the end of step A2, a section corresponding to the previously obtained x k , that is, a section including the ω-adic decimal 0.r 1 r 2 ... Is set as [ζ k + 1 , η k + 1 ).

この改良によって、xn=(x1,…,xn)と対応する区間の幅はμ(xn)となるので、(x1,…,xn)と対応する区間に一様乱数より求めたω進小数0.r1r2…が含まれる確率はμ(xn)となる。ここで、アルゴリズムがk=k’で停止した場合は(x1,…,xk’)までしか乱数は発生させないが、k=k’の時点の区間の分割は後述する(a11)と対応しているので、所望の確率分布に従う乱数系列(x1,…,xn)が得られている。 With this improvement, the width of the interval corresponding to x n = (x 1 , ..., x n ) becomes μ (x n ), so the interval corresponding to (x 1 , ..., x n ) The probability that the obtained ω-adic decimal 0.r 1 r 2 ... Is included is μ (x n ). Here, when the algorithm stops at k = k ′, random numbers are generated only until (x 1 ,..., X k ′ ), but the division of the section at the time point of k = k ′ corresponds to (a11) described later. Therefore, a random number sequence (x 1 ,..., X n ) according to a desired probability distribution is obtained.

ステップA2でsum-product アルゴリズムを適用してO(n)で実行することを仮定し、ステップA6及びステップA7の計算時間はO(n2)であることを仮定すれば、このアルゴリズムは全体でO(n2)の計算時間で終了する。このため、このアルゴリズムにより、上述の[制約条件を満たす素朴な乱数系列生成法]よりも短い計算時間で乱数系列を生成することができる。 Assuming that the sum-product algorithm is applied at step A2 and executed at O (n), and assuming that the calculation time at step A6 and step A7 is O (n 2 ), this algorithm is End with the computation time of O (n 2 ). For this reason, this algorithm can generate a random number sequence in a shorter calculation time than the above-mentioned [simple random number sequence generation method that satisfies the constraint conditions].

以下では、本アルゴリズムが期待する結果を出力することを証明する。(a5)の右辺の分子に現れる式を   In the following, it is proved that this algorithm outputs the expected result. The expression that appears in the numerator on the right side of (a5)

Figure 2014110533
Figure 2014110533

とすると、 Then,

Figure 2014110533
Figure 2014110533

が成り立っている。 Is true.

xn=(x1,x2,…,xn)を最終的に出力した乱数系列とする。アルゴリズムのステップA4においてk=nで終了した場合は、 Let x n = (x 1 , x 2 ,..., x n ) be the finally output random number sequence. If it ends with k = n in step A4 of the algorithm,

Figure 2014110533
Figure 2014110533

となる。一方で、 アルゴリズムのステップA6及びステップA7でk=k’<nで終了した場合は、(x1,x2,…,xk’)からΦ(xn)=vlを満たす残りの変数の値(xk’+1,…,xn)が唯一定まることから、 It becomes. On the other hand, when k = k ′ <n ends in step A6 and step A7 of the algorithm, the remaining variables satisfying Φ (x n ) = v l from (x 1 , x 2 ,..., X k ′ ) Since the value of (x k '+ 1 , ..., x n ) is only determined,

Figure 2014110533
Figure 2014110533

となる。(a8)は(a7)をk’=nの場合として含んでいるので、以下、k=k’で終了した場合を考える。 It becomes. Since (a8) includes (a7) as the case of k ′ = n, the case where it ends with k = k ′ will be considered below.

(a6)よりk≧2の時は   When k ≧ 2 from (a6)

Figure 2014110533
Figure 2014110533

が成り立つ。また、k=1の時は Holds. And when k = 1

Figure 2014110533
Figure 2014110533

が成り立つ。(a8),(a9),(a10)より最終的にxnを出力する確率は Holds. The probability of finally outputting x n from (a8), (a9), and (a10) is

Figure 2014110533
Figure 2014110533

となる。したがって、このアルゴリズムは、確率分布(a2)に従う乱数列xnを出力する。 It becomes. Therefore, this algorithm outputs a random number sequence x n according to the probability distribution (a2).

<sum-productアルゴリズムについて>
一般的にsum-productアルゴリズムとは、変数ベクトルxnの一部からなる変数ベクトルxT(s)で定まる関数es(xT(s))が各s∈Sで与えられたとき、周辺化関数
<About the sum-product algorithm>
In general, the sum-product algorithm means that when a function e s (x T (s) ) determined by a variable vector x T (s) consisting of a part of a variable vector x n is given by each s∈S, Function

Figure 2014110533
Figure 2014110533

を求める手続きである。ここで、N≡{1,2,…,n}として、各s∈SでT(s)⊂Nである。また
Σxn\{xt}は、ベクトルxnに現れる変数xt以外の全てのxnの値を動かした時の総和である。また、(a12)で定めたg(xt)ではなく、右辺の分子に現れた
It is a procedure to ask for. Here, T (s) ⊂N for each s∈S, where N≡ {1, 2,..., N}. Σ xn \ {xt} is the sum when all the values of x n other than the variable x t appearing in the vector x n are moved. Also, it appeared in the numerator on the right side instead of g (x t ) defined in (a12)

Figure 2014110533
Figure 2014110533

を求める手続きとしてsum-productアルゴリズムが記述される場合があるが、以下では、(a12)で定めたg(xt)を求める手続きをsum-productアルゴリズムと呼ぶことにする。 In some cases, a sum-product algorithm is described as a procedure for obtaining. However, hereinafter, a procedure for obtaining g (x t ) defined in (a12) is referred to as a sum-product algorithm.

以下にsum-productアルゴリズムを記述する。メッセージと呼ばれる関数πxt→es(xt),σes→xt(xt)を次のように定義する。 The sum-product algorithm is described below. Functions π xt → es (x t ) and σ es → xt (x t ) called messages are defined as follows.

Figure 2014110533
Figure 2014110533

ここで、Σx_(T(s)\{t})は全ての{xt’}t’∈T(s)\{t}を動かした時の総和であり、Σx_(T(s))は全ての{xt}t∈T(s)を動かした時の総和を表す。また、T(s)={t}の時は Here, Σ x_ (T (s) \ {t}) is the sum when all {x t ' } t'∈T (s) \ {t} are moved, and Σ x_ (T (s) ) Represents the total sum when all {x t } t∈T (s) are moved. And when T (s) = {t}

Figure 2014110533
Figure 2014110533

と定め、xt∈T(s’)を満たすs’∈S\{s}が存在しないときは When there is no s'∈S \ {s} that satisfies x t ∈T (s')

Figure 2014110533
Figure 2014110533

と定める。
以下、sum-product アルゴリズムの具体処理について説明する。
Step 1 T(s)={t}を満たすt∈N,s∈Sに対して
It is determined.
Hereinafter, specific processing of the sum-product algorithm will be described.
Step 1 For t∈N, s∈S satisfying T (s) = {t}

Figure 2014110533
Figure 2014110533

と初期化する。
Step 2 xt∈T(s’)を満たすs’∈S\{s}が存在しないようなt∈N,s∈Sに対して
And initialize.
Step 2 x t ∈T (s' ) as s'∈S\ {s} does not exist that meets the T∈N, against s∈S

Figure 2014110533
Figure 2014110533

と初期化する。
Step 3 t∈T(s)を満たすt∈N,s∈Sに対して、πxt→es(xt)をStep 2 で初期化しなかったならば、これに適当な初期値を設定する。例えば、xtのとり得る値の集合が[Xt]であれば、
And initialize.
Step 3 For t∈N and s∈S satisfying t∈T (s), if π xt → es (x t ) is not initialized in Step 2, set an appropriate initial value. For example, if the set of possible values of x t is [X t ],

Figure 2014110533
Figure 2014110533

とする。
Step 4 t∈T(s)を満たしているような全てのt∈N,s∈Sに対して(a13)によって
σes→xt(xt)を求める。ここで、Step 1で初期化したs,tの組合せについてはσes→xt(xt)の計算を省略する。
Step 5 t∈T(s)を満たしているような全てのt∈N,s∈Sに対して(a14)によってπxt→es(xt)を求める。ここで、Step 2で初期化したs,tの組合せについてはπxt→es(xt)の計算を省略する。
Step 6 Step 4とStep 5を予め定めた繰り返し回数繰り返した後、以下の関数を求めて終了する。
And
Step 4 Find σ es → xt (x t ) by (a13) for all t∈N, s∈S that satisfy t∈T (s). Here, for the combination of s and t initialized in Step 1, the calculation of σ es → xt (x t ) is omitted.
Step 5 Find π xt → es (x t ) by (a14) for all t∈N, s∈S that satisfy t∈T (s). Here, for the combination of s and t initialized in Step 2, the calculation of π xt → es (x t ) is omitted.
Step 6 Step 4 and Step 5 are repeated a predetermined number of times, and then the following function is obtained and finished.

Figure 2014110533
Figure 2014110533

なお、制約を満たす乱数生成アルゴリズムにsum-productアルゴリズムを用いる場合、(a5)において   When using the sum-product algorithm for the random number generation algorithm that satisfies the constraints, in (a5)

Figure 2014110533
Figure 2014110533

を{es}s∈Sとみなして適用する。sum-productアルゴリズムの実行後に得られた(a15)の右辺がfk(xk)の近似式となる。 Is applied as {e s } s∈S. The right side of (a15) obtained after execution of the sum-product algorithm is an approximate expression of f k (x k ).

[乱数系列生成装置及び方法の第二実施形態]
乱数系列生成装置及び方法の第二実施形態は、関数が線形性を持つときの乱数系列生成装置及び方法である。以下では、乱数系列生成装置及び方法の第一実施形態と異なる部分を中心に説明し、乱数系列生成装置及び方法の第一実施形態と同様の部分については重複説明を省略する。
[Second Embodiment of Random Number Sequence Generation Apparatus and Method]
The second embodiment of the random number sequence generation device and method is a random number sequence generation device and method when the function has linearity. Below, it demonstrates centering on a different part from 1st embodiment of a random number sequence generation apparatus and method, and it abbreviate | omits duplication description about the part similar to 1st embodiment of a random number sequence generation apparatus and method.

以下では、[X1]=[X2]=…=[Xn]=[V1]=[V2]=…=[Vl]=GF(q)を仮定し、l≦nとして、フルランクのl×n行列 In the following, [X 1 ] = [X 2 ] =… = [X n ] = [V 1 ] = [V 2 ] =… = [V l ] = GF (q), where l ≦ n, Full rank l × n matrix

Figure 2014110533
Figure 2014110533

を考える。関数φs:[Xn]→Vsthink of. Function φ s : [X n ] → V s

Figure 2014110533
Figure 2014110533

と定義する。上式の右辺は行列Φのs行目のn次元ベクトル(φs,1, φs,2,...,φs,n)とxn≡(x1,x2,…,xn)∈[Xn]の内積である。 It is defined as The right side of the above equation is the n-dimensional vector (φ s, 1 , φ s, 2 ,..., Φ s, n ) and x n ≡ (x 1 , x 2 , ..., x n of the matrix Φ ) ∈ [X n ] inner product.

上記のように定義されたΦ≡{φs}s=1 lとベクトル Φ≡ {φ s } s = 1 l and vector defined as above

Figure 2014110533
Figure 2014110533

に対して、確率分布(a2)で定まる分布を発生させる乱数系列生成装置1の具体処理を記述する。 The specific processing of the random number sequence generation device 1 for generating a distribution determined by the probability distribution (a2) will be described.

ここで、Φとvは与えられた行列とベクトルそのままを利用しても良いが、Φとvを連結した以下の行列 Here, Φ and v l may use the given matrix and vector as they are, but the following matrix connecting Φ and v l

Figure 2014110533
Figure 2014110533

に対して行基本変形を施した結果 Result of applying row basic transformation to

Figure 2014110533
Figure 2014110533

の左側l×n行列Φ´と右側l×1行列(l次元ベクトル)v´を、それぞれΦおよびvとして代用しても良い。例えば、行列Φ´の0となる成分が多く、Φ´とxnとv´lから定まるファクターグラフが短いループを持たないようなΦ´とv´lを用いることにより、sum-product アルゴリズムによる近似精度が向上する場合があるので、本願発明の乱数系列生成装置が出力する乱数の確率分布の精度をより向上させることができる。 Left l × n matrix Φ'and right l × 1 matrix (l-dimensional vector) v 'l, may be substituted as Φ and v l, respectively. For example, by using Φ ′ and v ′ l such that the factor graph determined from Φ ′, x n, and v ′ l does not have a short loop due to many components that are 0 in the matrix Φ ′, the sum-product algorithm is used. Since the approximation accuracy may be improved, the accuracy of the probability distribution of the random numbers output by the random number sequence generation device of the present invention can be further improved.

以下、Φをフルランクの行列として、行列Φの右側のl×l行列Ψ2が正則行列であると仮定しても一般性は失われない。実際に、任意の行列Φとベクトルvlから冗長な条件式を構成するΦの行とvlの成分を取り除いた行列を求め、この行列の行ベクトルと変数(x1,x2,…,xn)の順序を適切に並びかえることにより所望の行列を求めることができる。 Hereinafter, even if it is assumed that Φ is a full rank matrix and the l × l matrix Ψ 2 on the right side of the matrix Φ is a regular matrix, the generality is not lost. In practice, a matrix obtained by removing redundant Φ rows and v l components from an arbitrary matrix Φ and vector v l is obtained, and the row vector and variable (x 1 , x 2 , ..., A desired matrix can be obtained by appropriately rearranging the order of x n ).

行列Φの左側のl×(n-l)行列をΨ1とすると、上記の仮定から、xn-l≡(x1,…,xn-l)を決定すれば
(xn-l+1,…,xn)≡Ψ2 -1(vl1xn-l)
によってΦxn=vlを満たす残りの変数(xn-l+1,…,xn)を求めることができる。ここで、Ψ2 -1はΨ2の逆行列を表し、アルゴリズムの実行前に求めることができる。
Assuming that the l × (nl) matrix on the left side of the matrix Φ is Ψ 1 , from the above assumption, if x nl ≡ (x 1 , ..., x nl ) is determined
(x n-l + 1 ,…, x n ) ≡Ψ 2 -1 (v l1 x nl )
The remaining variables (x n−l + 1 ,..., X n ) satisfying Φx n = v l can be obtained. Here, Ψ 2 −1 represents an inverse matrix of Ψ 2 and can be obtained before the algorithm is executed.

T(s,k)⊂{k,…,n}を行列Φに現れるベクトル(φs,k,…,φs,n)の中で、φs,t≠0を満たすインデックスsの集合とする。すなわち、T(s,k)は以下のように定義される。
T(s,k)≡{t∈{k,…,n}:φs,t≠0}
T (s, k) ⊂ {k, ..., n} is a set of indices s satisfying φ s, t ≠ 0 among vectors (φ s, k , ..., φ s, n ) appearing in the matrix Φ To do. That is, T (s, k) is defined as follows.
T (s, k) ≡ {t∈ {k,…, n}: φ s, t ≠ 0}

ここで、χ(xT(s,k),vs(k))を次のように定義する。 Here, χ (x T (s, k) , v s (k)) is defined as follows.

Figure 2014110533
Figure 2014110533

以上の設定により、乱数系列生成装置1の具体処理を以下のように変更することができる。   With the above settings, the specific processing of the random number sequence generation device 1 can be changed as follows.

制御部11は、k=1とする。各s∈{1,…,l}でvs(k)=vsとする。 The control unit 11 sets k = 1. Let s (k) = v s for each s∈ {1, ..., l}.

確率分布生成部12は、次式により定義される関数fk(xk)を求める(ステップA2)。関数fk(xk)は、例えばsum-productアルゴリズムを実行することにより求めることができる。 The probability distribution generation unit 12 obtains a function f k (x k ) defined by the following equation (step A2). The function f k (x k ) can be obtained, for example, by executing a sum-product algorithm.

Figure 2014110533
Figure 2014110533

乱数生成部13が、確率分布fk(xk)でxkを発生させ、記憶部に記録する(ステップA3)。 Random number generator 13 generates a x k with probability distribution f k (x k), and records in the storage unit (step A3).

制御部11は、k=nであるか判定する(ステップA4)。   The controller 11 determines whether k = n (step A4).

k=nであれば、制御部11は、これまでに記録した変数の値を連結したxn≡(x1,x2,…,xn)を出力して終了する(ステップA5)。 If k = n, the control unit 11 outputs x n ≡ (x 1 , x 2 ,..., x n ) obtained by concatenating the values of the variables recorded so far, and ends (step A5).

k<nであれば、制御部11は、これまでに記録した(x1,…,xk)からΦxn=vlを満たす残りの変数の値(xk+1,…,xn)が唯一に定まるかどうかを確認する。この例では、制御部11はk=lであるか判定する(ステップA6)。 If k <n, the control unit 11 determines the remaining variable values (x k + 1 ,..., x n ) satisfying Φx n = v l from (x 1 ,..., x k ) recorded so far. To see if it is the only one. In this example, the control unit 11 determines whether k = l (step A6).

k=lであれば、乱数推定部15は、残りの変数の値(xl+1,…,xn)≡Ψ2 -1vl(k+1)を求めて記録し、これまでに記録したxn≡(x1,x2,…,xn)を出力して終了する(ステップA7)。 If k = l, the random number estimator 15 calculates and records the remaining variable values (x l + 1 ,..., x n ) ≡Ψ 2 −1 v l (k + 1), and so far The recorded x n ≡ (x 1 , x 2 ,..., X n ) is output and the process ends (step A7).

k<lであれば、制御部11はkの値を1増やして、ステップA2に戻る(ステップA8)。なお、ステップA2に戻る際に、vl(k+1)≡(v1(k+1),…,vl(k+1))を各s∈{1,…,l}で
vs(k+1)≡vs(k)-φs,kxk
とする。
If k <l, the control unit 11 increases the value of k by 1, and returns to step A2 (step A8). When returning to step A2, v l (k + 1) ≡ (v 1 (k + 1),..., V l (k + 1)) is expressed as s∈ {1,.
v s (k + 1) ≡v s (k) -φ s, k x k
And

なお、上記の具体処理において、ステップA4とステップA5の処理を省略して、ステップA3から直ちにステップA6に進んでもよい。あるいは、ステップA7において、Ψ2 -1vl(k+1)の計算に時間がかかる場合は、ステップA6とステップA7の処理を省略して、ステップA4から直ちにステップA8に進んでもよい。 In the above specific processing, the processing of step A4 and step A5 may be omitted, and the processing may proceed immediately from step A3 to step A6. Alternatively, if it takes time to calculate Ψ 2 −1 v l (k + 1) in step A7, the processing of step A6 and step A7 may be omitted, and the process may proceed immediately from step A4 to step A8.

第二実施形態の乱数系列生成装置1の入力は確率分布の集合{p_(Xt|X1 t-1)}t=1 nと行列Φであり、出力はxnである。記憶部14には入力とGF(q)の計算に必要な情報qの他に、ΦからΨ2 -1を求めて記録しておくことができる。(xT(s,k),vs(k))はkとともにΦを用いて更新される。 The input of the random number sequence generation device 1 of the second embodiment is a set of probability distributions {p_ (X t | X 1 t−1 )} t = 1 n and a matrix Φ, and the output is x n . In addition to the input q and information q necessary for calculating GF (q), Ψ 2 −1 can be obtained from Φ and recorded in the storage unit 14. (x T (s, k) , v s (k)) is updated with Φ using k.

[乱数系列生成装置及び方法の第三実施形態]
乱数系列生成装置及び方法の第三実施形態は、pX nが条件付き確率分布のときの乱数系列生成装置及び方法である。以下では、乱数系列生成装置及び方法の第一実施形態と異なる部分を中心に説明し、乱数系列生成装置及び方法の第一実施形態と同様の部分については重複説明を省略する。
[Third embodiment of random number sequence generation apparatus and method]
The third embodiment of the random number sequence generation device and method is a random number sequence generation device and method when p X n is a conditional probability distribution. Below, it demonstrates centering on a different part from 1st embodiment of a random number sequence generation apparatus and method, and it abbreviate | omits duplication description about the part similar to 1st embodiment of a random number sequence generation apparatus and method.

条件付き確率分布p_(Xn|Un)が与えられたとき、制約条件を満たし、 Given a conditional probability distribution p_ (X n | U n ), it satisfies the constraints,

Figure 2014110533
Figure 2014110533

に従う乱数を生成するときには、 When generating random numbers according to

Figure 2014110533
Figure 2014110533

と置き換えて乱数系列生成装置の具体処理を実行する。すなわち、例えば(a5)は、次式のようになる。 And the specific process of the random number sequence generation device is executed. That is, for example, (a5) is expressed by the following equation.

Figure 2014110533
Figure 2014110533

第三実施形態の乱数系列生成装置1の入力は確率分布の集合{p_(Xt|X1 t-1Un)}t=1 n、関数の集合Φ,vl,unであり、出力はxnである。 The input of the random number sequence generation device 1 of the third embodiment is a set of probability distributions {p_ (X t | X 1 t−1 U n )} t = 1 n , a set of functions Φ, v l , u n , The output is xn .

記憶部14には入力の他に   In addition to input, the storage unit 14

Figure 2014110533
Figure 2014110533

を計算するために必要な情報を保持しておき、確率分布の計算に利用する。 The information necessary for calculating is stored and used for calculating the probability distribution.

なお、上記同様にして、乱数系列生成装置及び方法の第二実施形態においてもpX nが条件付き確率分布であってもよい。 Similarly to the above, p X n may be a conditional probability distribution also in the second embodiment of the random number sequence generation device and method.

[乱数系列生成装置及び方法の第四実施形態]
乱数系列生成装置及び方法の第四実施形態は、定義域が同一の関数を複数用いて制約条件が記述されるときの乱数系列生成装置及び方法である。以下では、乱数系列生成装置及び方法の第一実施形態と異なる部分を中心に説明し、乱数系列生成装置及び方法の第一実施形態と同様の部分については重複説明を省略する。
[Fourth Embodiment of Random Number Sequence Generation Apparatus and Method]
The fourth embodiment of the random number sequence generation device and method is a random number sequence generation device and method when a constraint condition is described using a plurality of functions having the same domain. Below, it demonstrates centering on a different part from 1st embodiment of a random number sequence generation apparatus and method, and it abbreviate | omits duplication description about the part similar to 1st embodiment of a random number sequence generation apparatus and method.

c∈Cとする。Cは2以上の所定の定数である。制約条件を満たす乱数生成法において、定義域が同一の複数の関数の集合
Φc≡{φc,s:[Xn]→Vc,s}s=1 lc
及び
vc lc≡(vc,1,vc,2,…,vc,l)∈Vc,1×Vc,2×…×Vc,lc
および分布pX nが与えられたとき、
Let c∈C. C is a predetermined constant of 2 or more. In the random number generation method that satisfies the constraints, a set of functions with the same domain Φ c ≡ {φ c, s : [X n ] → V c, s } s = 1 lc
as well as
v c lc ≡ (v c, 1 , v c, 2 ,…, v c, l ) ∈V c, 1 × V c, 2 ×… × V c, lc
And the distribution p X n is given,

Figure 2014110533
Figure 2014110533

に従う乱数を生成するには To generate random numbers according to

Figure 2014110533
Figure 2014110533

とおいて、乱数系列生成装置及び方法の第一実施形態の具体処理を実行すればよい。
すなわち、例えば(a5)は、次式のようになる。
In the meantime, the specific processing of the first embodiment of the random number sequence generation apparatus and method may be executed.
That is, for example, (a5) is expressed by the following equation.

Figure 2014110533
Figure 2014110533

ここで、T(c,s)⊂{1,2,…,n}はφc,s(xn)=vc,sを計算する際に使用する変数xn=(x1, x2, …, xn)のインデックスの集合であり、 Where T (c, s) ⊂ {1,2, ..., n} is the variable x n = (x 1 , x 2 ) used in calculating φ c, s (x n ) = v c, s ,…, X n )

Figure 2014110533
Figure 2014110533

である。
もちろん、関数Φcが全て線形写像(行列)である場合は、関数を表す行列を連結した1つのl×n行列を考えて乱数系列生成装置及び方法の第二実施形態の具体処理を実行してもよい。
It is.
Of course, when all the functions Φ c are linear mappings (matrixes), the specific processing of the second embodiment of the random number sequence generation apparatus and method is executed in consideration of one l × n matrix obtained by concatenating the matrices representing the functions. May be.

また、[乱数系列生成装置及び方法の第四実施形態]においても、[乱数系列生成装置及び方法の第三実施形態]のように確率分布が条件付き確率分布で与えられていてもよい。この場合、fk(xk)は以下のようになる。 In [Fourth Embodiment of Random Number Sequence Generating Device and Method], the probability distribution may be given as a conditional probability distribution as in [Third Embodiment of Random Number Sequence Generating Device and Method]. In this case, f k (x k ) is as follows.

Figure 2014110533
Figure 2014110533

[乱数系列生成装置及び方法の第五実施形態]
乱数系列生成装置及び方法の第四実施形態は、定義域が異なる関数を複数用いて制約条件が記述されるときの乱数系列生成装置及び方法である。以下では、乱数系列生成装置及び方法の第一実施形態と異なる部分を中心に説明し、乱数系列生成装置及び方法の第一実施形態と同様の部分については重複説明を省略する。
[Fifth Embodiment of Random Number Sequence Generation Apparatus and Method]
The fourth embodiment of the random number sequence generation device and method is a random number sequence generation device and method when a constraint condition is described using a plurality of functions having different domains of definition. Below, it demonstrates centering on a different part from 1st embodiment of a random number sequence generation apparatus and method, and it abbreviate | omits duplication description about the part similar to 1st embodiment of a random number sequence generation apparatus and method.

i∈K≡{1,2,…,κ},XK *≡{Xi ni}i∈Kとする。ここで、
[Xi ni]≡[Xi,1]×[Xi,2]×…×[Xi,n]
Xi ni≡(Xi,1,Xi,2,…,Xi,ni)∈[Xi ni]
である。制約条件を満たす乱数生成法において、定義域が異なる複数の関数の集合
Φi≡{φi,s:[Xi ni]→Vi,s}s=1 li
及び
vi li≡(vi,1,vi,2,…,vi,li)∈Vi,1×Vi,2×…×Vi,li
および分布p_(XK *)が与えられたとき、
i∈K≡ {1,2, ..., κ}, X K * ≡ {X i ni } i∈K . here,
[X i ni ] ≡ [X i, 1 ] × [X i, 2 ] ×… × [X i, n ]
X i ni ≡ (X i, 1 , X i, 2 ,…, X i, ni ) ∈ [X i ni ]
It is. In a random number generation method that satisfies the constraints, a set of functions with different domains Φ i ≡ {φ i, s : [X i ni ] → V i, s } s = 1 li
as well as
v i li ≡ (v i, 1 , v i, 2 ,…, v i, li ) ∈V i, 1 × V i, 2 ×… × V i, li
And the distribution p_ (X K * )

Figure 2014110533
Figure 2014110533

に従う乱数 Random number according to

Figure 2014110533
Figure 2014110533

を生成するには To generate

Figure 2014110533
Figure 2014110533

とおいて、乱数系列生成装置及び方法の第一実施形態の具体処理を実行すればよい。ここで、
θk *≡{θi}i∈K
であり、XK *およびxnに含まれる確率変数を並べる順序は任意である。以下,xの下に付くインデックスはそのように並べ替えた後のインデックスを指すものとする。
すなわち、例えば(a5)は、次式のようになる。
In the meantime, the specific processing of the first embodiment of the random number sequence generation apparatus and method may be executed. here,
θ k * ≡ {θ i } i∈K
The order of arranging the random variables included in X K * and x n is arbitrary. In the following, the index attached below x is the index after such rearrangement.
That is, for example, (a5) is expressed by the following equation.

Figure 2014110533
Figure 2014110533

ここで、T(i,s)⊂{1,2,…, n}は Where T (i, s) ⊂ {1,2,…, n} is

Figure 2014110533
Figure 2014110533

を計算する際に使用する変数xi niのxnにおけるインデックスの集合であり、 Is the set of indices at x n of the variables x i ni used to calculate

Figure 2014110533
Figure 2014110533

である。
もちろん、[Xi ni]∈GF(q)niであり、関数Φcが全て線形写像(行列)である場合は、関数を表す行列を連結した1つのl×n行列を考えて乱数系列生成装置及び方法の第二実施形態の具体処理を実行してもよい。すなわち、行列を対角線上に連結して関数と無関係な変数の部分を0で埋めたl×n行列を考えて乱数系列生成装置及び方法の第二実施形態の具体処理を利用することができる。例えば、Φ12がそれぞれl1×n1行列、l2×n2行列で表現できるときは、Φを表現する行列は(l1+l2)×(n1+n2)行列
It is.
Of course, if [X i ni ] ∈ GF (q) ni and all the functions Φ c are linear mappings (matrixes), the random number sequence is generated by considering one l × n matrix concatenating the matrices representing the functions. You may perform the specific process of 2nd embodiment of an apparatus and a method. That is, the specific processing of the second embodiment of the random number sequence generation apparatus and method can be used in consideration of an l × n matrix in which matrices are connected on a diagonal line and variable portions unrelated to the function are filled with 0. For example, when Φ 1 and Φ 2 can be expressed as l 1 × n 1 matrix and l 2 × n 2 matrix, respectively, the matrix expressing Φ is (l 1 + l 2 ) × (n 1 + n 2 ) matrix

Figure 2014110533
Figure 2014110533

となる。ここで、Oは零行列を表す。 It becomes. Here, O represents a zero matrix.

また、[乱数系列生成装置及び方法の第五実施形態]においても、[乱数系列生成装置及び方法の第三実施形態]のように確率分布が条件付き確率分布で与えられていてもよい。この場合、fk(xk)は以下のようになる。 Also in [Fifth Embodiment of Random Number Sequence Generating Device and Method], the probability distribution may be given as a conditional probability distribution as in [Third Embodiment of Random Number Sequence Generating Device and Method]. In this case, f k (x k ) is as follows.

Figure 2014110533
Figure 2014110533

[乱数系列生成装置及び方法の実施形態の変形例]
なお、[乱数系列生成装置及び方法の第四実施形態]と[乱数系列生成装置及び方法の第五実施形態]を組み合わせることができる。このとき、unがない場合、fk(xk)は以下のようになる。
[Modification of Embodiment of Random Number Sequence Generation Apparatus and Method]
[Fourth embodiment of random number sequence generation apparatus and method] and [Fifth embodiment of random number sequence generation apparatus and method] can be combined. At this time, if there is no u n, f k (x k ) is as follows.

Figure 2014110533
Figure 2014110533

[乱数系列生成装置及び方法の第四実施形態]と[乱数系列生成装置及び方法の第五実施形態]を組み合わせたときであって、unがある場合、fk(xk)は以下のようになる。 A is when combined the fourth embodiment of the random number sequence generation apparatus and method] and [Fifth embodiment of the random number sequence generation apparatus and method, when there is u n, f k (x k ) The following It becomes like this.

Figure 2014110533
Figure 2014110533

[乱数系列生成装置及び方法の第四実施形態]と[乱数系列生成装置及び方法の第五実施形態]を組み合わせるとき、集合Cはiに依存して決まり、l(ベクトルvlの次元)はiとcに依存して決まる。fk(xk)の式に現れる(x1,x2,…,xn)のインデックスは{xi ni}i∈Kを適切な順序で並べたものを(x1,x2,…,xn)としたときのインデックスと対応し、T(i,c,s)は関数φi,c,sを計算する際に用いる変数の(x1,x2,…,xn)に関するインデックスを表す。なお、n≡Σi∈Kniである。 When combining [fourth embodiment of random number sequence generation apparatus and method] and [fifth embodiment of random number sequence generation apparatus and method], set C is determined depending on i, and l (dimension of vector v l ) is It depends on i and c. appearing in equation f k (x k) (x 1, x 2, ..., x n) is the index of the {x i ni} those arranged in the proper order to i∈K (x 1, x 2, ... , corresponding to the index when the x n), T (i, c, s) is (x 1 of variables used in computing the function φ i, c, s, x 2, ..., relates x n) Represents an index. Note that n≡Σ i∈K n i .

[通信路符号に関する実施形態についての注意]
通信路符号に関する実施形態である[符号化装置及び方法並びに復号装置及び方法の第一実施形態]から[符号化装置及び方法並びに復号装置及び方法の第五実施形態]の説明の前に、これらの通信路符号に関する実施形態についての注意を述べる。
[Caution about embodiment regarding channel code]
Before description of [first embodiment of encoding device and method and decoding device and method] to [fifth embodiment of encoding device and method and decoding device and method], which are embodiments relating to channel codes, these are described. A note about the embodiment related to the channel code is described.

以下では、対数の底を例えば2等などに統一する。   In the following, the base of the logarithm is unified to 2 etc., for example.

A,Bは一般には関数を表し、A(xn)、B(xn)はそれぞれ関数A、Bのベクトルxnにおける値を表す。関数A、Bの値域をそれぞれImA≡{A(xn):xn∈[Xn]}、ImB≡{B(xn):xn∈[Xn]}と記す。 A and B generally represent functions, and A (x n ) and B (x n ) represent values in the vector x n of the functions A and B, respectively. The ranges of the functions A and B are written as ImA≡ {A (x n ): x n ∈ [X n ]} and ImB≡ {B (x n ): x n ∈ [X n ]}, respectively.

以下の実施形態では[Xn]を定義域とする関数の集合[A],[B]を考える。そして、Im[A],Im[B]を次のようにする。 In the following embodiment, a set [A], [B] of functions having [X n ] as a domain is considered. Im [A] and Im [B] are set as follows.

Figure 2014110533
Figure 2014110533

[A],[B]は条件式を記述するためだけに使用し、符号化では関数A,Bをそれぞれ[A],[B]から一つずつ選ぶ。また、[Xn],ImA,ImB,Im[A],Im[B]が線形空間であってもなくてもよい。変数xnと関数A,Bによって定まるファクターグラフが疎な構造を持つ場合、特に関数A,Bが疎行列によって表現されている場合は、sum-productアルゴリズムによる近似性能を向上させることができる。さらに、復号の構成においても例えば参考文献2,3に記載されているsum-productアルゴリズムや例えば参考文献4,5に記載されている線形計画法を用いて乱数系列推定部における最尤復号を近似的に実現することができる。 [A] and [B] are used only for describing the conditional expression, and in the encoding, functions A and B are selected one by one from [A] and [B], respectively. [X n ], ImA, ImB, Im [A], and Im [B] may or may not be a linear space. When the factor graph determined by the variable x n and the functions A and B has a sparse structure, particularly when the functions A and B are expressed by a sparse matrix, the approximation performance by the sum-product algorithm can be improved. Further, in the decoding configuration, the maximum likelihood decoding in the random number sequence estimator is approximated by using, for example, the sum-product algorithm described in References 2 and 3 or the linear programming described in References 4 and 5, for example. Can be realized.

〔参考文献2〕S. M. Aji and R. J. McEliece, “The generalized distributive law,” IEEE Trans. Inform. Theory, vol. 46, no. 2, pp. 325-343, Mar. 2000.
〔参考文献3〕F. R. Kschischang, B. J. Frey, and H. A. Loeliger, "Factor graphs and the sum-product algorithm," IEEE Transactions on Information Theory, vol. 47, no. 2, pp. 498-519, Feb. 2001.
〔参考文献4〕J. Feldman, M.J. Wainwright, and D.R. Karger, “Using linear programming to decode binary linear codes,” IEEE Trans. Inform. Theory, vol. IT-51, no. 3, pp. 954-972, Mar. 2005.
〔参考文献5〕T. Wadayama, “An LP decoding algorithm based on primal path-following interior point method,” Proc.2009, Int. Symp. Inform. Theory, Seoul, Korea, pp. 389-393, 2009.
[Reference 2] SM Aji and RJ McEliece, “The generalized distributive law,” IEEE Trans. Inform. Theory, vol. 46, no. 2, pp. 325-343, Mar. 2000.
[Reference 3] FR Kschischang, BJ Frey, and HA Loeliger, "Factor graphs and the sum-product algorithm," IEEE Transactions on Information Theory, vol. 47, no. 2, pp. 498-519, Feb. 2001.
[Reference 4] J. Feldman, MJ Wainwright, and DR Karger, “Using linear programming to decode binary linear codes,” IEEE Trans. Inform. Theory, vol. IT-51, no. 3, pp. 954-972, Mar. 2005.
[Reference 5] T. Wadayama, “An LP decoding algorithm based on primal path-following interior point method,” Proc. 2009, Int. Symp. Inform. Theory, Seoul, Korea, pp. 389-393, 2009.

[Xn]が有限体GF(q)上のn次元ベクトル空間であり、符号化に用いる関数A、Bが有限体GF(q)の要素を値とする行列である場合は、[A]をm×n行列全体からなる集合、[B]をm’×n行列全体からなる集合とすることにより、 When [X n ] is an n-dimensional vector space on a finite field GF (q) and the functions A and B used for encoding are matrices whose elements are values of the finite field GF (q), [A] Is a set consisting of the entire m × n matrix, and [B] is a set consisting of the entire m ′ × n matrix,

Figure 2014110533
Figure 2014110533

となるので、後に登場するlog|Im[A]|,log|Im[B]|に関する条件式をq,n,m,m’に関する条件式に変換することができる。そして、aはm次元のベクトル、bはm’次元のベクトルとなる。 Therefore, the conditional expression regarding log | Im [A] |, log | Im [B] | that appears later can be converted into the conditional expression regarding q, n, m, m ′. A is an m-dimensional vector and b is an m′-dimensional vector.

確率変数XnのエントロピーYnが与えられた時のXnの条件付きエントロピーを以下のように定義する。 The conditional entropy of X n when the entropy Y n random variables X n given are defined as follows.

Figure 2014110533
Figure 2014110533

制約条件を満たす乱数系列生成法を適用するとき、条件付き確率分布を用いて定まる制約条件を満たす乱数を必要とする場合は、[乱数系列生成装置及び方法の第一実施形態]から[乱数系列生成装置及び方法の第五実施形態]で説明した方法を適用すればよい。 When applying a random number sequence generation method that satisfies a constraint condition, if a random number that satisfies a constraint condition determined using a conditional probability distribution is required, [random number sequence generation apparatus and method first embodiment] to [random number sequence] The method described in the fifth embodiment of the generation apparatus and method may be applied.

関数が記録されているとは、関数を計算する手段が記録されていることを意味する。関数が線形性を持つ場合は、その係数を行列の形で記録しておけばよい。確率分布が記録されているとは、実現値の確率を計算する手段が記録されていることを意味する。関数を計算する手段及び実現値の確率を計算する手段は、後述のように例えばプログラムにより実装される。例えばGauss分布等のパラメトライズされた連続分布や定常無記憶性やマルコフ性を仮定すれば、少ない容量で確率を計算する手段を記録することができる。制約付き乱数生成アルゴリズムを利用する場合は、fk(xk)を計算するために必要な情報と置き換えることができる。 “Recorded function” means that a means for calculating the function is recorded. If the function has linearity, the coefficients should be recorded in the form of a matrix. The fact that the probability distribution is recorded means that means for calculating the probability of the actual value is recorded. The means for calculating the function and the means for calculating the probability of the actual value are implemented by, for example, a program as will be described later. For example, if a parametrized continuous distribution such as a Gaussian distribution, a steady memorylessness, or a Markov property is assumed, a means for calculating a probability with a small capacity can be recorded. When a constrained random number generation algorithm is used, it can be replaced with information necessary for calculating f k (x k ).

[符号化装置及び方法並びに復号装置及び方法の第一実施形態]
<符号化装置がunを観測しない場合>
以下では、図4を参照して、符号化装置100が通信路300の補助情報unを観測しない場合の構成を述べる。
[First Embodiment of Encoding Device and Method and Decoding Device and Method]
<When the coding apparatus does not observe u n>
Hereinafter, with reference to FIG. 4, described the configuration in which the coding device 100 does not observe the supplementary information u n of the channel 300.

まず、通信路符号に関する本実施形態におけるデータの大まかな流れを説明する。   First, a rough flow of data in the present embodiment relating to communication path codes will be described.

メッセージbは集合Im[B]の要素であり、Bがm’×n行列である場合はm’次元のベクトルとなる。所定の共有情報であるaは集合Im[A]の要素であり、Aがm×n行列である場合はm次元のベクトルとなる。符号化装置はメッセージbとaから通信路の入力となる符号語xnを求める。符号語xn≡(x1,x2,…,xn)は集合[Xn]の要素である。 The message b is an element of the set Im [B], and is an m′-dimensional vector when B is an m ′ × n matrix. The predetermined shared information a is an element of the set Im [A]. When A is an m × n matrix, it is an m-dimensional vector. The encoding device obtains a codeword xn serving as an input for the communication path from the messages b and a. The codeword x n ≡ (x 1 , x 2 ,..., X n ) is an element of the set [X n ].

通信路に入力されたxnは、雑音等の影響を受けて変化しynとして通信路から出力される。ここで、通信路の出力yn≡(y1,…,yn)は集合[Yn]の要素である。復号装置はynとaからメッセージbの推定値βを求める。βはIm[B]の要素である。 X n input to the communication path changes under the influence of noise or the like, and is output from the communication path as y n . Here, the output y n ≡ (y 1 ,..., Y n ) of the communication path is an element of the set [Y n ]. Decoding apparatus obtains the estimated value β of the message b from y n and a. β is an element of Im [B].

図4に示すように、符号化装置100は、乱数系列生成装置1及び記憶部101を例えば備える。復号装置200は、記憶部201、乱数系列推定部202及びメッセージ推定部203を例えば備える。符号化装置100及び復号装置200は、通信路300で接続されている。   As illustrated in FIG. 4, the encoding device 100 includes, for example, a random number sequence generation device 1 and a storage unit 101. The decoding device 200 includes, for example, a storage unit 201, a random number sequence estimation unit 202, and a message estimation unit 203. The encoding device 100 and the decoding device 200 are connected by a communication path 300.

記憶部101には、関数A,Bと、所定の共有情報aと、確率分布pX nとが記録されている。乱数系列生成装置1は、必要に応じて記憶部101からこれらの記録されている情報を読み込み後述する処理を行う。 In the storage unit 101, functions A and B, predetermined shared information a, and probability distribution p X n are recorded. The random number sequence generation device 1 reads the recorded information from the storage unit 101 as necessary, and performs the processing described later.

記憶部201には、関数A,Bと、所定の共有情報aと、確率分布pX n |Y nとが記録されている。記憶部201に記録されているこれらの情報は、通信路300の性質に応じて予め管理者等が設定しておくものとする。乱数系列推定部202及びメッセージ推定部203は、必要に応じて記憶部201からこれらの記録されている情報を読み込み後述する処理を行う。 In the storage unit 201, functions A and B, predetermined shared information a, and probability distribution p X n | Y n are recorded. The information recorded in the storage unit 201 is set in advance by an administrator or the like according to the nature of the communication path 300. The random number sequence estimation unit 202 and the message estimation unit 203 read the recorded information from the storage unit 201 as necessary, and perform processing described later.

ここで、[A],[B]は、以下の関係を満たすように設定しておく。   Here, [A] and [B] are set so as to satisfy the following relationship.

Figure 2014110533
Figure 2014110533

xn∈[Xn],yn∈[Yn]とする。通信路300を特徴づける確率分布をpY n |X nとする。入力分布pX nは設計パラメータであり任意に与えることができるが、通常は(H(Xn)-H(Xn|Yn))が大きいものを与える。ここで、PY n(yn)及びPX n |Y n(xn|yn)を以下のように定義する。 Let x n ∈ [X n ], y n ∈ [Y n ]. Let p Y n | X n be the probability distribution that characterizes the communication path 300. The input distribution p X n is a design parameter and can be arbitrarily given. Usually, a value having a large (H (X n ) −H (X n | Y n )) is given. Here, P Y n (y n ) and P X n | Y n (x n | y n ) are defined as follows.

Figure 2014110533
Figure 2014110533

符号化装置100の乱数系列生成装置1にメッセージbが入力される。 Message b is input to random number sequence generation device 1 of encoding device 100.

乱数系列生成装置1は、メッセージb∈Im[B]と所定の共有情報a∈Im[A]に対して、以下の確率分布μに従う乱数の系列xnを発生させ、これを符号化装置100の出力である符号語として通信路300に入力する(ステップBe1,図1)。 The random number sequence generation device 1 generates a random number sequence x n according to the following probability distribution μ for the message bεIm [B] and the predetermined shared information aεIm [A], and encodes it. Is input to the communication path 300 as a code word that is an output of (Step Be1, FIG. 1).

Figure 2014110533
Figure 2014110533

ここで、ステップBe1において、確率分布μに従う乱数の系列を複数個発生させた中から一つ選択したものをxnとしてもよい。 Here, in step Be1, one selected from a plurality of random number sequences generated according to the probability distribution μ may be selected as x n .

乱数系列生成装置1は、このように所定の条件がAxn=a,Bxn=bである場合は、
Im[A]⊂V1,1×V1,2×…×V1,m
Im[B]⊂V2,1×V2,2×…×V2,m’
を満たす集合V1,1,V1,2,…,V1,m,V2,1,…,V2,m’が存在することを仮定して、以下の定義に基づいて[乱数系列生成装置及び方法の第四実施形態]で説明した方法を適用することにより、乱数の系列xnを例えば生成することができる。
When the predetermined condition is Ax n = a, Bx n = b as described above, the random number sequence generation device 1
Im [A] ⊂V 1,1 × V 1,2 ×… × V 1, m
Im [B] ⊂V 2,1 × V 2,2 ×… × V 2, m '
Set satisfy V 1,1, V 1,2, ..., V 1, m, V 2,1, ..., assuming that there is V 2, m ', based on the following definition [random number sequence By applying the method described in the fourth embodiment of the generation apparatus and method, a sequence of random numbers x n can be generated, for example.

Figure 2014110533
Figure 2014110533

通信路300の出力ynは、復号装置200の乱数系列推定部202に入力される。 The output y n of the channel 300 is input to the random number sequence estimating unit 202 of the decoding device 200.

乱数系列推定部202は、通信路300の出力ynから、次式により定義される、xnの推定値ξnを求める(ステップBd1,図11)。求まったξnは、メッセージ推定部203に送信される。 The random number sequence estimation unit 202 obtains an estimated value ξ n of x n defined by the following equation from the output y n of the communication path 300 (step Bd1, FIG. 11). The obtained ξ n is transmitted to the message estimation unit 203.

Figure 2014110533
Figure 2014110533

なお、(b1)を求める代わりに、例えば参考文献2,3に記載されているsum-productアルゴリズムや例えば参考文献4,5に記載されている線形計画法を用いてξnを近似的に求めてもよい。 Instead of obtaining (b1), ξ n is approximately obtained using, for example, the sum-product algorithm described in References 2 and 3 or the linear programming described in References 4 and 5, for example. May be.

このように、乱数系列推定部202は、所定の共有情報aを所与としたときに所定の関数Aを満たす複数の値の系列θのうち、通信路300の出力ynを条件としたときにθが出現する確率を最大にするθをξnとして求め、求まった値の系列ξnを乱数系列生成装置1の出力であった乱数の系列xnとして推定する。 As described above, the random number sequence estimation unit 202 uses the output y n of the communication channel 300 as a condition among a plurality of value series θ n satisfying the predetermined function A when the predetermined shared information a is given. theta n is seeking theta n that maximizes the probability of occurrence as xi] n, to estimate the sequence xi] n of Motoma' values as a sequence x n of random numbers was output of the random number sequence generating device 1 when.

メッセージ推定部203は、β≡B(ξn)を計算することによりメッセージの推定値βを得る(ステップBd2)。このように、メッセージ推定部203は、所定の関数Bを用いて、推定された乱数の系列ξnから、メッセージの推定値βを生成する。 The message estimation unit 203 obtains an estimated value β of the message by calculating β≡B (ξ n ) (step Bd2). In this way, the message estimation unit 203 uses the predetermined function B to generate the estimated value β of the message from the estimated random number sequence ξ n .

なお、乱数系列生成装置1は、A,Bが線形写像、すなわち行列の場合は、行列を連結した(m+m’)×n 行列を考えて、[乱数系列生成装置及び方法の第二実施形態]で説明した方法を適用することにより、乱数の系列xnを生成してもよい。 In addition, when A and B are linear mappings, that is, a matrix, the random number sequence generation device 1 considers an (m + m ′) × n matrix obtained by concatenating the matrices, and [the second implementation of the random number sequence generation device and method] The random number sequence x n may be generated by applying the method described in the embodiment.

以下、具体的な例を記述する。関数Aをm×n行列、関数Bをm’×n行列として、以下のように表記する。   A specific example is described below. The function A is expressed as an m × n matrix and the function B is expressed as an m ′ × n matrix as follows.

Figure 2014110533
Figure 2014110533

行列A,Bがフルランクであることを仮定して、m次元ベクトルaとメッセージを表すm’次元のベクトルbを以下のように表記する。   Assuming that the matrices A and B are full rank, an m-dimensional vector a and an m′-dimensional vector b representing a message are expressed as follows.

Figure 2014110533
Figure 2014110533

関数Φを以下のように(m+m’)×n行列とし、l≡m+m’としてベクトルvlを以下のようにする。 Let the function Φ be an (m + m ′) × n matrix as follows, and let l≡m + m ′ be a vector v l as follows:

Figure 2014110533
Figure 2014110533

[Xn]上の確率分布pX nを定め、符号化装置100は(a2)で定まる分布μで発生させた乱数xnを通信路300に入力する。ここで、Φ(θn)=vlは、以下のようになる The probability distribution p X n on [X n ] is determined, and the encoding apparatus 100 inputs the random number x n generated with the distribution μ determined by (a2) to the communication path 300. Where Φ (θ n ) = v l is

Figure 2014110533
Figure 2014110533

通信路300出力ynを受信した復号装置は(b1)によってxnの推定値ξnを求めて、m’次元ベクトルであるβをメッセージの推定値とする。 The decoding apparatus receiving the communication path 300 output y n seeking an estimate xi] n of x n by (b1), the β is m 'dimensional vector and the estimated value of the message.

Figure 2014110533
Figure 2014110533

ここで、条件式A(θn)=aは、以下のようになる。 Here, the conditional expression A (θ n ) = a is as follows.

Figure 2014110533
Figure 2014110533

以下、他の具体例について説明する。   Hereinafter, another specific example will be described.

q=2,n=7として、[Xn]≡GF(2)7,[Yn]≡GF(2)7とする。通信路の確率分布を次のように仮定する。 Assume that q = 2, n = 7, and [X n ] ≡GF (2) 7 and [Y n ] ≡GF (2) 7 . The communication channel probability distribution is assumed as follows.

Figure 2014110533
Figure 2014110533

ここで、ζは0以上1以下の実数とする。[Xn]上の確率分布pX nを以下のように定める。 Here, ζ is a real number between 0 and 1. The probability distribution p X n on [X n ] is determined as follows.

Figure 2014110533
Figure 2014110533

確率分布pX n |Y nは以下で与えられる。 The probability distribution p X n | Y n is given by

Figure 2014110533
Figure 2014110533

確率分布p_(Xt|X1 t-1)は以下で与えられる。 The probability distribution p_ (X t | X 1 t−1 ) is given by

Figure 2014110533
Figure 2014110533

ここで、ηは0以上1以下の実数とする。ζ=1/4,η=5/7とすると、以下のようになる。   Here, η is a real number between 0 and 1. Assuming that ζ = 1/4 and η = 5/7, the result is as follows.

Figure 2014110533
Figure 2014110533

関数A,Bを行列として、列数をそれぞれm=3,m’=2とすると、以下の式を満たしている。   Assuming that functions A and B are matrices and the number of columns is m = 3 and m ′ = 2, the following equations are satisfied.

Figure 2014110533
Figure 2014110533

ここで、対数の底を2とした。   Here, the base of the logarithm is 2.

3×7行列A、2×7行列B を以下のように定める。   The 3 × 7 matrix A and the 2 × 7 matrix B are defined as follows.

Figure 2014110533
Figure 2014110533

3次元ベクトルaを以下のように定義する。   A three-dimensional vector a is defined as follows.

Figure 2014110533
Figure 2014110533

これからメッセージを表す以下の2次元のベクトルを符号化する。   Now encode the following two-dimensional vector representing the message.

Figure 2014110533
Figure 2014110533

関数Φを5×7行列   Function Φ is a 5 × 7 matrix

Figure 2014110533
Figure 2014110533

とし、l≡m+m’=5としてベクトルvlを以下のように定義する。 And let v≡m + m ′ = 5 and define the vector v l as follows:

Figure 2014110533
Figure 2014110533

[乱数系列生成装置及び方法の第二実施形態]で説明した方法に従って乱数の系列を発生するにあたり、Ψ12を次のように定める。 In generating a random number sequence according to the method described in [Second Embodiment of Random Number Sequence Generation Apparatus and Method], Ψ 1 and Ψ 2 are determined as follows.

Figure 2014110533
Figure 2014110533

Ψ2は正則行列であるので、逆行列Ψ2 -1は以下のようになる。 Since Ψ 2 is a regular matrix, the inverse matrix Ψ 2 −1 is as follows.

Figure 2014110533
Figure 2014110533

ここで、[乱数系列生成装置及び方法の第二実施形態]の乱数発生装置の具体処理を行う。   Here, the specific processing of the random number generation device of [second embodiment of random number sequence generation device and method] is performed.

1. ステップA1においてk=1に設定する。vs(1)は次のようになる。 1. In step A1, k = 1 is set. v s (1) is as follows.

Figure 2014110533
Figure 2014110533

2. ステップA2においてT(s,1),χ(xT(s,1),vs(1))は次のようになる。 2. In step A2, T (s, 1), χ (xT (s, 1) , v s (1)) is as follows.

Figure 2014110533
Figure 2014110533

関数 function

Figure 2014110533
Figure 2014110533

を計算することにより、 By calculating

Figure 2014110533
Figure 2014110533

を得る。 Get.

3. ステップA3において確率分布   3. Probability distribution in step A3

Figure 2014110533
Figure 2014110533

で乱数0又は1を発生させる。以下0を発生させたと仮定し、x1=0とする。 Generate a random number 0 or 1. Assuming that 0 is generated below, x 1 = 0.

4. ステップA4においてk=2とする。vs(2)は次のようになる。 4. In step A4, k = 2. v s (2) is as follows.

Figure 2014110533
Figure 2014110533

そして、ステップA2に戻る。   Then, the process returns to step A2.

5. ステップA2においてT(s,2),χ(xT(s,2),vs(2))は次のようになる。 5. In step A2, T (s, 2), χ (xT (s, 2) , v s (2)) is as follows.

Figure 2014110533
Figure 2014110533

関数   function

Figure 2014110533
Figure 2014110533

を計算することにより By calculating

Figure 2014110533
Figure 2014110533

を得る。
6. ステップA3において確率分布
Get.
6. Probability distribution in step A3

Figure 2014110533
Figure 2014110533

で乱数0又は1を発生させる。以下1を発生させたと仮定し、x2=1とする。 Generate a random number 0 or 1. Assuming that 1 is generated below, x 2 = 1.

7. ステップA6においてvs(3)は次のようになる。 7. In step A6, v s (3) is as follows.

Figure 2014110533
Figure 2014110533

ここで、(x3,…,x7)を求めると、以下のようになる。 Here, (x 3 ,..., X 7 ) is obtained as follows.

Figure 2014110533
Figure 2014110533

乱数系列発生装置はxn=(0,1,0,0,1,1,1)を出力して終了する。 The random number sequence generator outputs x n = (0,1,0,0,1,1,1) and ends.

符号化装置は乱数発生装置の出力xn=(0,1,0,0,1,1,1)を符号語として通信路に入力する。 The encoding device inputs the output x n = (0,1,0,0,1,1,1) of the random number generator to the communication path as a code word.

以下では通信路の出力をyn=(0,1,0,1,1,1,1)とする。通信路の出力ynを受信した復号装置は最初にxnの推定値 In the following, it is assumed that the output of the communication path is y n = (0,1,0,1,1,1,1). The decoding device that receives the output y n of the communication channel first estimates x n

Figure 2014110533
Figure 2014110533

を求めた結果、 As a result of seeking

Figure 2014110533
Figure 2014110533

を得る。続いてメッセージ推定部にてメッセージの推定値 Get. Next, the estimated value of the message in the message estimation unit

Figure 2014110533
Figure 2014110533

を得る。
<符号化装置がunを観測する場合>
以下では、図5を参照して、通信路300が2つの入力wnとunを持ち、符号化装置100がunを観測する場合の構成を述べる。
Get.
<When encoder observes u n>
In the following, with reference to FIG. 5, the channel 300 has two inputs w n and u n, describes the configuration in which the coding device 100 observes u n.

まず、通信路符号に関する本実施形態におけるデータの大まかな流れを説明する。   First, a rough flow of data in the present embodiment relating to communication path codes will be described.

乱数系列生成装置1の出力xn≡(x1,x2,…,xn)は集合[Xn]の要素である。通信路入力un≡(u1,…,un)は集合[Un]の要素である。 The output x n ≡ (x 1 , x 2 ,..., X n ) of the random number sequence generation device 1 is an element of the set [X n ]. The channel input u n ≡ (u 1 ,..., U n ) is an element of the set [U n ].

メッセージbは集合Im[B]の要素であり、Bがm’×n行列である場合はm’次元のベクトルとなる。所定の共有情報であるaは集合Im[A]の要素であり、Aがm×n行列である場合はm次元のベクトルとなる。符号化装置はメッセージbとaとunとから通信路の入力となる符号語wnを求め、通信路に入力する。符号語wn≡(w1,…,wn)は集合[Wn]の要素である。 通信路に入力されたwnは、雑音等の影響を受けて変化しynとして通信路から出力される。ここで、通信路の出力yn≡(y1,…,yn)は集合[Yn]の要素である。集合[Yn]は、有限集合とは限らないとする。復号装置はynとaからメッセージbの推定値βを求める。βはIm[B]の要素である。 The message b is an element of the set Im [B], and is an m′-dimensional vector when B is an m ′ × n matrix. The predetermined shared information a is an element of the set Im [A]. When A is an m × n matrix, it is an m-dimensional vector. Encoding apparatus obtains the codeword w n as an input communication path and a message b and a and u n, input to the channel. The codeword w n ≡ (w 1 ,..., W n ) is an element of the set [W n ]. W n input to the communication path changes under the influence of noise or the like and is output from the communication path as y n . Here, the output y n ≡ (y 1 ,..., Y n ) of the communication path is an element of the set [Y n ]. Assume that the set [Y n ] is not necessarily a finite set. Decoding apparatus obtains the estimated value β of the message b from y n and a. β is an element of Im [B].

図5に示すように、符号化装置100は、乱数系列生成装置1、記憶部101及び変換フィルタ部102を例えば備える。復号装置200は、記憶部201、乱数系列推定部202及びメッセージ推定部203を例えば備える。符号化装置100及び復号装置200は、通信路300で接続されている。   As illustrated in FIG. 5, the encoding device 100 includes, for example, a random number sequence generation device 1, a storage unit 101, and a conversion filter unit 102. The decoding device 200 includes, for example, a storage unit 201, a random number sequence estimation unit 202, and a message estimation unit 203. The encoding device 100 and the decoding device 200 are connected by a communication path 300.

記憶部101には、関数A,Bと、所定の共有情報aと、確率分布pX n |U n,pW n |X n U nとが記録されている。乱数系列生成装置1及び変換フィルタ部102は、必要に応じて記憶部101からこれらの記録されている情報を読み込み後述する処理を行う。 In the storage unit 101, functions A and B, predetermined shared information a, and probability distributions p X n | U n and p W n | X n U n are recorded. The random number sequence generation device 1 and the conversion filter unit 102 read these recorded information from the storage unit 101 as necessary, and perform processing described later.

記憶部201には、関数A,Bと、所定の共有情報aと、確率分布pX n |Y nが記録されている。記憶部201に記録されているこれらの情報は、通信路300の性質に応じて予め管理者等が設定しておくものとする。乱数系列推定部202及びメッセージ推定部203は、必要に応じて記憶部201からこれらの記録されている情報を読み込み後述する処理を行う。 In the storage unit 201, functions A and B, predetermined shared information a, and probability distribution p X n | Y n are recorded. The information recorded in the storage unit 201 is set in advance by an administrator or the like according to the nature of the communication path 300. The random number sequence estimation unit 202 and the message estimation unit 203 read the recorded information from the storage unit 201 as necessary, and perform processing described later.

ここで、[A],[B]は、以下の関係を満たすように設定しておく。   Here, [A] and [B] are set so as to satisfy the following relationship.

Figure 2014110533
Figure 2014110533

xn∈[Xn],yn∈[Yn],un∈[Un],wn∈[Wn]とする。通信路300を特徴づける確率分布をpU n,pY n |W n U nとする。条件付き確率分布pW n |X n U n,pX n |U nは設計パラメータであり任意に与えることができるが、通常は(H(Xn|Un)-H(Xn|Yn))が大きいものを与える。ここで、PY n(yn),PX n |Y n(xn|yn)を以下のように定義する。 Let x n ∈ [X n ], y n ∈ [Y n ], u n ∈ [U n ], w n ∈ [W n ]. The probability distribution that characterizes the communication path 300 is assumed to be p U n , p Y n | W n U n . The conditional probability distribution p W n | X n U n , p X n | U n is a design parameter and can be given arbitrarily, but usually (H (X n | U n ) -H (X n | Y n )) gives a large one. Here, P Y n (y n ) and P X n | Y n (x n | y n ) are defined as follows.

Figure 2014110533
Figure 2014110533

符号化装置100の乱数系列生成装置1にメッセージb及びunが入力される。 Message b and u n are input to the random number sequence generating device 1 of the encoding apparatus 100.

乱数系列生成装置1は、メッセージb∈Im[B]、通信路300の入力unと所定の共有情報a∈Im[A]に対して、以下の確率分布μに従う乱数の系列xnを発生させる(ステップBe1,図10)。乱数の系列xnは、変換フィルタ部102に送信される。 The random number sequence generation device 1 generates a random number sequence x n according to the following probability distribution μ for the message bεIm [B], the input u n of the communication path 300 and the predetermined shared information aεIm [A]. (Step Be1, FIG. 10). The random number sequence x n is transmitted to the conversion filter unit 102.

Figure 2014110533
Figure 2014110533

ここで、ステップBe1において、確率分布μに従う乱数の系列を複数個発生させた中から一つ選択したものをxnとしてもよい。 Here, in step Be1, one selected from a plurality of random number sequences generated according to the probability distribution μ may be selected as x n .

乱数系列生成装置1は、このように所定の条件がAxn=a,Bxn=bである場合は、
Im[A]⊂V1,1×V1,2×…×V1,m
Im[B]⊂V2,1×V2,2×…×V2,m’
を満たす集合V1,1,V1,2,…,V1,m,V2,1,…,V2,m’が存在することを仮定して、以下の定義に基づいて[乱数系列生成装置及び方法の第三実施形態]及び[乱数系列生成装置及び方法の第四実施形態]で説明した方法を適用することにより、乱数の系列xnを例えば生成することができる。
When the predetermined condition is Ax n = a, Bx n = b as described above, the random number sequence generation device 1
Im [A] ⊂V 1,1 × V 1,2 ×… × V 1, m
Im [B] ⊂V 2,1 × V 2,2 ×… × V 2, m '
Set satisfy V 1,1, V 1,2, ..., V 1, m, V 2,1, ..., assuming that there is V 2, m ', based on the following definition [random number sequence By applying the method described in the third embodiment of the generation device and method and the fourth embodiment of the random number sequence generation device and method, the random number sequence x n can be generated, for example.

Figure 2014110533
Figure 2014110533

変換フィルタ部102は、確率分布pW n |X n U nに従うランダム又は決定的な変換Fを通して得られた系列wn≡F(xn,un)を符号化装置100の出力である符号語として通信路300に入力する(ステップBe2)。 The transform filter unit 102 encodes a sequence w n ≡F (x n , u n ) obtained through a random or deterministic transform F according to the probability distribution p W n | X n U n as an output of the encoding device 100. A word is input to the communication path 300 (step Be2).

通信路300の出力ynは、復号装置200の乱数系列推定部202に入力される。 The output y n of the channel 300 is input to the random number sequence estimating unit 202 of the decoding device 200.

乱数系列推定部202は、通信路300の出力ynから、次式により定義される、xnの推定値ξnを求める(ステップBd1,図11)。求まったξnは、メッセージ推定部203に送信される。 The random number sequence estimation unit 202 obtains an estimated value ξ n of x n defined by the following equation from the output y n of the communication path 300 (step Bd1, FIG. 11). The obtained ξ n is transmitted to the message estimation unit 203.

Figure 2014110533
Figure 2014110533

なお、上記式よりξnを求める代わりに、例えば参考文献2,3に記載されているsum-productアルゴリズムや例えば参考文献4,5に記載されている線形計画法を用いてξnを近似的に求めてもよい。 Instead of obtaining ξ n from the above formula, ξ n is approximated using, for example, the sum-product algorithm described in References 2 and 3 or the linear programming described in References 4 and 5, for example. You may ask for.

このように、乱数系列推定部202は、所定の共有情報aを所与としたときに所定の関数Aを満たす複数の値の系列θのうち、通信路300の出力ynを条件としたときにθが出現する確率を最大にするθをξnとして求め、求まった値の系列ξnを乱数系列生成装置1の出力であった乱数の系列xnとして推定する。 As described above, the random number sequence estimation unit 202 uses the output y n of the communication channel 300 as a condition among a plurality of value series θ n satisfying the predetermined function A when the predetermined shared information a is given. theta n is seeking theta n that maximizes the probability of occurrence as xi] n, to estimate the sequence xi] n of Motoma' values as a sequence x n of random numbers was output of the random number sequence generating device 1 when.

メッセージ推定部203は、β≡B(ξn)を計算することによりメッセージの推定値βを得る(ステップBd2)。このように、メッセージ推定部203は、所定の関数Bを用いて、推定された乱数の系列ξnから、メッセージの推定値βを生成する。 The message estimation unit 203 obtains an estimated value β of the message by calculating β≡B (ξ n ) (step Bd2). In this way, the message estimation unit 203 uses the predetermined function B to generate the estimated value β of the message from the estimated random number sequence ξ n .

[符号化装置及び方法並びに復号装置及び方法の第二実施形態]
図6及び図7を参照して、通信路300が1つの入力wnと2つの出力yn,znとを持ち、盗聴者がznを観測している盗聴通信路についての符号を構成する、符号化装置及び方法並びに復号装置及び方法の第二実施形態について説明する。
[Second Embodiment of Encoding Device and Method and Decoding Device and Method]
6 and 7, the communication channel 300 has one input w n and two outputs y n and z n, and configures a code for an eavesdropping communication channel in which an eavesdropper observes z n. A second embodiment of the encoding apparatus and method and the decoding apparatus and method will be described.

<符号化装置がunを観測しない場合>
まず、図6を参照して、符号化装置100が通信路300の補助情報unを観測しない場合の構成を述べる。
<When the coding apparatus does not observe u n>
First, referring to FIG. 6, described the configuration in which the coding device 100 does not observe the supplementary information u n of the channel 300.

通信路符号に関する実施形態におけるデータの大まかな流れを説明する。   A general flow of data in the embodiment relating to the communication path code will be described.

乱数系列生成装置1の出力xn≡(x1,x2,…,xn)は集合[Xn]の要素である。 The output x n ≡ (x 1 , x 2 ,..., X n ) of the random number sequence generation device 1 is an element of the set [X n ].

メッセージbは集合Im[B]の要素であり、Bがm’×n行列である場合はm’次元のベクトルとなる。所定の共有情報であるaは集合Im[A]の要素であり、Aがm×n行列である場合はm次元のベクトルとなる。符号化装置はメッセージbとaから通信路の入力となる符号語wnを求め、通信路に入力する。符号語wn≡(w1,…,wn)は集合[Wn]の要素である。 The message b is an element of the set Im [B], and is an m′-dimensional vector when B is an m ′ × n matrix. The predetermined shared information a is an element of the set Im [A]. When A is an m × n matrix, it is an m-dimensional vector. Encoding apparatus obtains the codeword w n as a communication channel of the input from the message b and a, is input to the communication path. The codeword w n ≡ (w 1 ,..., W n ) is an element of the set [W n ].

通信路に入力されたwnは、雑音等の影響を受けて変化しynとして通信路から出力される。ここで、通信路の出力yn≡(y1,…,yn)は集合[Yn]の要素である。復号装置はynとaからメッセージbの推定値βを求める。βはIm[B]の要素である。復号装置はynとaからメッセージbの推定値βを求める。βはIm[B]の要素である。 W n input to the communication path changes under the influence of noise or the like and is output from the communication path as y n . Here, the output y n ≡ (y 1 ,..., Y n ) of the communication path is an element of the set [Y n ]. Decoding apparatus obtains the estimated value β of the message b from y n and a. β is an element of Im [B]. Decoding apparatus obtains the estimated value β of the message b from y n and a. β is an element of Im [B].

また、第三者は通信路を盗聴することにより、情報znを通信路の出力として得る。通信路の出力zn≡(z1,…,zn)は集合[Zn]の要素である。 Further, the third party eavesdrops on the communication path to obtain information z n as the output of the communication path. The channel output z n ≡ (z 1 ,..., Z n ) is an element of the set [Z n ].

図6に示すように、符号化装置100は、乱数系列生成装置1、記憶部101及び変換フィルタ部102を例えば備える。復号装置200は、記憶部201、乱数系列推定部202及びメッセージ推定部203を例えば備える。符号化装置100及び復号装置200は、通信路300で接続されている。   As illustrated in FIG. 6, the encoding device 100 includes, for example, a random number sequence generation device 1, a storage unit 101, and a conversion filter unit 102. The decoding device 200 includes, for example, a storage unit 201, a random number sequence estimation unit 202, and a message estimation unit 203. The encoding device 100 and the decoding device 200 are connected by a communication path 300.

記憶部101には、関数A,Bと、所定の共有情報aと、確率分布pX n,pW n |X nとが記録されている。乱数系列生成装置1及び変換フィルタ部102は、必要に応じて記憶部101からこれらの記録されている情報を読み込み後述する処理を行う。 In the storage unit 101, functions A and B, predetermined shared information a, and probability distributions p X n and p W n | X n are recorded. The random number sequence generation device 1 and the conversion filter unit 102 read these recorded information from the storage unit 101 as necessary, and perform processing described later.

記憶部201には、関数A,Bと、所定の共有情報aと、確率分布pX n |Y nが記録されている。記憶部201に記録されているこれらの情報は、通信路300の性質に応じて予め管理者等が設定しておくものとする。乱数系列推定部202及びメッセージ推定部203は、必要に応じて記憶部201からこれらの記録されている情報を読み込み後述する処理を行う。 In the storage unit 201, functions A and B, predetermined shared information a, and probability distribution p X n | Y n are recorded. The information recorded in the storage unit 201 is set in advance by an administrator or the like according to the nature of the communication path 300. The random number sequence estimation unit 202 and the message estimation unit 203 read the recorded information from the storage unit 201 as necessary, and perform processing described later.

ここで、[A],[B]は、以下の関係を満たすように設定しておく。   Here, [A] and [B] are set so as to satisfy the following relationship.

Figure 2014110533
Figure 2014110533

ここで、H(Xn|Zn)は、以下のpZ n(zn),pX n |Z n(xn|zn)によって定まる。 Here, H (X n | Z n ) , the following p Z n (z n), p X n | Z n | defined by (x n z n).

Figure 2014110533
Figure 2014110533

xn∈[Xn],yn∈[Yn],zn∈[Zn],wn∈[Wn]とする。通信路300を特徴づける確率分布をpY n Z n |W nとする。分布pX n,pW n |X nは設計パラメータであり任意に与えることができるが、通常は(H(Xn|Zn)-H(Xn|Yn))の大きいものを与える。 Let x n ∈ [X n ], y n ∈ [Y n ], z n ∈ [Z n ], w n ∈ [W n ]. The probability distribution that characterizes the communication path 300 is defined as p Y n Z n | W n . The distribution p X n , p W n | X n is a design parameter and can be given arbitrarily, but usually gives a large value of (H (X n | Z n ) -H (X n | Y n )) .

Figure 2014110533
Figure 2014110533

符号化装置100の乱数系列生成装置1にメッセージbが入力される。 Message b is input to random number sequence generation device 1 of encoding device 100.

乱数系列生成装置1は、メッセージb∈Im[B]、所定の共有情報a∈Im[A]に対して、以下の確率分布μに従う乱数の系列xnを発生させる(ステップBe1,図10)。乱数の系列xnは、変換フィルタ部102に送信される。 The random number sequence generation device 1 generates a random number sequence x n according to the following probability distribution μ for the message bεIm [B] and the predetermined shared information aεIm [A] (step Be1, FIG. 10). . The random number sequence x n is transmitted to the conversion filter unit 102.

Figure 2014110533
Figure 2014110533

ここで、ステップBe1において、確率分布μに従う乱数の系列を複数個発生させた中から一つ選択したものをxnとしてもよい。 Here, in step Be1, one selected from a plurality of random number sequences generated according to the probability distribution μ may be selected as x n .

乱数系列生成装置1は、このように所定の条件がAxn=a,Bxn=bである場合は、
Im[A]⊂V1,1×V1,2×…×V1,m
Im[B]⊂V2,1×V2,2×…×V2,m’
を満たす集合V1,1,V1,2,…,V1,m,V2,1,…,V2,m’が存在することを仮定して、以下の定義に基づいて[乱数系列生成装置及び方法の第三実施形態]で説明した方法を適用することにより、乱数の系列xnを例えば生成することができる。
When the predetermined condition is Ax n = a, Bx n = b as described above, the random number sequence generation device 1
Im [A] ⊂V 1,1 × V 1,2 ×… × V 1, m
Im [B] ⊂V 2,1 × V 2,2 ×… × V 2, m '
Set satisfy V 1,1, V 1,2, ..., V 1, m, V 2,1, ..., assuming that there is V 2, m ', based on the following definition [random number sequence By applying the method described in the third embodiment of the generation apparatus and method, a sequence of random numbers x n can be generated, for example.

Figure 2014110533
Figure 2014110533

変換フィルタ部102は、確率分布pW n |X nに従うランダム又は決定的な変換Fを通して得られた系列wn≡F(xn)を符号化装置100の出力である符号語として通信路300に入力する(ステップBe2)。 The transform filter unit 102 uses the sequence w n ≡F (x n ) obtained through a random or deterministic transform F according to the probability distribution p W n | X n as a code word that is an output of the encoding device 100, as a communication channel 300. (Step Be2).

通信路300の出力ynは、復号装置200の乱数系列推定部202に入力される。 The output y n of the channel 300 is input to the random number sequence estimating unit 202 of the decoding device 200.

乱数系列推定部202は、通信路300の出力ynから、次式により定義される、xnの推定値ξnを求める(ステップBd1,図11)。求まったξnは、メッセージ推定部203に送信される。 The random number sequence estimation unit 202 obtains an estimated value ξ n of x n defined by the following equation from the output y n of the communication path 300 (step Bd1, FIG. 11). The obtained ξ n is transmitted to the message estimation unit 203.

Figure 2014110533
Figure 2014110533

なお、上記式によりξnを求める代わりに、例えば参考文献2,3に記載されているsum-productアルゴリズムや例えば参考文献4,5に記載されている線形計画法を用いてξnを近似的に求めてもよい。 Instead of obtaining ξ n by the above formula, ξ n is approximated using, for example, the sum-product algorithm described in References 2 and 3 or the linear programming described in References 4 and 5, for example. You may ask for.

このように、乱数系列推定部202は、所定の共有情報aを所与としたときに所定の関数Aを満たす複数の値の系列θのうち、通信路300の出力ynを条件としたときにθが出現する確率を最大にするθをξnとして求め、求まった値の系列ξnを乱数系列生成装置1の出力であった乱数の系列xnとして推定する。 As described above, the random number sequence estimation unit 202 uses the output y n of the communication channel 300 as a condition among a plurality of value series θ n satisfying the predetermined function A when the predetermined shared information a is given. theta n is seeking theta n that maximizes the probability of occurrence as xi] n, to estimate the sequence xi] n of Motoma' values as a sequence x n of random numbers was output of the random number sequence generating device 1 when.

メッセージ推定部203は、β≡B(ξn)を計算することによりメッセージの推定値βを得る(ステップBd2)。このように、メッセージ推定部203は、所定の関数Bを用いて、推定された乱数の系列ξnから、メッセージの推定値βを生成する。 The message estimation unit 203 obtains an estimated value β of the message by calculating β≡B (ξ n ) (step Bd2). In this way, the message estimation unit 203 uses the predetermined function B to generate the estimated value β of the message from the estimated random number sequence ξ n .

<符号化装置がunを観測する場合>
以下では、図7を参照して、通信路300が2つの入力wnとunを持ち、符号化装置100がunを観測する場合の構成を述べる。ここで、盗聴者はunを観測できないことを仮定する。
<When encoder observes u n>
In the following, with reference to FIG. 7, the channel 300 has two inputs w n and u n, describes the configuration in which the coding device 100 observes u n. Here, the eavesdropper is assumed that you can not observe the u n.

乱数生成装置1の出力xn≡(x1,x2,…,xn)は有限集合[Xn]の要素である。通信路の入力un≡(u1,…,un)は集合[Un]の要素である。 The output x n ≡ (x 1 , x 2 ,..., X n ) of the random number generation device 1 is an element of the finite set [X n ]. The input u n ≡ (u 1 ,..., U n ) of the communication path is an element of the set [U n ].

メッセージbは集合Im[B]の要素であり、Bがm’×n行列である場合はm’次元のベクトルとなる。所定の共有情報であるaは集合Im[A]の要素であり、Aがm×n行列である場合はm次元のベクトルとなる。符号化装置はメッセージbとaとunとから通信路の入力となる符号語wnを求め、通信路に入力する。符号語wn≡(w1,…,wn)は集合[Wn]の要素である。 The message b is an element of the set Im [B], and is an m′-dimensional vector when B is an m ′ × n matrix. The predetermined shared information a is an element of the set Im [A]. When A is an m × n matrix, it is an m-dimensional vector. Encoding apparatus obtains the codeword w n as an input communication path and a message b and a and u n, input to the channel. The codeword w n ≡ (w 1 ,..., W n ) is an element of the set [W n ].

通信路に入力されたwnは、雑音等の影響を受けて変化しynとして通信路から出力される。ここで、通信路の出力yn≡(y1,…,yn)は集合[Yn]の要素である。復号装置はynとaからメッセージbの推定値βを求める。βはIm[B]の要素である。 W n input to the communication path changes under the influence of noise or the like and is output from the communication path as y n . Here, the output y n ≡ (y 1 ,..., Y n ) of the communication path is an element of the set [Y n ]. Decoding apparatus obtains the estimated value β of the message b from y n and a. β is an element of Im [B].

また、第三者は通信路を盗聴することにより、情報znを通信路の出力として得る。通信路の出力zn≡(z1,…,zn)は集合[Zn]の要素である。 Further, the third party eavesdrops on the communication path to obtain information z n as the output of the communication path. The channel output z n ≡ (z 1 ,..., Z n ) is an element of the set [Z n ].

図7に示すように、符号化装置100は、乱数系列生成装置1、記憶部101及び変換フィルタ部102を例えば備える。復号装置200は、記憶部201、乱数系列推定部202及びメッセージ推定部203を例えば備える。符号化装置100及び復号装置200は、通信路300で接続されている。   As illustrated in FIG. 7, the encoding device 100 includes, for example, a random number sequence generation device 1, a storage unit 101, and a conversion filter unit 102. The decoding device 200 includes, for example, a storage unit 201, a random number sequence estimation unit 202, and a message estimation unit 203. The encoding device 100 and the decoding device 200 are connected by a communication path 300.

記憶部101には、関数A,Bと、所定の共有情報aと、確率分布pX n |U n,pW n |X n U nとが記録されている。乱数系列生成装置1及び変換フィルタ部102は、必要に応じて記憶部101からこれらの記録されている情報を読み込み後述する処理を行う。 In the storage unit 101, functions A and B, predetermined shared information a, and probability distributions p X n | U n and p W n | X n U n are recorded. The random number sequence generation device 1 and the conversion filter unit 102 read these recorded information from the storage unit 101 as necessary, and perform processing described later.

記憶部201には、関数A,Bと、所定の共有情報aと、確率分布pX n |Y nが記録されている。記憶部201に記録されているこれらの情報は、通信路300の性質に応じて予め管理者等が設定しておくものとする。乱数系列推定部202及びメッセージ推定部203は、必要に応じて記憶部201からこれらの記録されている情報を読み込み後述する処理を行う。 In the storage unit 201, functions A and B, predetermined shared information a, and probability distribution p X n | Y n are recorded. The information recorded in the storage unit 201 is set in advance by an administrator or the like according to the nature of the communication path 300. The random number sequence estimation unit 202 and the message estimation unit 203 read the recorded information from the storage unit 201 as necessary, and perform processing described later.

ここで、[A],[B]は、以下の関係を満たすように設定しておく。   Here, [A] and [B] are set so as to satisfy the following relationship.

Figure 2014110533
Figure 2014110533

ここで、H(Xn|Zn)は、以下のpZ n(zn),pX n |Z n(xn|zn)によって定まる。 Here, H (X n | Z n ) , the following p Z n (z n), p X n | Z n | defined by (x n z n).

Figure 2014110533
Figure 2014110533

xn∈[Xn],yn∈[Yn],zn∈[Zn],un∈[Un],wn∈[Wn]とする。通信路を特徴づける確率分布をpU n,pY n Z n |W n U nとする。条件付き確率分布pW n |X n U n,pX n |U nは設計パラメータであり任意に与えることができるが、通常は(min{H(Xn|Un),H(Xn|Zn)}-H(Xn|Yn))が大きいものを与える。ここで、PY n(yn),PX n |Y n(xn|yn)を以下のように定義する。 Let x n ∈ [X n ], y n ∈ [Y n ], z n ∈ [Z n ], u n ∈ [U n ], w n ∈ [W n ]. The probability distribution that characterizes the channel is assumed to be p U n , p Y n Z n | W n U n . The conditional probability distribution p W n | X n U n , p X n | U n is a design parameter and can be given arbitrarily, but usually (min {H (X n | U n ), H (X n | Z n )}-H (X n | Y n )) is large. Here, P Y n (y n ) and P X n | Y n (x n | y n ) are defined as follows.

Figure 2014110533
Figure 2014110533

符号化装置100の乱数系列生成装置1にメッセージb及びunが入力される。 Message b and u n are input to the random number sequence generating device 1 of the encoding apparatus 100.

乱数系列生成装置1は、メッセージb∈Im[B]、通信路300の入力unと所定の共有情報a∈Im[A]に対して、以下の確率分布μに従う乱数の系列xnを発生させる(ステップBe1,図10)。乱数の系列xnは、変換フィルタ部102に送信される。 The random number sequence generation device 1 generates a random number sequence x n according to the following probability distribution μ for the message bεIm [B], the input u n of the communication path 300 and the predetermined shared information aεIm [A]. (Step Be1, FIG. 10). The random number sequence x n is transmitted to the conversion filter unit 102.

Figure 2014110533
Figure 2014110533

ここで、ステップBe1において、確率分布μに従う乱数の系列を複数個発生させた中から一つ選択したものをxnとしてもよい。 Here, in step Be1, one selected from a plurality of random number sequences generated according to the probability distribution μ may be selected as x n .

乱数系列生成装置1は、このように所定の条件がAxn=a,Bxn=bである場合は、
Im[A]⊂V1,1×V1,2×…×V1,m
Im[B]⊂V2,1×V2,2×…×V2,m’
を満たす集合V1,1,V1,2,…,V1,m,V2,1,…,V2,m’が存在することを仮定して、以下の定義に基づいて[乱数系列生成装置及び方法の第三実施形態]及び[乱数系列生成装置及び方法の第四実施形態]で説明した方法を適用することにより、乱数の系列xnを例えば生成することができる。
When the predetermined condition is Ax n = a, Bx n = b as described above, the random number sequence generation device 1
Im [A] ⊂V 1,1 × V 1,2 ×… × V 1, m
Im [B] ⊂V 2,1 × V 2,2 ×… × V 2, m '
Set satisfy V 1,1, V 1,2, ..., V 1, m, V 2,1, ..., assuming that there is V 2, m ', based on the following definition [random number sequence By applying the method described in the third embodiment of the generation device and method and the fourth embodiment of the random number sequence generation device and method, the random number sequence x n can be generated, for example.

Figure 2014110533
Figure 2014110533

変換フィルタ部102は、確率分布pW n |X n U nに従うランダム又は決定的な変換Fを通して得られた系列wn≡F(xn,un)を符号化装置100の出力である符号語として通信路300に入力する(ステップBe2)。 The transform filter unit 102 encodes a sequence w n ≡F (x n , u n ) obtained through a random or deterministic transform F according to the probability distribution p W n | X n U n as an output of the encoding device 100. A word is input to the communication path 300 (step Be2).

通信路300の出力ynは、復号装置200の乱数系列推定部202に入力される。 The output y n of the channel 300 is input to the random number sequence estimating unit 202 of the decoding device 200.

乱数系列推定部202は、通信路300の出力ynから、次式により定義される、xnの推定値ξnを求める(ステップBd1,図11)。求まったξnは、メッセージ推定部203に送信される。 The random number sequence estimation unit 202 obtains an estimated value ξ n of x n defined by the following equation from the output y n of the communication path 300 (step Bd1, FIG. 11). The obtained ξ n is transmitted to the message estimation unit 203.

Figure 2014110533
Figure 2014110533

なお、上記式によりξnを求める代わりに、例えば参考文献2,3に記載されているsum-productアルゴリズムや例えば参考文献4,5に記載されている線形計画法を用いてξnを近似的に求めてもよい。 Instead of obtaining ξ n by the above formula, ξ n is approximated using, for example, the sum-product algorithm described in References 2 and 3 or the linear programming described in References 4 and 5, for example. You may ask for.

このように、乱数系列推定部202は、所定の共有情報aを所与としたときに所定の関数Aを満たす複数の値の系列θのうち、通信路300の出力ynを条件としたときにθが出現する確率を最大にするθをξnとして求め、求まった値の系列ξnを乱数系列生成装置1の出力であった乱数の系列xnとして推定する。 As described above, the random number sequence estimation unit 202 uses the output y n of the communication channel 300 as a condition among a plurality of value series θ n satisfying the predetermined function A when the predetermined shared information a is given. theta n is seeking theta n that maximizes the probability of occurrence as xi] n, to estimate the sequence xi] n of Motoma' values as a sequence x n of random numbers was output of the random number sequence generating device 1 when.

メッセージ推定部203は、β≡B(ξn)を計算することによりメッセージの推定値βを得る(ステップBd2)。このように、メッセージ推定部203は、所定の関数Bを用いて、推定された乱数の系列ξnから、メッセージの推定値βを生成する。 The message estimation unit 203 obtains an estimated value β of the message by calculating β≡B (ξ n ) (step Bd2). In this way, the message estimation unit 203 uses the predetermined function B to generate the estimated value β of the message from the estimated random number sequence ξ n .

盗聴者によってunが観測される恐れがある場合は、(b2)を以下の式に置き換えてもよい。 If there is a risk that u n is observed by an eavesdropper may be replaced by a formula below (b2).

Figure 2014110533
Figure 2014110533

ここで、H(Xn|Zn,Un)は、以下のpZ n(zn),pX n |Z n(xn|zn)によって定まる。 Here, H (X n | Z n , U n) , the following p Z n (z n), p X n | Z n | defined by (x n z n).

Figure 2014110533
Figure 2014110533

条件付き確率分布pW n |X n U n,pX n |U nは設計パラメータであり任意に与えることができるが、通常は(H(Xn|Zn,Un)-H(Xn|Yn))が大きいものを与える。 The conditional probability distribution p W n | X n U n , p X n | U n is a design parameter and can be arbitrarily given, but usually (H (X n | Z n , U n ) -H (X n | Y n )) is given.

[符号化装置及び方法並びに復号装置及び方法の第三実施形態]
κを1以上の所定の整数とし、K≡{0,1,…,κ},i∈K,xi n≡(xi,1,xi,2,…,xi,n),xK n≡{xi n}i∈K,Xi n≡(Xi,1,Xi,2,…,Xi,n),XK n≡{Xi n}i∈Kとする。図8を参照して、通信路300がκ個の入力xK n≡{xi n}i∈Kと1つの出力ynを持ついわゆるマルチプルアクセス通信路についての符号を構成する、符号化装置及び方法並びに復号装置及び方法の第三実施形態について説明する。
[Third embodiment of encoding apparatus and method and decoding apparatus and method]
The kappa and one or more predetermined integer, K≡ {0,1, ..., κ }, i∈K, x i n ≡ (x i, 1, x i, 2, ..., x i, n), x K n ≡ {x i n } i∈K , X i n ≡ (X i, 1 , X i, 2 ,..., X i, n ), X K n ≡ {X i n } i∈K . Referring to FIG. 8, an encoding device in which channel 300 constitutes a code for a so-called multiple access channel having κ inputs x K n ≡ {x i n } iεK and one output y n. And a third embodiment of the decoding apparatus and method will be described.

<符号化装置と復号化装置がunを共有しない場合>
まず、図8を参照して、符号化装置100−i及び復号装置200が、補助情報unを共有しない場合の構成を述べる。
<When the encoding device and the decoding device do not share u n >
First, referring to FIG. 8, the encoding device 100-i and the decoding apparatus 200 will be described the configuration in which not share auxiliary information u n.

メッセージbiは集合Im[Bi]の要素であり、Biがm’i×n行列である場合はm’i次元のベクトルとなる。所定の共有情報であるaiは集合Im[Ai]の要素であり、Aiがmi×n行列である場合はmi次元のベクトルとなる。符号化装置はメッセージbiとaiから通信路の入力となる符号語xi nを求める。符号語xi n≡(xi,1,xi,2,…,xi,n)は集合[Xi n]の要素である。 The message b i is an element of the set Im [B i ], and is an m ′ i- dimensional vector when B i is an m ′ i × n matrix. The predetermined shared information a i is an element of the set Im [A i ], and if A i is a m i × n matrix, it is a mi i- dimensional vector. The encoding device obtains a code word x i n serving as an input to the communication path from the messages b i and a i . The codeword x i n ≡ (x i, 1 , x i, 2 ,..., X i, n ) is an element of the set [X i n ].

通信路に入力されたxK nは、雑音等の影響を受けて変化しynとして通信路から出力される。ここで、通信路の出力yn≡(y1,…,yn)は集合[Yn]の要素である。復号装置はynとaiからメッセージbiの推定値βiを求める。βiはIm[Bi]の要素である。 X K n input to the communication path changes under the influence of noise or the like and is output from the communication path as y n . Here, the output y n ≡ (y 1 ,..., Y n ) of the communication path is an element of the set [Y n ]. The decoding device obtains an estimated value β i of the message b i from y n and a i . β i is an element of Im [B i ].

図8に示すように、i∈Kとして、符号化装置100−iは、乱数系列生成装置1−i及び記憶部101−iを例えば備える。復号装置200は、記憶部201、乱数系列推定部202及びメッセージ推定部203を例えば備える。符号化装置100−i及び復号装置200は、通信路300で接続されている。   As illustrated in FIG. 8, for iεK, the encoding device 100-i includes, for example, a random number sequence generation device 1-i and a storage unit 101-i. The decoding device 200 includes, for example, a storage unit 201, a random number sequence estimation unit 202, and a message estimation unit 203. The encoding device 100-i and the decoding device 200 are connected by a communication path 300.

i∈Kとして、記憶部101−iには、関数Ai,Biと、所定の共有情報aiと、確率分布pXi nが記録されている。i∈Kとして、乱数系列生成装置1−iは、必要に応じて記憶部101−iからこれらの記録されている情報を読み込み後述する処理を行う。 As I∈K, the storage unit 101-i, the function A i, and B i, and a predetermined shared information a i, the probability distribution p Xi n are recorded. As iεK, the random number sequence generation device 1-i reads the recorded information from the storage unit 101-i as necessary, and performs the process described later.

記憶部201には、関数{Ai}i∈K,{Bi}i∈Kと、所定の共有情報{ai}i∈Kと、確率分布pXK n |Y nが記録されている。乱数系列推定部202及びメッセージ推定部203は、必要に応じて記憶部201からこれらの記録されている情報を読み込み後述する処理を行う。 In the storage unit 201, functions {A i } i∈K , {B i } i∈K , predetermined shared information {a i } i∈K , and probability distribution p XK n | Y n are recorded. . The random number sequence estimation unit 202 and the message estimation unit 203 read the recorded information from the storage unit 201 as necessary, and perform processing described later.

ここで、[AK]≡{[Ai]}i∈K,[BK]≡{[Bi]}i∈Kは、任意のi∈KとI⊂Kに対して、以下の関係を満たすように設定しておく。XI n≡{Xi n}i∈Iであり、K\Iは差集合、すなわちKに含まれているがIには含まれない要素からなる集合を表す。 Here, [A K ] ≡ {[A i ]} i∈K , [B K ] ≡ {[B i ]} i∈K is the following relation to any i∈K and I⊂K Set to satisfy. X I n ≡ {X i n } i∈I , and K \ I represents a difference set, that is, a set of elements included in K but not included in I.

Figure 2014110533
Figure 2014110533

また、H(XI n|Yn,XK\I n)は、以下のpY n XK\I n(yn,xn k\I),pXI n |Y n XK\I n(xI n|yn,xK\I n)によって定まる。Σの下付きxI nはxI n≡{xi n}i∈Iがとりうる値の全てを動かした時の和である。 H (X I n | Y n , X K \ I n ) is expressed as p Y n XK \ I n (y n , x n k \ I ), p XI n | Y n XK \ I n ( x I n | y n , x K \ I n ). The subscript x I n of Σ is the sum of moving all possible values of x I n ≡ {x i n } i∈I .

Figure 2014110533
Figure 2014110533

xi n∈[Xi n],yn∈[Yn]とする。通信路を特徴づける確率分布をpY n |XK nとする。{pXi n}i∈Kは設計パラメータで任意に与えることができるが、通常は後述の|Im[Bi]|を大きくできるものを選ぶ。ここで、PY n(yn)及びPXK n |Y n(xn K|yn)を以下のように定義する。Σの下付きxK nはxK n≡{xi n}i∈Kがとりうる値の全てを動かした時の和である。 Let x i n ∈ [X i n ], y n ∈ [Y n ]. Let p Y n | XK n be the probability distribution that characterizes the channel. {p Xi n } i∈K can be arbitrarily given as a design parameter, but usually, one that can increase | Im [B i ] | Here, P Y n (y n ) and P XK n | Y n (x n K | y n ) are defined as follows. The subscript x K n of Σ is the sum of moving all possible values of x K n ≡ {x i n } i∈K .

Figure 2014110533
Figure 2014110533

i∈Kとして、符号化装置100−iの乱数系列生成装置1−iにメッセージbiが入力される。 As iεK, the message b i is input to the random number sequence generation device 1-i of the encoding device 100-i.

i∈Kとして、乱数系列生成装置1−iは、メッセージbi∈Im[Bi]と所定の共有情報ai∈Im[Ai]に対して、以下の確率分布μに従う乱数の系列xi nを発生させ、これを符号化装置100−iの出力である符号語として通信路300に入力する(ステップBe1,図10)。 As iεK, the random number sequence generation device 1-i generates a random number sequence x according to the following probability distribution μ with respect to the message b i εIm [B i ] and predetermined shared information a i εIm [A i ]. i n is generated and input to the communication path 300 as a code word which is an output of the encoding device 100-i (step Be1, FIG. 10).

Figure 2014110533
Figure 2014110533

ここで、ステップBe1において、確率分布μに従う乱数の系列を複数個発生させた中から一つ選択したものをxi nとしてもよい。 Here, in step Be1, it may be the x i n that selects one from among obtained by a plurality generate a sequence of random numbers according to the probability distribution mu.

乱数系列生成装置1−iは、このように所定の条件がAi(xi n)=ai,Bi(xi n)=biである場合は、 In this way, the random number sequence generation device 1-i, when the predetermined conditions are A i (x i n ) = a i , B i (x i n ) = b i ,

Figure 2014110533
Figure 2014110533

を満たす集合Vi,1,1,Vi,1,2,…,Vi,1,mi,Vi,2,1,…,Vi,2,m’iが存在することを仮定して、以下の定義に基づいて[乱数系列生成装置及び方法の第四実施形態]で説明した方法を適用することにより、乱数の系列xi nを例えば生成することができる。 Suppose that there exists a set V i, 1,1 , V i, 1,2 , ..., V i, 1, mi , V i, 2,1 , ..., V i, 2, m'i that satisfies Te, following by applying the method described in the fourth embodiment of the random number sequence generation apparatus and method] on the basis of the definition, may be a sequence x i n of a random number for example generation.

Figure 2014110533
Figure 2014110533

通信路300の出力ynは、復号装置200の乱数系列推定部202に入力される。 The output y n of the channel 300 is input to the random number sequence estimating unit 202 of the decoding device 200.

復号装置200は、乱数系列推定部202において通信路300の出力ynと予め定められた{ai}i∈Kから、次式により定義される、xK n≡{xi n}i∈Kの推定値ξK nを求める(ステップBd1,図11)。求まったξK nは、メッセージ推定部203に送信される。 Decoding apparatus 200 determines, from random number sequence estimation section 202, output y n of channel 300 and predetermined {a i } i∈K , x K n ≡ {x i n } i∈ determining an estimated value xi] K n and K (step Bd1, Figure 11). The obtained ξ K n is transmitted to the message estimation unit 203.

Figure 2014110533
Figure 2014110533

なお、上記式によりξK nを求める代わりに、例えば参考文献2,3に記載されているsum-productアルゴリズムや例えば参考文献4,5に記載されている線形計画法を用いてξK nを近似的に求めてもよい。 Instead of seeking xi] K n the above equation, for example, the xi] K n using linear programming method described in sum-product algorithm or example references 4 and 5 which are described in references 2 and 3 You may obtain approximately.

このように、乱数系列推定部202は、所定の共有情報{ai}i∈Kを所与としたときに所定の関数{Ai}i∈Kを満たす値θ の系列θ のうち、通信路300の出力ynを条件としたときにθ が出現する確率を最大にするθ をξK nとして求め、求まった値の系列ξn Kを乱数系列発生装置1の出力であった乱数の系列xK nとして推定する。ここで、θK n≡{θi n}i∈KK n≡{ξi n}i∈Kである。 In this way, the random number sequence estimation unit 202 provides a sequence θ K n of values θ i n satisfying the predetermined function {A i } iεK when the predetermined shared information {a i } iεK is given. of the theta K n that maximizes the probability of theta K n appears when subject to output y n of the channel 300 obtained as xi] K n, Motoma' value of sequence xi] n K a random number sequence generator It is estimated as a random number sequence x K n which was an output of 1. Here, θ K n ≡ {θ i n} i∈K, a ξ K n ≡ {ξ i n } i∈K.

メッセージ推定部203は、i∈Kとして、βi≡Bii n)を計算することによりメッセージの推定値βiを得る(ステップBd2)。このように、メッセージ推定部203は、所定の関数Biを用いて、推定された乱数の系列ξi nから、メッセージの推定値βiを生成する。 The message estimation unit 203 obtains an estimated value β i of the message by calculating β i ≡B ii n ) with i∈K (step Bd2). In this way, the message estimation unit 203 generates a message estimated value β i from the estimated random number sequence ξ i n using a predetermined function B i .

<符号化装置と復号化装置がunを共有する場合>
図8を参照して、符号化装置100−i及び復号装置200が、補助情報unを共有する場合の構成を述べる。
<When Encoder and Decoder Share u n >
Referring to FIG. 8, the encoding device 100-i and the decoding apparatus 200 will be described the configuration for shared auxiliary information u n.

乱数系列生成装置1−iの出力xi n≡(xi,1,xi,2,…,xi,n)は集合[Xi n]の要素である。共有情報un≡(u1,…,un)は集合[Un]の要素であり、予め符号器と復号器の記憶部に記憶されている。 The output x i n ≡ (x i, 1 , x i, 2 ,..., X i, n ) of the random number sequence generation device 1-i is an element of the set [X i n ]. The shared information u n ≡ (u 1 ,..., U n ) is an element of the set [U n ] and is stored in advance in the storage units of the encoder and decoder.

メッセージbiは集合Im[Bi]の要素であり、Biがm’i×n行列である場合はm’i次元のベクトルとなる。所定の共有情報であるaiは集合Im[Ai]の要素であり、Aiがmi×n行列である場合はmi次元のベクトルとなる。符号化装置はメッセージbiとaiとunとから通信路の入力となる符号語xi nを求め、通信路に入力する。符号語xi n≡(xi,1,…,xi,n)は集合[Xn]の要素である。 The message b i is an element of the set Im [B i ], and is an m ′ i- dimensional vector when B i is an m ′ i × n matrix. The predetermined shared information a i is an element of the set Im [A i ], and if A i is a m i × n matrix, it is a mi i- dimensional vector. The encoding device obtains a code word x i n to be input to the communication path from the messages b i , a i, and u n and inputs the code word x i n to the communication path. The codeword x i n ≡ (x i, 1 ,..., X i, n ) is an element of the set [X n ].

通信路に入力されたxK nは、雑音等の影響を受けて変化しynとして通信路から出力される。ここで、通信路の出力yn≡(y1,…,yn)は集合[Yn]の要素である。復号装置はynとaiからメッセージbiの推定値βiを求める。βiはIm[Bi]の要素である。 X K n input to the communication path changes under the influence of noise or the like and is output from the communication path as y n . Here, the output y n ≡ (y 1 ,..., Y n ) of the communication path is an element of the set [Y n ]. The decoding device obtains an estimated value β i of the message b i from y n and a i . β i is an element of Im [B i ].

図8に示すように、i∈Kとして、符号化装置100−iは、乱数系列生成装置1−i及び記憶部101−iを例えば備える。復号装置200は、記憶部201、乱数系列推定部202及びメッセージ推定部203を例えば備える。符号化装置100−i及び復号装置200は、通信路300で接続されている。   As illustrated in FIG. 8, for iεK, the encoding device 100-i includes, for example, a random number sequence generation device 1-i and a storage unit 101-i. The decoding device 200 includes, for example, a storage unit 201, a random number sequence estimation unit 202, and a message estimation unit 203. The encoding device 100-i and the decoding device 200 are connected by a communication path 300.

i∈Kとして、記憶部101−iには、関数Ai,Biと、所定の共有情報aiおよびunと、確率分布pXi n |U nが記録されている。i∈Kとして、乱数系列生成装置1−iは、必要に応じて記憶部101−iからこれらの記録されている情報を読み込み後述する処理を行う。 As iεK, the functions A i and B i , the predetermined shared information a i and u n, and the probability distribution p Xi n | U n are recorded in the storage unit 101-i. As iεK, the random number sequence generation device 1-i reads the recorded information from the storage unit 101-i as necessary, and performs the process described later.

記憶部201には、関数{Ai}i∈K,{Bi}i∈Kと、所定の共有情報{ai}i∈Kおよびun∈[Un]と、確率分布pXK n |Y n U nが記録されている。乱数系列推定部202及びメッセージ推定部203は、必要に応じて記憶部201からこれらの記録されている情報を読み込み後述する処理を行う。 The storage unit 201 includes functions {A i } i∈K and {B i } i∈K , predetermined shared information {a i } i∈K and u n ∈ [U n ], and a probability distribution p XK n. | Y n U n is recorded. The random number sequence estimation unit 202 and the message estimation unit 203 read the recorded information from the storage unit 201 as necessary, and perform processing described later.

ここで、[AK]≡{[Ai]}i∈K,[BK]≡{[Bi]}i∈Kは、任意のi∈KとI∈Kに対して、以下の関係を満たすように設定しておく。XI n≡{Xi n}i∈Iであり、K\Iは差集合、すなわちKに含まれているがIには含まれない要素からなる集合を表す。 Here, [A K ] ≡ {[A i ]} i∈K , [B K ] ≡ {[B i ]} i∈K is the following relation to any i∈K and I∈K: Set to satisfy. X I n ≡ {X i n } i∈I , and K \ I represents a difference set, that is, a set of elements included in K but not included in I.

Figure 2014110533
Figure 2014110533

また、H(XI n|Yn,XK\I n,Un)は、以下のpY n XK\I n U n(yn,xn k\I,un),pXI n |Y n XK\I n U n(xI n|yn,xK\I n,un)によって定まる。Σの下付きxI nはxI n≡{xi n}i∈Iがとりうる値の全てを動かした時の和である。 H (X I n | Y n , X K \ I n , U n ) is represented by the following p Y n XK \ I n U n (y n , x n k \ I , u n ), p XI n | Y n XK \ I n U n (x I n | y n , x K \ I n , u n ) The subscript x I n of Σ is the sum of moving all possible values of x I n ≡ {x i n } i∈I .

Figure 2014110533
Figure 2014110533

xi n∈[Xi n],yn∈[Yn]とする。通信路を特徴づける確率分布をpY n |XK nとする。pU n,{pXi n |U n}i∈Kは設計パラメータで任意に与えることができるが、通常は後述の|Im[Bi]|を大きくできるものを選ぶ。ここで、PY n |U n(yn|un)及びPXK n |Y n U n(xn K|yn,un)を以下のように定義する。Σの下付きxK nはxK n≡{xi n}i∈Kがとりうる値の全てを動かした時の和である。 Let x i n ∈ [X i n ], y n ∈ [Y n ]. Let p Y n | XK n be the probability distribution that characterizes the channel. p U n , {p Xi n | U n } i∈K can be arbitrarily given as a design parameter, but usually one that can increase | Im [B i ] | Here, P Y n | U n (y n | u n ) and P XK n | Y n U n (x n K | y n , u n ) are defined as follows. The subscript x K n of Σ is the sum of moving all possible values of x K n ≡ {x i n } i∈K .

Figure 2014110533
Figure 2014110533

符号化装置100−iの乱数系列生成装置1−iにメッセージbiが入力される。 The message b i is input to the random number sequence generation device 1-i of the encoding device 100-i.

i∈Kとして、乱数系列生成装置1−iは、メッセージbi∈Im[Bi]と記憶部101−iに記憶された所定の共有情報ai∈Im[Ai]およびun∈[Un]に対して、以下の確率分布μに従う乱数の系列xi nを発生させ、これを符号化装置100−iの出力である符号語として通信路300に入力する(ステップBe1,図10)。 As iεK, the random number sequence generation device 1-i causes the message b i εIm [B i ] and the predetermined shared information a i εIm [A i ] and u n ε [stored in the storage unit 101-i. For U n ], a random number sequence x i n according to the following probability distribution μ is generated and input to the communication path 300 as a code word that is an output of the encoding device 100-i (step Be1, FIG. 10). ).

Figure 2014110533
Figure 2014110533

ここで、ステップBe1において、確率分布μに従う乱数の系列を複数個発生させた中から一つ選択したものをxi nとしてもよい。 Here, in step Be1, it may be the x i n that selects one from among obtained by a plurality generate a sequence of random numbers according to the probability distribution mu.

乱数系列生成装置1−iは、このように所定の条件がAi(xi n)=ai,Bi(xi n)=biである場合は、 In this way, the random number sequence generation device 1-i, when the predetermined conditions are A i (x i n ) = a i , B i (x i n ) = b i ,

Figure 2014110533
Figure 2014110533

を満たす集合Vi,1,1,Vi,1,2,…,Vi,1,mi,Vi,2,1,…,Vi,2,m’iが存在することを仮定して、以下の定義に基づいて[乱数系列生成装置及び方法の第四実施形態]で説明した方法を適用することにより、乱数の系列xi nを例えば生成することができる。 Suppose that there exists a set V i, 1,1 , V i, 1,2 , ..., V i, 1, mi , V i, 2,1 , ..., V i, 2, m'i that satisfies Te, following by applying the method described in the fourth embodiment of the random number sequence generation apparatus and method] on the basis of the definition, may be a sequence x i n of a random number for example generation.

Figure 2014110533
Figure 2014110533

通信路300の出力ynが、復号装置200の乱数系列推定部202に入力される。 The output y n of the channel 300 is input to the random number sequence estimating unit 202 of the decoding device 200.

復号装置200は、乱数系列推定部202において通信路300の出力ynと記憶部201に記憶された予め定められた{ai}i∈Kおよびuから、次式により定義される、xK n≡{xi n}i∈Kの推定値ξK nを求める(ステップBd1,図11)。求まったξK nは、メッセージ推定部203に送信される。 The decoding device 200 is defined by the following equation from the output y n of the communication path 300 in the random number sequence estimation unit 202 and the predetermined {a i } iεK and u n stored in the storage unit 201. Estimated value ξ K n of K n ≡ {x i n } i∈K is obtained (step Bd1, FIG. 11). The obtained ξ K n is transmitted to the message estimation unit 203.

Figure 2014110533
Figure 2014110533

このように、乱数系列推定部202は、所定の共有情報{ai}i∈Kを所与としたときに所定の関数{Ai}i∈Kを満たすθ の系列θ のうち、通信路300の出力ynと記憶部201に記憶された共有情報uとを条件としたときにθ が出現する確率を最大にするθ をξK nとして求め、求まった値の系列ξK nを乱数系列生成装置1の出力であった乱数の系列xK nとして推定する。ここで、θK n≡{θi n}i∈KK n≡{ξi n}i∈Kである。 Thus, the random number sequence estimation unit 202, a predetermined when a given predetermined shared information {a i} i∈K function {A i} of theta i n that satisfies I∈K sequence theta of K n of obtains the theta K n where theta K n to maximize the probability of occurrence when the conditions and the shared information u n stored in the output y n and the storage unit 201 of the channel 300 as xi] K n, Motoma' The estimated value sequence ξ K n is estimated as a random number sequence x K n which was the output of the random number sequence generation device 1. Here, θ K n ≡ {θ i n} i∈K, a ξ K n ≡ {ξ i n } i∈K.

メッセージ推定部203は、i∈Kとして、βi≡Bii n)を計算することによりメッセージの推定値βiを得る(ステップBd2)。このように、メッセージ推定部203は、所定の関数Biを用いて、推定された乱数の系列ξi nから、メッセージの推定値βiを生成する。 The message estimation unit 203 obtains an estimated value β i of the message by calculating β i ≡B ii n ) with i∈K (step Bd2). In this way, the message estimation unit 203 generates a message estimated value β i from the estimated random number sequence ξ i n using a predetermined function B i .

[符号化装置及び方法並びに復号装置及び方法の第四実施形態]
κ,λのそれぞれを1以上の所定の整数とする。κとλは同じ値でも異なる値であってもよい。K≡{0,1,…,κ},L≡{0,1,…,λ},i∈K,j∈Lとする。図9を参照して、通信路300が1つの入力wnとλ個の出力yL n≡{yj n}j∈Lを持ついわゆるブロードキャスト通信路についての符号を構成する、符号化装置及び方法並びに復号装置及び方法の第四実施形態について説明する。
[Fourth Embodiment of Encoding Device and Method and Decoding Device and Method]
Each of κ and λ is a predetermined integer of 1 or more. κ and λ may be the same value or different values. K≡ {0,1, ..., κ}, L≡ {0,1, ..., λ}, i∈K, j∈L. Referring to FIG. 9, an encoding device in which communication channel 300 forms a code for a so-called broadcast communication channel having one input w n and λ outputs y L n ≡ {y j n } jεL , and A fourth embodiment of the method, decoding apparatus and method will be described.

j∈Lとして、復号装置200−jが復号するメッセージのインデックスの集合をDj⊂Kとする。すなわち、j∈Lとして、復号装置200−jは、bDj≡{bi}i∈Djを再生する。 Assume that jεL is a set of message indexes decoded by the decoding device 200-j as D j ⊂K. That is, with jεL, the decoding device 200-j reproduces b Dj ≡ {b i } iεDj .

<符号化装置と復号化装置がunを共有しない場合>
まず、図9を参照して、符号化装置100及び復号装置200−jが、補助情報unを共有しない場合の構成を述べる。
<When the encoding device and the decoding device do not share u n >
First, referring to FIG. 9, the encoding apparatus 100 and decoding apparatus 200-j is described a configuration in which not share auxiliary information u n.

乱数系列生成装置1の出力xK n≡{xi n}i∈K (ここでxi n≡ (xi,1,xi,2,…,xi,n))は集合[XK n]の要素である。 The output x K n ≡ {x i n } i∈K (where x i n ≡ (x i, 1 , x i, 2 ,..., X i, n )) of the random number sequence generator 1 is a set [X K n ] element.

メッセージbi(i=1,2,…,K)は集合Im[Bi]の要素であり、Biがm’i×n行列である場合はm’i次元のベクトルとなる。所定の共有情報であるai(i=1,2,…,K)は集合Im[Ai]の要素であり、Aiがmi×n行列である場合はmi次元のベクトルとなる。符号化装置はメッセージ{bi}i∈Kと{ai}i∈Kとから乱数の系列xK n≡{xi n}i∈Kを求め、求めた乱数の系列xK nを通信路入力となる符号語wn≡F(xK n)に変換し、wnを通信路に入力する。wn≡ (w1,w2,…,wn)は集合[Wn]の要素である。 The message b i (i = 1, 2,..., K) is an element of the set Im [B i ], and is an m ′ i- dimensional vector when B i is an m ′ i × n matrix. The predetermined shared information a i (i = 1, 2,..., K) is an element of the set Im [A i ], and if A i is a mi × n matrix, it is a mi- dimensional vector. . The encoding device obtains a random number sequence x K n ≡ {x i n } iεK from the messages {b i } i∈K and {a i } i∈K, and communicates the obtained random number series x K n The code word w n ≡F (x K n ) is converted into a path input, and w n is input to the communication path. w n ≡ (w 1 , w 2 , ..., w n ) is an element of the set [W n ].

通信路入力wnは雑音等の影響を受けて変化しyn≡{yj n}i∈Lとして通信路から出力される。ここで、通信路の出力yj n≡(yj,1,…,yj,n)は集合[Yj n]の要素である。集合[Yj n]は、有限集合とは限らないとする。復号装置200−jはyj nと{ai}i∈Djからメッセージ{bi}i∈Djの推定値{βi}i∈Djを求める。βiはIm[Bi]の要素である。 The communication path input w n changes under the influence of noise or the like, and is output from the communication path as y n ≡ {y j n } i∈L . Here, the output y j n ≡ (y j, 1 ,..., Y j, n ) of the communication path is an element of the set [Y j n ]. Assume that the set [Y j n ] is not necessarily a finite set. The decoding device 200-j obtains an estimated value {β i } i∈Dj of the message {b i } i∈Dj from y j n and {a i } i∈Dj . β i is an element of Im [B i ].

図9に示すように、符号化装置100は、乱数系列生成装置1及び記憶部101を例えば備える。j∈Lとして、復号装置200−jは、記憶部201−j、乱数系列推定部202−j及びメッセージ推定部203−jを例えば備える。j∈Lとして、符号化装置100及び復号装置200−jは、通信路300で接続されている。   As illustrated in FIG. 9, the encoding device 100 includes, for example, a random number sequence generation device 1 and a storage unit 101. As jεL, the decoding device 200-j includes, for example, a storage unit 201-j, a random number sequence estimation unit 202-j, and a message estimation unit 203-j. As jεL, the encoding device 100 and the decoding device 200-j are connected by a communication path 300.

記憶部101には、関数{Ai}i∈K,{Bi}i∈Kと、所定の共有情報{ai}i∈Kと、確率分布pXK n,pW n |XK nが記録されている。乱数系列生成装置1は、必要に応じて記憶部101からこれらの記録されている情報を読み込み後述する処理を行う。 The storage unit 101 stores functions {A i } i∈K and {B i } i∈K , predetermined shared information {a i } i∈K , and probability distributions p XK n and p W n | XK n. It is recorded. The random number sequence generation device 1 reads the recorded information from the storage unit 101 as necessary, and performs the processing described later.

j∈Lとして、記憶部201−jには、関数{Aj}j∈Dj,{Bj}j∈Djと、所定の共有情報{ai}i∈Djと、確率分布pDj n |Yj nが記録されている。乱数系列推定部202−j及びメッセージ推定部203−jは、必要に応じて記憶部201−jからこれらの記録されている情報を読み込み後述する処理を行う。 As j∈L, the storage unit 201-j has functions {A j } j∈Dj , {B j } j∈Dj , predetermined shared information {a i } i∈Dj , and probability distribution p Dj n | Yj n is recorded. The random number sequence estimation unit 202-j and the message estimation unit 203-j read these recorded information from the storage unit 201-j as necessary, and perform processing described later.

ここで、[AK]≡{[Ai]}i∈K,[BK]≡{[Bi]}i∈Kは、任意のI⊂K,j∈L,I’⊂Dj⊂Kに対して、以下の関係を満たすように設定しておく。AiとBiは定義域が同じである。一方、i≠i’である場合には、(Ai,Bi)の定義域と(Ai’,Bi’)の定義域とは異なっていてもよい。 Here, [A K ] ≡ {[A i ]} i∈K , [B K ] ≡ {[B i ]} i∈K is arbitrary I⊂K, j∈L, I′⊂D j ⊂ K is set to satisfy the following relationship. A i and B i have the same domain. On the other hand, i ≠ i 'when a is, (A i, B i) domain of the (A i', B i ' ) may be different from the domain of.

Figure 2014110533
Figure 2014110533

また、H(XI’ n|Yj nXDj\I’ n),H(XI n)は、以下のp_(Yj nXDj\I’ n)(yj nxDj\I’ n),p_(XI’ n|Yj nXDj\I’ n)(xI’ n|yj n,xDj\I’ n),pXI n(xI n)によって定まる。 H (X I ' n | Y j n X Dj \ I' n ), H (X I n ) is expressed by the following p_ (Y j n X Dj \ I ' n ) (y j n x Dj \ I 'n), p_ (X I ' n | Y j n X Dj\I 'n) (x I' n | y j n, x Dj\I 'n), determined by the p XI n (x I n) .

Figure 2014110533
Figure 2014110533

xn∈[Xn],yj n∈[Yj n]とする。通信路を特徴づける確率分布をpYL n |W nとする。pXK n,pW n |XK nは設計パラメータで任意に与えることができるが、通常は後述の|Im[Bi]|を大きくできるものを選ぶ。ここで、PYi n(yi n)及びPXDj n |Yj n(xDj n|yj n)を以下のように定義する。 Let x n ∈ [X n ], y j n ∈ [Y j n ]. Let p YL n | W n be the probability distribution that characterizes the channel. p XK n and p W n | XK n can be arbitrarily given by design parameters, but usually select one that can increase | Im [B i ] | Here, P Yi n (y i n ) and P XDj n | Yj n (x Dj n | y j n) is defined as follows.

Figure 2014110533
Figure 2014110533

符号化装置100の乱数系列生成装置1にメッセージb K≡{bi}i∈K(bi∈Im[Bi])が入力される。 The message b K ≡ {b i } iεK (b i εIm [B i ]) is input to the random number sequence generation device 1 of the encoding device 100.

乱数系列生成装置1は、メッセージbK≡{bi}i∈K(bi∈Im[Bi])と所定の共有情報{ai}i∈K(ai∈Im[Ai])に対して、以下の確率分布μに従う乱数の系列xK n≡{xi n}i∈Kを発生させる(ステップBe1,図10)。乱数の系列xK nは、変換フィルタ部102に送信される。 The random number sequence generation device 1 includes a message b K ≡ {b i } i∈K (b i ∈Im [B i ]) and predetermined shared information {a i } i∈K (a i ∈Im [A i ]). On the other hand, a random number sequence x K n ≡ {x i n } iεK according to the following probability distribution μ is generated (step Be1, FIG. 10). Sequence x K n of the random number is sent to the conversion filter section 102.

Figure 2014110533
Figure 2014110533

ここで、ステップBe1において、確率分布μに従う乱数の系列を複数個発生させた中から一つ選択したものをxK nとしてもよい。 Here, in step Be1, it may be an x K n that selects one from among obtained by a plurality generate a sequence of random numbers according to the probability distribution mu.

乱数系列生成装置1は、このように所定の条件がAi(xi n)=ai,Bi(xi n)=biである場合は、 In this way, the random number sequence generation device 1 is configured so that the predetermined conditions are A i (x i n ) = a i , B i (x i n ) = b i

Figure 2014110533
Figure 2014110533

を満たす集合Vi,1,1,Vi,1,2,…,Vi,1,mi,Vi,2,1,…,Vi,2,m’iが存在することを仮定して、以下の定義に基づいて[乱数系列生成装置及び方法の第四実施形態]及び[乱数系列生成装置及び方法の第五実施形態]で説明した方法を適用することにより、乱数の系列xK nを例えば生成することができる。 Suppose that there exists a set V i, 1,1 , V i, 1,2 , ..., V i, 1, mi , V i, 2,1 , ..., V i, 2, m'i that satisfies By applying the method described in [Fourth Embodiment of Random Number Sequence Generation Device and Method] and [Fifth Embodiment of Random Number Sequence Generation Device and Method] based on the following definitions, the sequence of random numbers x K For example, n can be generated.

Figure 2014110533
Figure 2014110533

変換フィルタ部102は、確率分布pW n |XK nに従うランダム又は決定的な変換Fを通して得られた系列wn≡F(xK n)を符号化装置100の出力である符号語として通信路300に入力する(ステップBe2)。 The transform filter unit 102 uses a sequence w n ≡F (x K n ) obtained through a random or deterministic transform F according to the probability distribution p W n | XK n as a code word that is an output of the encoding device 100 as a communication channel. 300 is input (step Be2).

j∈Lとして、通信路300の出力yj nは、復号装置200−jの乱数系列推定部202−jに入力される。 As jεL, the output y j n of the communication path 300 is input to the random number sequence estimation unit 202-j of the decoding device 200-j.

j∈Lとして、復号装置200−jは、乱数系列推定部202−jにおいて通信路300の出力yj nと予め定められた{ai}i∈Djから、次式により定義される、xDj n≡{xi n}i∈Djの推定値ξDj nを求める(ステップBd1,図11)。求まったξDj nは、メッセージ推定部203−jに送信される。 As jεL, the decoding device 200-j defines x from the output y j n of the communication path 300 and the predetermined {a i } iεDj in the random number sequence estimation unit 202-j, by the following equation: Estimated value ξ Dj n of Dj n ≡ {x i n } i∈Dj is obtained (step Bd1, FIG. 11). The obtained ξ Dj n is transmitted to the message estimation unit 203-j.

Figure 2014110533
Figure 2014110533

なお、上記式によりξDj nを求める代わりに、例えば参考文献2,3に記載されているsum-productアルゴリズムや例えば参考文献4,5に記載されている線形計画法を用いてξDj nを近似的に求めてもよい。 Instead of seeking xi] Dj n the above equation, for example, the xi] Dj n using linear programming method described in sum-product algorithm or example references 4 and 5 which are described in references 2 and 3 You may obtain approximately.

このように、j∈Lとして、乱数系列推定部202−jは、所定の共有情報{ai}i∈Djを所与としたときに所定の関数{Ai}i∈Djを満たす値θ の系列θDj のうち、通信路300の出力yj nを条件としたときにθDj が出現する確率を最大にするθDj をξDj nとして求め、求まった値の系列ξDj nを乱数系列生成装置1の出力の一部であった乱数の系列xDj nとして推定する。ここで、θDj n≡{θi n}i∈DjDj n≡{ξi n}i∈Djである。 In this way, as j∈L, the random number sequence estimation unit 202-j has a value θ that satisfies the predetermined function {A i } i∈Dj when given predetermined shared information {a i } i∈Dj is given. of i n the sequence theta Dj n, determine the theta Dj n that maximizes the probability of theta Dj n appears when subject to output y j n of the channel 300 as xi] Dj n, series of Motoma' values ξ Dj n is estimated as a random number sequence x Dj n that was part of the output of the random number sequence generation device 1. Here, θ Dj n ≡ {θ i n} i∈Dj, a ξ Dj n ≡ {ξ i n } i∈Dj.

j∈Lとして、メッセージ推定部203−jは、各i∈Dに対してβi≡Bii n)を計算することによりメッセージの推定値βiを得る(ステップBd2)。このように、j∈Lとして、メッセージ推定部203は、所定の関数{Bi}i∈Djを用いて、推定された乱数の系列ξi nから、メッセージの推定値βiを生成する。 As jεL, the message estimation unit 203-j obtains an estimated value β i of the message by calculating β i ≡B ii n ) for each iεD j (step Bd2). In this way, as j∈L, the message estimation unit 203 generates an estimated value β i of the message from the estimated random number sequence ξ i n using a predetermined function {B i } i∈Dj .

<符号化装置と復号化装置がunを共有する場合>
図9を参照して、符号化装置100及び復号装置200−jが、補助情報unを共有する場合の構成を述べる。
<When Encoder and Decoder Share u n >
Referring to FIG. 9, the encoding apparatus 100 and decoding apparatus 200-j is described the configuration for shared auxiliary information u n.

乱数系列生成装置1の出力xK n≡{xi n}i∈K (ここでxi n≡ (xi,1,xi,2,…,xi,n))は集合[XK n]の要素である。共有情報un≡(u1,…,un)は集合[Un]の要素であり、予め符号器と復号器の記憶部に記憶されている。集合[Un]は、有限集合とは限らないとする。 The output x K n ≡ {x i n } i∈K (where x i n ≡ (x i, 1 , x i, 2 ,..., X i, n )) of the random number sequence generator 1 is a set [X K n ] element. The shared information u n ≡ (u 1 ,..., U n ) is an element of the set [U n ] and is stored in advance in the storage units of the encoder and decoder. Assume that the set [U n ] is not necessarily a finite set.

メッセージbi(i=1,2,…,K)は集合Im[Bi]の要素であり、Biがm’i×n行列である場合はm’i次元のベクトルとなる。所定の共有情報であるai(i=1,2,…,K)は集合Im[Ai]の要素であり、Aiがmi×n行列である場合はmi次元のベクトルとなる。符号化装置はメッセージ{bi}i∈Kと{ai}i∈Kとunとから乱数の系列xK n≡{xi n}i∈Kを求め、求めた乱数の系列xK nを通信路入力となる符号語wn≡F(xK n, un)に変換し、wnを通信路に入力する。wn≡ (w1,w2,…,wn)は集合[Wn]の要素である。 The message b i (i = 1, 2,..., K) is an element of the set Im [B i ], and is an m ′ i- dimensional vector when B i is an m ′ i × n matrix. The predetermined shared information a i (i = 1, 2,..., K) is an element of the set Im [A i ], and if A i is a mi × n matrix, it is a mi- dimensional vector. . The encoding device obtains a random number sequence x K n ≡ {x i n } iεK from the messages {b i } iεK , {a i } iεK, and u n, and obtains the obtained random number sequence x K n is converted into a code word w n ≡F (x K n , u n ) as a communication path input, and w n is input to the communication path. w n ≡ (w 1 , w 2 , ..., w n ) is an element of the set [W n ].

通信路に入力されたwnは、雑音等の影響を受けて変化しyn≡{yj n}i∈Lとして通信路から出力される。ここで、通信路の出力yj n≡(yj,1,…,yj,n)は集合[Yj n]の要素である。復号装置200−jはyj nと{ai}i∈Djとunとからメッセージ{bi}i∈Djの推定値βiを求める。βiはIm[Bi]の要素である。 W n input to the communication path changes under the influence of noise or the like, and is output from the communication path as y n ≡ {y j n } i∈L . Here, the output y j n ≡ (y j, 1 ,..., Y j, n ) of the communication path is an element of the set [Y j n ]. The decoding device 200-j obtains an estimated value β i of the message {b i } iεDj from y j n , {a i } iεDj, and u n . β i is an element of Im [B i ].

図9に示すように、符号化装置100は、乱数系列生成装置1及び記憶部101を例えば備える。j∈Lとして、復号装置200−jは、記憶部201−j、乱数系列推定部202−j及びメッセージ推定部203−jを例えば備える。j∈Lとして、符号化装置100及び復号装置200−jは、通信路300で接続されている。   As illustrated in FIG. 9, the encoding device 100 includes, for example, a random number sequence generation device 1 and a storage unit 101. As jεL, the decoding device 200-j includes, for example, a storage unit 201-j, a random number sequence estimation unit 202-j, and a message estimation unit 203-j. As jεL, the encoding device 100 and the decoding device 200-j are connected by a communication path 300.

記憶部101には、関数{Ai}i∈K,{Bi}i∈Kと、所定の共有情報{ai}i∈Kおよびun∈[Un]と、確率分布pXK n |U n,pW n |XK n U nが記録されている。乱数系列生成装置1は、必要に応じて記憶部101からこれらの記録されている情報を読み込み後述する処理を行う。 The storage unit 101 includes functions {A i } i∈K and {B i } i∈K , predetermined shared information {a i } i∈K and u n ∈ [U n ], and a probability distribution p XK n. | U n , p W n | XK n U n is recorded. The random number sequence generation device 1 reads the recorded information from the storage unit 101 as necessary, and performs the processing described later.

j∈Lとして、記憶部201−jには、関数{Aj}j∈Dj,{Bj}j∈Djと、所定の共有情報{ai}i∈Djおよびun∈[Un]と、確率分布pDj n |Yj n U nが記録されている。乱数系列推定部202−j及びメッセージ推定部203−jは、必要に応じて記憶部201−jからこれらの記録されている情報を読み込み後述する処理を行う。 As J∈L, the storage unit 201-j, the function {A j} j∈Dj, {B j} j∈Dj and predetermined shared information {a i} i∈Dj and u n ∈ [U n] And a probability distribution p Dj n | Yj n U n is recorded. The random number sequence estimation unit 202-j and the message estimation unit 203-j read these recorded information from the storage unit 201-j as necessary, and perform processing described later.

ここで、[AK]≡{[Ai]}i∈K,[BK]≡{[Bi]}i∈Kは、任意のI⊂K,j∈L,I’⊂Djに対して、以下の関係を満たすように設定しておく。AiとBiは定義域が同じである。一方、i≠i’である場合には、(Ai,Bi)の定義域と(Ai’,Bi’)の定義域とは異なっていてもよい。 Here, [A K ] ≡ {[A i ]} i∈K , [B K ] ≡ {[B i ]} i∈K is arbitrary I 任意 K, j∈L, I'⊂D j On the other hand, it is set so as to satisfy the following relationship. A i and B i have the same domain. On the other hand, i ≠ i 'when a is, (A i, B i) domain of the (A i', B i ' ) may be different from the domain of.

Figure 2014110533
Figure 2014110533

また、H(XI’ n|Yj nXDj\I’ n,Un),H(XI n|Un)は、以下のp_(Yj nXDj\I’ nUn)(yj nxDj\I’ n,un),p_(XI’ n|Yj nXDj\I’ nUn)(xI’ n|yj n,xDj\I’ n,un),pXI n U n(xI n|un)によって定まる。 H (X I ' n | Y j n X Dj \ I' n , U n ), H (X I n | U n ) is p_ (Y j n X Dj \ I ' n U n ) (y j n x Dj \ I ' n , u n ), p_ (X I' n | Y j n X Dj \ I ' n U n ) (x I' n | y j n , x Dj \ I ' n , u n ), p XI n U n (x I n | u n ).

Figure 2014110533
Figure 2014110533

xn∈[Xn],yj n∈[Yj n]とする。通信路を特徴づける確率分布をpYL n |W nとする。pU n,pXK n |U n,pW n |XK n U nは設計パラメータで任意に与えることができるが、通常は後述の|Im[Bi]|を大きくできるものを選ぶ。ここで、PYi n |U n(yi n|un)及びPXDj n |Yj n U n(xDj n|yj n,un)を以下のように定義する。 Let x n ∈ [X n ], y j n ∈ [Y j n ]. Let p YL n | W n be the probability distribution that characterizes the channel. p U n , p XK n | U n , p W n | XK n U n can be arbitrarily given by design parameters, but usually select one that can increase | Im [B i ] | Here, P Yi n | U n ( y i n | u n) and P XDj n | Yj n U n (x Dj n | y j n, u n) are defined as follows.

Figure 2014110533
Figure 2014110533

符号化装置100の乱数系列生成装置1にメッセージb K≡{bi}i∈K(bi∈Im[Bi])及びunが入力される。 Encoding apparatus 100 message b K ≡ the random number sequence generating device 1 of the {b i} i∈K (b i ∈Im [B i]) and u n are input.

乱数系列生成装置1は、メッセージbK≡{bi}i∈K(bi∈Im[Bi])と記憶部101に記憶された所定の共有情報{ai}i∈K(ai∈Im[Ai])およびunに対して、以下の確率分布μに従う乱数の系列xK n≡{xi n}i∈Kを発生させる(ステップBe1,図10)。乱数の系列xK nは、変換フィルタ部102に送信される。 The random number sequence generation device 1 includes a message b K ≡ {b i } iεK (b i εIm [B i ]) and predetermined shared information stored in the storage unit 101 {a i } iεK (a i For εIm [A i ]) and u n , a sequence of random numbers x K n ≡ {x i n } iεK according to the following probability distribution μ is generated (step Be1, FIG. 10). Sequence x K n of the random number is sent to the conversion filter section 102.

Figure 2014110533
Figure 2014110533

ここで、ステップBe1において、確率分布μに従う乱数の系列を複数個発生させた中から一つ選択したものをxK nとしてもよい。 Here, in step Be1, it may be an x K n that selects one from among obtained by a plurality generate a sequence of random numbers according to the probability distribution mu.

乱数系列生成装置1は、このように所定の条件がAi(xi n)=ai,Bi(xi n)=biである場合は、 In this way, the random number sequence generation device 1 is configured so that the predetermined conditions are A i (x i n ) = a i , B i (x i n ) = b i

Figure 2014110533
Figure 2014110533

を満たす集合V1,1,V1,2,…,V1,mi,V2,1,…,V2,m’iが存在することを仮定して、以下の定義に基づいて[乱数系列生成装置及び方法の第四実施形態]及び[乱数系列生成装置及び方法の第五実施形態]で説明した方法を適用することにより、乱数の系列xK nを例えば生成することができる。 Assuming that there exists a set V 1,1 , V 1,2 , ..., V 1, mi , V 2,1 , ..., V 2, m'i that satisfies by applying the method described in the fourth embodiment of the pattern generating apparatus and method] and [fifth embodiment of the random number sequence generation apparatus and method, capable of a sequence x K n of random numbers for example generation.

Figure 2014110533
Figure 2014110533

変換フィルタ部102は、確率分布pW n |XK n U nに従うランダム又は決定的な変換Fを通して得られた系列wn≡F(xK n,un)を符号化装置100の出力である符号語として通信路300に入力する(ステップBe2)。 The transform filter unit 102 outputs the sequence w n ≡F (x K n , u n ) obtained through the random or deterministic transform F according to the probability distribution p W n | XK n U n as the output of the encoding device 100. The code word is input to the communication path 300 (step Be2).

j∈Lとして、通信路300の出力yj nは、復号装置200−jの乱数系列推定部202−jに入力される。 As jεL, the output y j n of the communication path 300 is input to the random number sequence estimation unit 202-j of the decoding device 200-j.

j∈Lとして、復号装置200−jは、乱数系列推定部202−jにおいて通信路300の出力yj nと記憶部201−jに記憶された{ai}i∈Djとunとから、次式により定義される、xDj n≡{xi n}i∈Djの推定値ξDj nを求める(ステップBd1,図11)。求まったξDj nは、メッセージ推定部203−jに送信される。 As J∈L, decoding device 200-j from the output y j n of the channel 300 stored in the storage unit 201-j and {a i} i∈Dj and u n in the random number sequence estimating unit 202-j Then, an estimated value ξ Dj n of x Dj n ≡ {x i n } iεDj defined by the following equation is obtained (step Bd1, FIG. 11). The obtained ξ Dj n is transmitted to the message estimation unit 203-j.

Figure 2014110533
Figure 2014110533

なお、上記式によりξDj nを求める代わりに、例えば参考文献2,3に記載されているsum-productアルゴリズムや例えば参考文献4,5に記載されている線形計画法を用いてξDj nを近似的に求めてもよい。 Instead of seeking xi] Dj n the above equation, for example, the xi] Dj n using linear programming method described in sum-product algorithm or example references 4 and 5 which are described in references 2 and 3 You may obtain approximately.

このように、j∈Lとして、乱数系列推定部202−jは、所定の共有情報{ai}i∈Djを所与としたときに所定の関数{Ai}i∈Djを満たす値θ の系列θDj のうち、通信路300の出力yj nと記憶部201−jに記憶された共有情報unを条件としたときにθDj が出現する確率を最大にするθDj をξDj nとして求め、求まった値の系列ξDj nを乱数系列生成装置1の出力の一部であった乱数の系列xDj nとして推定する。ここで、θDj n≡{θi n}i∈DjDj n≡{ξi n}i∈Djである。 In this way, as j∈L, the random number sequence estimation unit 202-j has a value θ that satisfies the predetermined function {A i } i∈Dj when given predetermined shared information {a i } i∈Dj is given. of series theta Dj n of i n, the probability of theta Dj n appears when the output y j n and share information u n stored in the storage unit 201-j of the channel 300 with the conditions to maximize theta Dj n is obtained as ξ Dj n , and the obtained value sequence ξ Dj n is estimated as a random number sequence x Dj n which was a part of the output of the random number sequence generation device 1. Here, θ Dj n ≡ {θ i n} i∈Dj, a ξ Dj n ≡ {ξ i n } i∈Dj.

j∈Lとして、メッセージ推定部203−jは、各i∈Dに対してβi≡Bii n)を計算することによりメッセージの推定値βiを得る(ステップBd2)。このように、j∈λとして、メッセージ推定部203は、所定の関数{Bi}i∈Djを用いて、推定された乱数の系列ξi nから、メッセージの推定値βiを生成する。 As jεL, the message estimation unit 203-j obtains an estimated value β i of the message by calculating β i ≡B ii n ) for each iεD j (step Bd2). As described above, as jελ, the message estimation unit 203 generates an estimated value β i of the message from the estimated random number sequence ξ i n using a predetermined function {B i } iεDj .

参考文献6から8に記載されている従来技術による従来技術では、ブロック長nが大きくなると計算時間が指数関数的に増加する可能性があった。   In the prior art according to the prior art described in References 6 to 8, the calculation time may increase exponentially as the block length n increases.

〔参考文献6〕J. Muramatsu and S. Miyake, “Hash property and coding theorems for sparse matrices and maximal-likelihood coding,” IEEE Trans. Inform. Theory, vol. IT-56, no. 5, pp. 2143-2167, May 2010.
〔参考文献7〕J. Muramatsu and S. Miyake “Construction of codes for wiretap channel and secret key agreement from correlated source outputs based on hash property,” IEEE Trans. Inform. Theory, vol. IT-58, no. 2, pp. 671-692, Feb. 2012.
〔参考文献8〕J. Muramatsu and S. Miyake, “Construction of multiple access channel code based on hash property,” Proc. 2011 IEEE Int. Symp. Inform. Theory, St. Ptersburg, Russia, pp. 2274-2278, 2011.
[Reference 6] J. Muramatsu and S. Miyake, “Hash property and coding theorems for sparse matrices and maximal-likelihood coding,” IEEE Trans. Inform. Theory, vol. IT-56, no. 5, pp. 2143- 2167, May 2010.
[Reference 7] J. Muramatsu and S. Miyake “Construction of codes for wiretap channel and secret key agreement from correlated source outputs based on hash property,” IEEE Trans. Inform. Theory, vol. IT-58, no. 2, pp. 671-692, Feb. 2012.
[Reference 8] J. Muramatsu and S. Miyake, “Construction of multiple access channel code based on hash property,” Proc. 2011 IEEE Int. Symp. Inform. Theory, St. Ptersburg, Russia, pp. 2274-2278, 2011.

これに対して、[符号化装置及び方法並びに復号装置及び方法の第一実施形態]から[符号化装置及び方法並びに復号装置及び方法の第四実施形態]における乱数の系列の生成において、例えば、ステップA2でsum-product アルゴリズムを適用してO(n)で実行することを仮定し、ステップA6及びステップA7の計算時間はO(n2)であることを仮定すれば、第一実施形態から第二実施形態で述べた符号化及び復号のそれぞれの計算時間はO(n2)となる。このように、乱数の系列の生成を多項式時間で行うことにより、符号化及び復号のそれぞれを多項式時間で行うことができる。 On the other hand, in the generation of a random number sequence from [first embodiment of encoding apparatus and method and decoding apparatus and method] to [fourth embodiment of encoding apparatus and method and decoding apparatus and method], for example, If it is assumed in step A2 that the sum-product algorithm is applied and the execution is performed with O (n), and the calculation time of step A6 and step A7 is assumed to be O (n 2 ), the first embodiment Each calculation time of encoding and decoding described in the second embodiment is O (n 2 ). Thus, by generating a sequence of random numbers in polynomial time, each of encoding and decoding can be performed in polynomial time.

以下、[符号化装置及び方法並びに復号装置及び方法の第一実施形態]から[符号化装置及び方法並びに復号装置及び方法の第四実施形態]による通信路符号の誤り確率が0に収束することを証明する。以下の証明において、[1]から[5]は以下の文献を示す。   Hereinafter, the error probability of the channel code according to [the fourth embodiment of the encoding apparatus and method and the decoding apparatus and method] from [the first embodiment of the encoding apparatus and method and the decoding apparatus and method] converges to zero. Prove that. In the following proof, [1] to [5] indicate the following documents.

[1] T. M. Cover and J. A. Thomas, “Elements of Information Theory 2nd. Ed.,” John Wiley & Sons, Inc., 2006.
[2] J. L. Carter and M. N. Wegman, “Universal classes of hash functions,” J. Comput. Syst. Sci., vol. 18, pp. 143-154, 1979.
[3] J. Muramatsu and S. Miyake, “Hash property and coding theorems for sparse matrices and maximal-likelihood coding,” IEEE Trans. Inform. Theory, vol. IT-56, no. 5, pp. 2143{2167, May 2010. Corrections: vol.IT-56, no.9, p. 4762, Sep. 2010.
[4] J. Muramatsu and S. Miyake, “Construction of Slepian-Wolf source code and broadcast channel code based on hash property,” available at arXiv:1006.5271[cs.IT], 2010.
[5] J. Muramatsu and S. Miyake, “Construction of strongly secure wiretap channel code based on hash property,” Proc. of 2011 IEEE Int. Symp. Inform. Theory, St. Petersburg, Russia, Jul. 31-Aug. 5, 2011, pp.612-616.
[1] TM Cover and JA Thomas, “Elements of Information Theory 2nd. Ed.,” John Wiley & Sons, Inc., 2006.
[2] JL Carter and MN Wegman, “Universal classes of hash functions,” J. Comput. Syst. Sci., Vol. 18, pp. 143-154, 1979.
[3] J. Muramatsu and S. Miyake, “Hash property and coding theorems for sparse matrices and maximal-likelihood coding,” IEEE Trans. Inform. Theory, vol. IT-56, no. 5, pp. 2143 {2167, May 2010. Corrections: vol.IT-56, no.9, p. 4762, Sep. 2010.
[4] J. Muramatsu and S. Miyake, “Construction of Slepian-Wolf source code and broadcast channel code based on hash property,” available at arXiv: 1006.5271 [cs.IT], 2010.
[5] J. Muramatsu and S. Miyake, “Construction of strongly secure wiretap channel code based on hash property,” Proc. Of 2011 IEEE Int. Symp. Inform. Theory, St. Petersburg, Russia, Jul. 31-Aug. 5, 2011, pp.612-616.

まず、ハッシュ性について説明する。   First, the hash property will be described.

1.1 定義と補題
φを空集合とする。[Un]を定義域とする関数の集合を[A]と記す。ImA,Im[A]を次のように定義する。
1.1 Definition and Lemma Let φ be an empty set. A set of functions whose domain is [U n ] is denoted as [A]. ImA and Im [A] are defined as follows.

Figure 2014110533
Figure 2014110533

集合CA(a),CAB(a,b)を次のように定義する。 The sets C A (a) and C AB (a, b) are defined as follows.

Figure 2014110533
Figure 2014110533

関数A∈[A]を値とする確率変数とa∈ImAを、それぞれAs,asと記す。なお、数式においては、As,asを、それぞれサンセリフ書体のA,aを用いて表すこともある。   A random variable having a function A∈ [A] and a∈ImA are written as As and as, respectively. In formulas, As and as may be expressed using A and a in the sans serif font, respectively.

ただし、n次元ベクトルun∈[Un]を値とする確率変数はUnと記すことに注意。 Note that a random variable whose value is an n-dimensional vector u n ∈ [U n ] is written as U n .

定義1. [An]を関数An:[Un]→Im[An]の集合として、集合の列{[An]}n=1 を考える。[An]上の確率変数をpAs,nをとり、系列{([An],pAs,n)}n=1 をアンサンブルと呼ぶ。{([An],pAs,n)}n=1 に対して{pAs,n}n=1 に依存した実数列{αAs(n)}n=1 ,{βAs(n)}n=1 が存在して、任意のnとun∈[Un]に対して Definition 1. [A n] the function A n: a set of [U n] → Im [A n], consider the sequence {[A n]} n = 1 ∞ set. [A n] takes a p As, n random variables on the sequence {([A n], p As, n)} n = 1 ∞ is called ensemble. {([A n ], p As, n )} n = 1 for {p As, n } n = 1 real sequence {α As (n)} n = 1 , {β As (n)} n = 1 , and for any n and u n ∈ [U n ]

Figure 2014110533
Figure 2014110533

及び as well as

Figure 2014110533
Figure 2014110533

を満たすとき、{([An],pAs,n)}n=1 は{αAs(n),βAs(n)}n=1 -ハッシュ性を持つという。以後、[A],pAsAsAsはnに依存しているが、nが動かないときはこれを省略する。 {([A n ], p As, n )} n = 1 satisfies {α As (n), β As (n)} n = 1 -hash. Thereafter, [A], p As , α As , and β As depend on n, but are omitted when n does not move.

例えば、[A]が2-ユニヴァーサルハッシュ性[2]を持ち、pAsを[A]上の一様分布とするとき、{([An],pAs,n)}n=1 は{(1,0)}n=1 -ハッシュ性を持つ。{(1,0)}n=1 は任意のnでαAs≡1,βAs≡0となる列である。線形写像(行列)のアンサンブルのハッシュ性については次節で説明する。 For example, when [A] has 2-universal hash [2] and p As is a uniform distribution on [A], {([A n ], p As, n )} n = 1 is {(1,0)} n = 1 -Hashes. {(1,0)} n = 1 ∞ is alpha As ≡1 in any n, a string to be β As ≡0. The hash of the ensemble of linear mapping (matrix) will be explained in the next section.

次の補題が成り立つ。   The following lemma holds.

補題1 ([4,Lemma 4]). {([An],pAs,n)}n=1 ,({([Bn],pBs,n)}n=1 ){αAs(n),βAs(n)}n=1 -ハッシュ性({αBs(n),βBs(n)}n=1 -ハッシュ性)を持つアンサンブルとする。関数(A,B)∈[A]×[B]を次のように定義する。 Lemma 1 ([4, Lemma 4]). {([A n ], p As, n )} n = 1 , ({([B n ], p Bs, n )} n = 1 ) {α As (n), β As (n)} n = 1 -An ensemble having hash properties ({α Bs (n), β Bs (n)} n = 1 -hash properties). The function (A, B) ∈ [A] × [B] is defined as follows.

Figure 2014110533
Figure 2014110533

[A]×[B]上の確率分布pAsBsを次のように定義する。 The probability distribution p AsBs on [A] × [B] is defined as follows.

Figure 2014110533
Figure 2014110533

AsBsAsBs)を次のように定義する。 AsBs , β AsBs ) is defined as follows.

Figure 2014110533
Figure 2014110533

このとき、新たなアンサンブル([An]×[Bn],pAsBs,n)}n=1 は、{αAsBs(n),βAsBs(n)}n=1 -ハッシュ性を持つ。 At this time, the new ensemble ([A n ] × [B n ], p AsBs, n )} n = 1 becomes {α AsBs (n), β AsBs (n)} n = 1 -hash Have.

補題2 ([4,Lemma 1]). ([A],pAs)が(H3)を満たすとき、任意のT,T’⊂[Un]に対して、以下の式が成立する。 Lemma 2 ([4, Lemma 1]). When ([A], p As ) satisfies (H3), the following expression holds for any T, T′⊂ [U n ].

Figure 2014110533
Figure 2014110533

補題3 ([3、Lemma 1]). ([A],pA)が(H3')を満たすとき、任意のT⊂[Un],un∈[Un]に対して、以下の式が成立する。 Lemma 3 ([3, Lemma 1]). When ([A], p A ) satisfies (H3 ′), the following equation holds for any T ⊂ [U n ], u n ∈ [U n ].

Figure 2014110533
Figure 2014110533

補題4 ([5,Lemma 4]). ([A],pAs) が(H3)を満たすとき、任意の関数Q:[Un]→[0,1)とT⊂[Un]に対して、以下の式が成立する。 Lemma 4 ([5, Lemma 4]). When ([A], p As ) satisfies (H3), the following equation holds for an arbitrary function Q: [U n ] → [0, 1) and T⊂ [U n ].

Figure 2014110533
Figure 2014110533

ここで、Q(T)は次のように定義される。   Here, Q (T) is defined as follows.

Figure 2014110533
Figure 2014110533

1.2 線形写像からなるアンサンブルのハッシュ性
[Un]≡GF(q)n,[Ul]≡GF(q)lとする。[A]を線形写像A:[Un]→[Ul]の集合とする。Aはl×n行列で表現できる。
1.2 Hash properties of ensembles consisting of linear maps
Let [U n ] ≡GF (q) n and [U l ] ≡GF (q) l . Let [A] be a set of linear mapping A: [U n ] → [U l ]. A can be expressed as an l × n matrix.

t(un)をun∈[Un]のタイプ(unの相対頻度分布)とする。[H]をt(0n)を除く全ての長さnの系列のタイプからなる集合とする。l×n行列全体の集合上の確率分布pAsとタイプt∈[H]に対してS(pAs,t)を次のように定義する。 Let t (u n ) be the type of u n ∈ [U n ] (relative frequency distribution of u n ). Let [H] be a set consisting of all types of sequences of length n except t (0 n ). S (p As , t) is defined as follows for the probability distribution pAs and the type t∈ [H] on the set of l × n matrices.

Figure 2014110533
Figure 2014110533

集合[H’]⊂[H]を与えたときαAs(n),βAs(n)を次のように定義する。 When a set [H '] ⊂ [H] is given, α As (n) and β As (n) are defined as follows.

Figure 2014110533
Figure 2014110533

ここで、pはl×n行列全体からなる集合上の一様分布を表す。 Here, p 表 す represents a uniform distribution on the set of the entire l × n matrix.

補題5 ([4,Theorem 1]). ([A], pAs)を線形写像の集合として、pAs({A:Aun=0l})がt(un)のみに依存している(t(un)=t(vn)ならpAs({A:Aun=0l})=pAs({A:Avn=0l})とする。(B2),(B3)で定義された{αAs(n),βAs(n)}n=1 が(H1),(H2)を満たしているとき、{([An],pAs,n)}n=1 は{αAs(n),βAs(n)}n=1 -ハッシュ性を持つ。 Lemma 5 ([4, Theorem 1]). ([A], p As) as a set of linear mapping, p As ({A: Au n = 0 l}) depends only on t (u n) (t ( u n) = t (v n ), p As ({A: Au n = 0 l }) = p As ({A: Av n = 0 l }). {α As (n) defined in (B2) and (B3) , β As (n)} n = 1 satisfies (H1), (H2), {([A n ], p As, n )} n = 1 is {α As (n), β As (n)} n = 1 ∞ -has a hash property.

以下、U≡GF(q),0<R<1としてl≡nRとする。l×n行列Aを次の手続きにより生成する。
1. 行列の全ての成分を0で初期化する。
2. 各i∈{1,…,n}で以下の手続きをτ回繰り返す。
(a) (j,θ)∈{1,…,l}×[GF(q)\{0}]を一様に選択する。
(b) θをAの(j,i)-成分に(GF(q)の加法で)加える。
Hereinafter, U≡GF (q), 0 <R <1, and l≡nR. An l × n matrix A is generated by the following procedure.
1. Initialize all elements of the matrix with zeros.
2. Repeat the following procedure τ times for each i∈ {1, ..., n}.
(a) (j, θ) ∈ {1,..., l} × [GF (q) \ {0}] is uniformly selected.
(b) Add θ to the (j, i) -component of A (addition of GF (q)).

τ=O(log n)を偶数として、([A],pAs)を上記の手続きにより定まるものとする。[H’]⊂[H]を適切に定め、(αAsAs)を(B2),(B3)により定義する。このとき、このアンサンブルに対して{αAs(n),βAs(n)}n=1 が(H1)、(H2)を満たすことは[3, Theorem 2]で証明されている。したがって補題5 によりこのアンサンブルは{αAs(n),βAs(n)}n=1 -ハッシュ性を持つ。 It is assumed that τ = O (log n) is an even number and ([A], p As ) is determined by the above procedure. [H ′] ⊂ [H] is appropriately determined, and (α As , β As ) is defined by (B2) and (B3). At this time, it is proved by [3, Theorem 2] that {α As (n), β As (n)} n = 1 satisfies (H1) and (H2) for this ensemble. Therefore, according to Lemma 5, this ensemble has {α As (n), β As (n)} n = 1 -hash.

次に、通信路符号の誤り確率が0に収束することを証明する。   Next, it is proved that the error probability of the channel code converges to 0.

通信路入力の集合[Xn]を有限集合、通信路出力の集合[Yn]を無限集合、連続集合を含む任意の集合とする。 A set [X n ] of channel inputs is a finite set, a set [Y n ] of channel outputs is an infinite set, and an arbitrary set including a continuous set.

関数A:[Xn]→Im[A],B:[Xn]→Im[B]のアンサンブルを考える。ここで、全てのメッセージからなる集合をIm[B]とする。 Consider an ensemble of functions A: [X n ] → Im [A] and B: [X n ] → Im [B]. Here, a set of all messages is Im [B].

以下では、関数A∈[A],B ∈[B],a∈Im[A]を固定し、これらが符号化装置と復号装置で利用できることを仮定する。   In the following, it is assumed that the functions Aε [A], Bε [B], and aεIm [A] are fixed and can be used by the encoding device and the decoding device.

符号化装置を構成するために制約条件を満たす乱数発生器を利用する。X~n≡X~n AB(a,b)を以下の分布μに従う確率変数とする。 A random number generator that satisfies the constraint conditions is used to configure the encoding device. X ~ n ≡X ~ n AB ( a, b) is a random variable that follows the following distribution μ a.

Figure 2014110533
Figure 2014110533

符号化装置Φn:Im[B]→[Xn]と復号装置ψn:[Yn]→Im[B]を次のように定義する。 The encoding device Φ n : Im [B] → [X n ] and the decoding device ψ n : [Y n ] → Im [B] are defined as follows.

Figure 2014110533
Figure 2014110533

ここで、pX n(CAB(a,b))=0のときは符号化装置は符号化エラーを宣言する。またgAを次のように定義する。 Here, when p X n (C AB (a, b)) = 0, the encoding device declares an encoding error. G A is defined as follows.

Figure 2014110533
Figure 2014110533

誤り確率Error(A,B,a) は次のように定義される。 The error probability Error (A, B, a) is defined as follows.

Figure 2014110533
Figure 2014110533

定理1. Theorem 1.

Figure 2014110533
Figure 2014110533

を満たせば、任意の>0と十分大きなnに対して、あるA∈[A],B∈[B],a∈Im[A]が存在して、以下の式を満たす。 If there is an arbitrary> 0 and a sufficiently large n, there exists some A∈ [A], B∈ [B], a∈Im [A], and the following expression is satisfied.

Figure 2014110533
Figure 2014110533

定常エルゴード通信路pY n |X nに対して、pX nFor stationary ergodic channel p Y n | X n , p X n

Figure 2014110533
Figure 2014110533

を達成する分布にとり、nr をH(Xn|Yn)に近付ける事により、Rを For a distribution that achieves, R is approximated by bringing nr closer to H (X n | Y n ).

Figure 2014110533
Figure 2014110533

に近付ける事ができる。 You can approach.

証明:   Proof:

Figure 2014110533
Figure 2014110533

とする。(B9),(B10)より、 And From (B9), (B10),

Figure 2014110533
Figure 2014110533

を満たすε>0が存在する。 There exists ε> 0 that satisfies

T_をTの下付きバーとし、T-をTの上付きバーとし、T_X⊂[Xn],T- X|Y⊂[Xn]×[Yn]を以下のように定義する。 T_ was the subscript bar T, T - was a superscript bar of T, T_ X ⊂ [X n ], T - X | is defined Y ⊂ [X n] × [ Y n] as follows .

Figure 2014110533
Figure 2014110533

[1,Theorem 16.8.1]より、以下の式が成り立つ。   From [1, Theorem 16.8.1], the following equation holds.

Figure 2014110533
Figure 2014110533

(xn,yn)∈T- X|Y,gA(Axn|yn)≠xnを仮定する。このとき、θ≠xn (x n, y n) ∈T - X | assume | (y n Ax n) ≠ x n Y, g A. At this time, θ ≠ x n and

Figure 2014110533
Figure 2014110533

を満たすθn∈CA(Axn) が存在する。したがって、T- X|Y(yn)を There exists θ n ∈C A (Ax n ) that satisfies Therefore, T - X | Y (y n )

Figure 2014110533
Figure 2014110533

と定義することによりT- X|Y(yn)∩CA(Axn)≠φを満たしている。任意の(xn,yn)∈T- X|Yに対して、以下の式が成立する。 By defining as follows, T X | Y (y n ) ∩C A (Ax n ) ≠ φ is satisfied. For any (x n , y n ) ∈T X | Y , the following equation holds:

Figure 2014110533
Figure 2014110533

ここで、χを次のように定義する。 Here, χ is defined as follows.

Figure 2014110533
Figure 2014110533

また、2番目の不等式では補題3、3番目の不等式では   In the second inequality, Lemma 3 and in the third inequality

Figure 2014110533
Figure 2014110533

を用いた。続いて、以下の式が成立する。 Was used. Subsequently, the following formula is established.

Figure 2014110533
Figure 2014110533

ここで、最後の不等式では(B18)を用いた。また、以下の式が成立する。   Here, (B18) was used in the last inequality. Moreover, the following formula | equation is materialized.

Figure 2014110533
Figure 2014110533

ここで、2番目の不等式は補題4を用いた。asの分布を一様分布とするとき、以下の式が成立する。   Here, Lemma 4 is used for the second inequality. When the as distribution is a uniform distribution, the following equation holds.

Figure 2014110533
Figure 2014110533

ここで最初の不等式では、以下の式を用いた。   Here, in the first inequality, the following equation was used.

Figure 2014110533
Figure 2014110533

また2番目の不等式では(B19)(B20)を用いた。不等式(B12),(B13),(B21)とn→∞とすることによりαAs→1,βAs→0,αAsBs→1,βAB→0,pX n([T_X]c)→0,pX n Y n([T_XY]c)→0が成り立つことから、(B21)の右辺はn→∞とともに0に近付く。このことから定理の成立がいえる。 In the second inequality, (B19) (B20) are used. Α As → 1, β As → 0, α AsBs → 1, β AB → 0, p X n ([T_ X ] c ) by inequality (B12), (B13), (B21) and n → ∞ → 0, the p X n Y n ([T_ XY] c) → 0 that is true, approaches 0 the right-hand side with n → ∞ of (B21). From this, the theorem can be established.

[変形例等]
上記装置及び方法において説明した処理は、記載の順に従って時系列に実行されるのみならず、処理を実行する装置の処理能力あるいは必要に応じて並列的にあるいは個別に実行されてもよい。
[Modifications, etc.]
The processes described in the above apparatus and method are not only executed in time series according to the order of description, but may be executed in parallel or individually as required by the processing capability of the apparatus that executes the process.

また、乱数系列生成装置、符号化装置及び復号装置における処理手段をコンピュータによって実現する場合、乱数系列生成装置、符号化装置及び復号装置が有すべき機能の処理内容はプログラムによって記述される。そして、このプログラムをコンピュータで実行することにより、乱数系列生成装置、符号化装置及び復号装置における処理手段がコンピュータ上で実現される。   In addition, when the processing means in the random number sequence generation device, the encoding device, and the decoding device is realized by a computer, the processing contents of the functions that the random number sequence generation device, the encoding device, and the decoding device should have are described by a program. By executing this program on a computer, processing means in the random number sequence generation device, encoding device, and decoding device is realized on the computer.

この処理内容を記述したプログラムは、コンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録しておくことができる。コンピュータで読み取り可能な記録媒体としては、例えば、磁気記録装置、光ディスク、光磁気記録媒体、半導体メモリ等どのようなものでもよい。   The program describing the processing contents can be recorded on a computer-readable recording medium. As the computer-readable recording medium, for example, any recording medium such as a magnetic recording device, an optical disk, a magneto-optical recording medium, and a semiconductor memory may be used.

また、各処理手段は、コンピュータ上で所定のプログラムを実行させることにより構成することにしてもよいし、これらの処理内容の少なくとも一部をハードウェア的に実現することとしてもよい。   Each processing means may be configured by executing a predetermined program on a computer, or at least a part of these processing contents may be realized by hardware.

その他、この発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能であることはいうまでもない。   Needless to say, other modifications are possible without departing from the spirit of the present invention.

1 乱数系列生成装置
11 制御部
12 確率分布生成部
13 乱数生成部
14 記憶部
15 乱数推定部
16 一様乱数生成部
100 符号化装置
101 記憶部
102 変換フィルタ部
200 復号装置
201 記憶部
202 乱数系列推定部
203 メッセージ推定部
300 通信路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Random number sequence generation apparatus 11 Control part 12 Probability distribution generation part 13 Random number generation part 14 Storage part 15 Random number estimation part 16 Uniform random number generation part 100 Encoding apparatus 101 Storage part 102 Transformation filter part 200 Decoding apparatus 201 Storage part 202 Random number sequence Estimating unit 203 Message estimating unit 300 Communication path

Claims (13)

複数の値の系列である実現値についての確率を所定の第一確率分布においてその実現値が出現する確率に応じた確率とし、所定の条件を満たす全ての上記複数の値の系列である実現値についての上記確率の分布を第二確率分布として、
実現値についての確率である第三確率を、既に生成された乱数の系列を条件としたときにその実現値が出現する第一確率と、既に生成された乱数の系列及び今回生成される乱数を条件としたときに次回以降生成される残りの乱数の系列が上記所定の条件を満たす第二確率と、の積に応じた確率とし、取りうる全ての上記実現値についての上記第三確率の分布である第三確率分布を生成する確率分布生成部と、上記第三確率分布に従い1つの実現値を乱数として生成する乱数生成部と、上記確率分布生成部及び上記乱数生成部の処理を繰り返すことにより、上記第二確率分布に従う乱数の系列を生成させる制御部と、を含む乱数系列生成装置を含み、
上記所定の条件は、メッセージ及び所定の共有情報と、上記複数の値の系列との関係を所定の関数を用いて表現した条件である、
符号化装置。
The probability of an actual value that is a sequence of a plurality of values is a probability corresponding to the probability that the actual value appears in a predetermined first probability distribution, and the actual value that is a sequence of all the multiple values that satisfy a predetermined condition The probability distribution above for the second probability distribution
The third probability, which is the probability of the actual value, is the first probability that the actual value appears when the already generated random number sequence is used as the condition, the already generated random number sequence, and the currently generated random number. The distribution of the third probability for all possible realization values, with a probability corresponding to the product of the second random probability generated after the next time when the condition is satisfied and the second probability satisfying the predetermined condition A probability distribution generation unit that generates the third probability distribution, a random number generation unit that generates one real value as a random number according to the third probability distribution, and the processing of the probability distribution generation unit and the random number generation unit is repeated. A random number sequence generation device including a control unit that generates a sequence of random numbers according to the second probability distribution,
The predetermined condition is a condition expressing a relationship between the message and the predetermined shared information and the series of the plurality of values using a predetermined function.
Encoding device.
請求項1の符号化装置であって、
上記所定の第一確率分布は、所定の事象を条件とする条件付き確率分布であり、
上記第一確率及び上記第二確率は、上記所定の事象を条件とする条件付き確率であり、
上記第二確率分布に従う乱数の系列に対して、上記所定の事象及び上記第二確率分布に従う乱数の系列を条件とする所定の第四確率分布に従う変換フィルタを適用して複数の値の系列を求めて、求まった複数の値の系列を通信路の入力とする変換フィルタ部を更に含む、
符号化装置。
The encoding device according to claim 1, comprising:
The predetermined first probability distribution is a conditional probability distribution that is conditional on a predetermined event,
The first probability and the second probability are conditional probabilities subject to the predetermined event,
Applying a conversion filter according to a predetermined fourth probability distribution on condition of the predetermined event and the random number sequence according to the second probability distribution to a random number sequence according to the second probability distribution, Further including a conversion filter unit for obtaining a series of a plurality of obtained values as input of a communication path,
Encoding device.
請求項1の符号化装置であって、
上記所定の関数をA,Bとし、関数Aの値域をIm[A]とし、関数Bの値域をIm[B]とし、上記所定の共有情報をa∈Im[A]とし、上記メッセージをb∈Im[B]とし、上記複数の値の系列(x1,x2,…,xn)をxn∈[Xn]とし、上記所定の条件をA(xn)=a,B(xn)=bとし、上記第一確率分布をpX nとして、
上記第二確率分布における各実現値xnについての確率は、次式で定義されるμ(xn)である、
Figure 2014110533
符号化装置。
The encoding device according to claim 1, comprising:
The predetermined function is A, B, the range of function A is Im [A], the range of function B is Im [B], the predetermined shared information is a∈Im [A], and the message is b ∈ Im [B], the series of values (x 1 , x 2 ,..., X n ) is x n ∈ [X n ], and the predetermined condition is A (x n ) = a, B ( x n ) = b and the first probability distribution as p X n
The probability for each real value x n in the second probability distribution is μ (x n ) defined by the following equation:
Figure 2014110533
Encoding device.
請求項2の符号化装置であって、
上記所定の関数をA,Bとし、関数Aの値域をIm[A]とし、関数Bの値域をIm[B]とし、上記所定の共有情報をa∈Im[A]とし、上記メッセージをb∈Im[B]とし、上記所定の事象をun∈[Un]とし、上記複数の値 (x1,x2,…,xn) の系列をxn∈[Xn]とし、上記第一確率分布をpX n |U nとして、
上記第二確率分布における各実現値xnについての確率は、次式で定義されるμ(xn)である、
Figure 2014110533
符号化装置。
The encoding device according to claim 2, comprising:
The predetermined function is A, B, the range of function A is Im [A], the range of function B is Im [B], the predetermined shared information is a∈Im [A], and the message is b ∈ Im [B], the predetermined event as u n ∈ [U n ], the sequence of the plurality of values (x 1 , x 2 ,..., X n ) as x n ∈ [X n ], and Let p X n | U n be the first probability distribution.
The probability for each real value x n in the second probability distribution is μ (x n ) defined by the following equation:
Figure 2014110533
Encoding device.
請求項1の符号化装置であって、
上記所定の関数をA,Bとし、関数Aの値域をIm[A]とし、関数Bの値域をIm[B]とし、上記所定の共有情報をa∈Im[A]とし、上記メッセージをb∈Im[B]とし、上記所定の条件をA(xn)=a,B(xn)=bとし、上記複数の値 (x1,x2,…,xn) の系列をxn∈[Xn]とし、上記第一確率分布をpX nとして、
上記第二確率分布における各実現値xnについての確率は、次式で定義されるμ(xn)であり、
Figure 2014110533
上記第二確率分布に従う乱数の系列に対して、上記第二確率分布に従う乱数の系列を条件とする所定の第五確率分布に従う変換フィルタを適用して複数の値の系列を求めて、求まった複数の値の系列を通信路の入力とする変換フィルタ部を更に含む、
符号化装置。
The encoding device according to claim 1, comprising:
The predetermined function is A, B, the range of function A is Im [A], the range of function B is Im [B], the predetermined shared information is a∈Im [A], and the message is b ∈ Im [B], the predetermined condition is A (x n ) = a, B (x n ) = b, and the sequence of the plurality of values (x 1 , x 2 ,..., X n ) is x n ∈ [X n ], and the above first probability distribution as p X n
The probability for each real value x n in the second probability distribution is μ (x n ) defined by the following equation:
Figure 2014110533
A sequence of a plurality of values is obtained by applying a transformation filter according to a predetermined fifth probability distribution on the condition of the random number sequence according to the second probability distribution to the random number sequence according to the second probability distribution. It further includes a conversion filter unit that uses a series of a plurality of values as an input to the communication path.
Encoding device.
請求項1の符号化装置であって、
iを1,2,…,κの何れかの整数とし、上記所定の関数をAi, Biとし、関数Aiの値域をIm[Ai]とし、関数Biの値域をIm[Bi]とし、上記所定の共有情報をai∈Im[Ai]とし、上記メッセージをbi∈Im[Bi]とし、上記複数の値(xi,1,xi,2,…,xi,n)の系列をxi n∈[Xi n]とし、上記所定の条件をAi(xi n)=ai,Bi(xi n)=biとし、上記第一確率分布をp_(Xi n)として、
上記第二確率分布における各実現値xi nについての確率は、次式で定義されるμ(xi n)である、
Figure 2014110533
符号化装置。
The encoding device according to claim 1, comprising:
i is an integer of 1, 2,..., κ, and the predetermined function is A i , B i , the range of function A i is Im [A i ], the range of function B i is Im [B i ], the predetermined shared information is a i ∈Im [A i ], and the message is b i ∈ Im [B i ], a sequence of the plurality of values (x i, 1 , x i, 2 ,..., x i, n ) is x i n ∈ [X i n ], and the predetermined condition is A i (x i n ) = a i , B i (x i n ) = b i and the first probability distribution as p_ (X i n )
The probability for each realized value x i n in the second probability distribution is μ (x i n ) defined by the following equation:
Figure 2014110533
Encoding device.
請求項2の符号化装置であって、
iを1,2,…,κの何れかの整数とし、上記所定の関数をAi, Biとし、関数Aiの値域をIm[Ai]とし、関数Biの値域をIm[Bi]とし、上記所定の共有情報をai∈Im[Ai], un∈[Un]とし、上記メッセージをbi∈Im[Bi]とし、上記複数の値(xi,1,xi,2,…,xi,n)の系列をxi n∈[Xi n]とし、上記所定の条件をAi(xi n)=ai,Bi(xi n)=biとし、上記第一確率分布をp_(Xi n|Un)として、
上記第二確率分布における各実現値xi nについての確率は、次式で定義されるμ(xi n)である、
Figure 2014110533
符号化装置。
The encoding device according to claim 2, comprising:
i is an integer of 1, 2,..., κ, and the predetermined function is A i , B i , the range of the function A i is Im [A i ], the range of the function B i is Im [B i ], and the predetermined shared information is a i ∈Im [A i ], u n ∈ [U n ], the message is b i ∈Im [B i ], and the sequence of the plurality of values (x i, 1 , x i, 2 ,..., x i, n ) is x i n ∈ [X i n The above predetermined condition is A i (x i n ) = a i , B i (x i n ) = b i, and the first probability distribution is p_ (X i n | U n ),
The probability for each realized value x i n in the second probability distribution is μ (x i n ) defined by the following equation:
Figure 2014110533
Encoding device.
請求項1の符号化装置であって、
iを1,2,…,κの何れかの整数とし、上記所定の関数をAi, Biとし、関数Aiの値域をIm[Ai]とし、関数Biの値域をIm[Bi]とし、上記所定の共有情報をai∈Im[Ai]とし、上記メッセージをbi∈Im[Bi]とし、上記複数の値の系列をxK n≡{xi n}i∈K∈[XK n]とし、xi n≡(xi,1,xi,2,…,xi,n) とし、上記所定の条件をAi(xi n)=ai,Bi(xi n)=biとし、上記第一確率分布をp_(XK n)として、
上記第二確率分布における各実現値xK nについての確率は、次式で定義されるμ(xi n)であり、
Figure 2014110533
上記第二確率分布に従う乱数の系列に対して、上記第二確率分布に従う乱数の系列を条件とする所定の第五確率分布に従う変換フィルタを適用して複数の値の系列を求めて、求まった複数の値の系列を通信路の入力とする変換フィルタ部を更に含む、
符号化装置。
The encoding device according to claim 1, comprising:
i is an integer of 1, 2,..., κ, and the predetermined function is A i , B i , the range of function A i is Im [A i ], the range of function B i is Im [B i ], the predetermined shared information is a i ∈Im [A i ], and the message is b Let i ∈Im [B i ], let x K n ≡ {x i n } i∈K ∈ [X K n ], and let x i n ≡ (x i, 1 , x i, 2 , ..., x i, n ), the predetermined condition is A i (x i n ) = a i , B i (x i n ) = b i, and the first probability distribution is p_ (X K n ) As
The probability for each real value x K n in the second probability distribution is μ (x i n ) defined by the following equation:
Figure 2014110533
A sequence of a plurality of values is obtained by applying a transformation filter according to a predetermined fifth probability distribution on the condition of the random number sequence according to the second probability distribution to the random number sequence according to the second probability distribution. It further includes a conversion filter unit that uses a series of a plurality of values as an input to the communication path.
Encoding device.
請求項1の符号化装置であって、
iを1,2,…,κの何れかの整数とし、上記所定の関数をAi, Biとし、関数Aiの値域をIm[Ai]とし、関数Biの値域をIm[Bi]とし、上記所定の共有情報をai∈Im[Ai],un∈[Un]とし、上記メッセージをbi∈Im[Bi]とし、上記複数の値の系列をxK n≡{xi n}i∈K∈[XK n]とし、xi n≡(xi,1,xi,2,…,xi,n)とし、上記所定の条件をAi(xi n)=ai,Bi(xi n)=biとし、上記第一確率分布をp_(XK n)とし、上記第一確率分布をp_(XK n|Un)として、
上記第二確率分布における各実現値xK nについての確率は、次式で定義されるμ(xi n)である、
Figure 2014110533
上記第二確率分布に従う乱数の系列に対して、上記所定の共有情報un及び上記第二確率分布に従う乱数の系列を条件とする所定の第四確率分布に従う変換フィルタを適用して複数の値の系列を求めて、求まった複数の値の系列を通信路の入力とする変換フィルタ部を更に含む、
符号化装置。
The encoding device according to claim 1, comprising:
i is an integer of 1, 2,..., κ, and the predetermined function is A i , B i , the range of the function A i is Im [A i ], the range of the function B i is Im [B i ], and the predetermined shared information is a i ∈Im [A i ], u n ∈ [U n ], the above message is b i ∈Im [B i ], the above series of values is x K n ≡ {x i n } i∈K ∈ [X K n ], and x i n ≡ (x i, 1 , x i, 2 , ..., x i, n ), the predetermined condition is A i (x i n ) = a i , B i (x i n ) = b i, and the first probability The distribution is p_ (X K n ) and the first probability distribution is p_ (X K n | U n )
The probability for each real value x K n in the second probability distribution is μ (x i n ) defined by the following equation:
Figure 2014110533
Above for a sequence of random numbers according to the second probability distribution, the predetermined shared information u n and the second probability plurality of values by applying a conversion filter according a predetermined fourth probability distribution conditioned on sequence of random numbers according to the distribution Further including a conversion filter unit that obtains a series of a plurality of obtained values as an input of a communication path,
Encoding device.
複数の値の系列である実現値についての確率を所定の第一確率分布においてその実現値が出現する確率に応じた確率とし、所定の条件を満たす全ての上記複数の値の系列である実現値についての上記確率の分布を第二確率分布として、
実現値についての確率である第三確率を、既に生成された乱数の系列を条件としたときにその実現値が出現する第一確率と、既に生成された乱数の系列及び今回生成される乱数を条件としたときに次回以降生成される残りの乱数の系列が上記所定の条件を満たす第二確率と、の積に応じた確率とし、取りうる全ての上記実現値についての上記第三確率の分布である第三確率分布を生成する確率分布生成ステップと、上記第三確率分布に従い1つの実現値を乱数として生成する乱数生成ステップと、上記確率分布生成ステップ及び上記乱数生成ステップを繰り返すことにより、上記第二確率分布に従う乱数の系列を生成させる制御ステップと、を含む乱数系列生成ステップを含み、
上記所定の条件は、メッセージ及び所定の共有情報と、上記複数の値の系列との関係を所定の関数を用いて表現した条件である、
符号化方法。
The probability of an actual value that is a sequence of a plurality of values is a probability corresponding to the probability that the actual value appears in a predetermined first probability distribution, and the actual value that is a sequence of all the multiple values that satisfy a predetermined condition The probability distribution above for the second probability distribution
The third probability, which is the probability of the actual value, is the first probability that the actual value appears when the already generated random number sequence is used as the condition, the already generated random number sequence, and the currently generated random number. The distribution of the third probability for all possible realization values, with a probability corresponding to the product of the second random probability generated after the next time when the condition is satisfied and the second probability satisfying the predetermined condition By repeating a probability distribution generation step for generating a third probability distribution, a random number generation step for generating one real value as a random number according to the third probability distribution, the probability distribution generation step and the random number generation step, A random number sequence generation step including a control step of generating a sequence of random numbers according to the second probability distribution,
The predetermined condition is a condition expressing a relationship between the message and the predetermined shared information and the series of the plurality of values using a predetermined function.
Encoding method.
請求項1の符号化方法であって、
上記所定の第一確率分布は、所定の事象を条件とする条件付き確率分布であり、
上記第一確率及び上記第二確率は、上記所定の事象を条件とする条件付き確率であり、
上記第二確率分布に従う乱数の系列に対して、上記所定の事象及び上記第二確率分布に従う乱数の系列を条件とする所定の第四確率分布に従う変換フィルタを適用して複数の値の系列を求めて、求まった複数の値の系列を通信路の入力とする変換フィルタステップを更に含む、
符号化方法。
The encoding method of claim 1, comprising:
The predetermined first probability distribution is a conditional probability distribution that is conditional on a predetermined event,
The first probability and the second probability are conditional probabilities subject to the predetermined event,
Applying a conversion filter according to a predetermined fourth probability distribution on condition of the predetermined event and the random number sequence according to the second probability distribution to a random number sequence according to the second probability distribution, Further including a conversion filter step of obtaining a plurality of obtained values as a communication path input.
Encoding method.
請求項1から9の何れかの符号化装置としてコンピュータを機能させるためのプログラム。   A program for causing a computer to function as the encoding device according to claim 1. 請求項1から9の何れかの符号化装置としてコンピュータを機能させるためのプログラムが記録されたコンピュータ読み取り可能な記録媒体。   A computer-readable recording medium on which a program for causing a computer to function as the encoding device according to claim 1 is recorded.
JP2012264034A 2012-12-03 2012-12-03 Encoding apparatus, method, program, and recording medium Active JP5722296B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012264034A JP5722296B2 (en) 2012-12-03 2012-12-03 Encoding apparatus, method, program, and recording medium

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012264034A JP5722296B2 (en) 2012-12-03 2012-12-03 Encoding apparatus, method, program, and recording medium

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2014110533A true JP2014110533A (en) 2014-06-12
JP5722296B2 JP5722296B2 (en) 2015-05-20

Family

ID=51030925

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2012264034A Active JP5722296B2 (en) 2012-12-03 2012-12-03 Encoding apparatus, method, program, and recording medium

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5722296B2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014109697A (en) * 2012-12-03 2014-06-12 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Encoder, method, program and recording medium

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020025041A1 (en) * 2000-08-23 2002-02-28 Nec Corporation Cryptographic key distribution method and apparatus thereof
JP2008242034A (en) * 2007-03-27 2008-10-09 Japan Aerospace Exploration Agency Integrated encoding and decoding apparatus and method for performing data compression / decompression, encryption / decryption, and error control
JP2014109697A (en) * 2012-12-03 2014-06-12 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Encoder, method, program and recording medium
JP2014109913A (en) * 2012-12-03 2014-06-12 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Random number sequence generation device, method, program and recording medium therefore

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020025041A1 (en) * 2000-08-23 2002-02-28 Nec Corporation Cryptographic key distribution method and apparatus thereof
JP2008242034A (en) * 2007-03-27 2008-10-09 Japan Aerospace Exploration Agency Integrated encoding and decoding apparatus and method for performing data compression / decompression, encryption / decryption, and error control
JP2014109697A (en) * 2012-12-03 2014-06-12 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Encoder, method, program and recording medium
JP2014109913A (en) * 2012-12-03 2014-06-12 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Random number sequence generation device, method, program and recording medium therefore

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014109697A (en) * 2012-12-03 2014-06-12 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Encoder, method, program and recording medium

Also Published As

Publication number Publication date
JP5722296B2 (en) 2015-05-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Couteau et al. Silver: Silent VOLE and oblivious transfer from hardness of decoding structured LDPC codes
JP5957120B1 (en) Secret sharing method, secret sharing system, distribution apparatus, and program
JP2014504741A (en) Method and server for evaluating the probability of observation sequence stored at client for Hidden Markov Model (HMM) stored at server
Fahim et al. Lagrange coded computing with sparsity constraints
CN109075805B (en) Apparatus and method for implementing polar codes
CN113486369A (en) Encoding method, apparatus, device and medium with symmetric encryption and lossless compression
Ågren et al. A survey on fast correlation attacks
Lenz et al. Multivariate Analytic Combinatorics for Cost Constrained Channels
JP5713986B2 (en) Encoding apparatus, method, program, and recording medium
Müller-Hermes et al. Quantum subdivision capacities and continuous-time quantum coding
JP2020515117A (en) Generalized polar code
Bartan et al. Straggler resilient serverless computing based on polar codes
Wang et al. Efficient compression of encrypted binary images using the Markov random field
JP5722296B2 (en) Encoding apparatus, method, program, and recording medium
Cavicchioni et al. Information set decoding for ring-linear codes
CN106685433A (en) A polar code construction method using the optimal distribution of codewords in a frozen set under a memory channel
JP6132806B2 (en) Random number sequence generation device, encoding device, method and program thereof
JP5745496B2 (en) Random number sequence generation device, method, program, and recording medium thereof
JP2014503833A (en) Privacy protection probabilistic inference based on hidden Markov model
El‐Abbasy et al. Polar codes Bhattacharyya parameter generalisation
Cheng The fundamentals of compressed sensing
CN119629195B (en) Data processing methods and related equipment for network communication systems
Grozov et al. Development of a Pseudo-Random Sequence Generation Function Based on the Cryptographic Algorithm" Kuznechik"
Persichetti et al. On linear complexity of finite sequences: Coding theory and applications to cryptography
KR101502972B1 (en) Polar Quantum Channel Coding Method and Device for Symmetric Capacity Achieving

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20140317

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20141128

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20141209

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20150126

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20150210

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20150224

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20150317

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20150325

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5722296

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

S533 Written request for registration of change of name

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350