计算机科学 > 信息论
[提交于 2016年10月31日
(v1)
,最后修订 2018年8月25日 (此版本, v3)]
标题: 对称性、外部界限和码构造:对缓存基本极限的计算机辅助研究
标题: Symmetry, Outer Bounds, and Code Constructions: A Computer-Aided Investigation on the Fundamental Limits of Caching
摘要: 我们说明如何使用计算机辅助方法来研究缓存系统的根本限制,这些限制与信息论文献中通常看到的传统分析方法显著不同。 熵空间的线性规划(LP)外部界限作为这种方法的起点;然而,我们的工作远远超出了仅使用它来证明信息不等式。 我们首先识别并形式化了问题中的对称性结构,这使我们能够证明最优对称解的存在性。 然后使用对称性简化的线性规划来确定几个小案例中存储-传输速率权衡的边界,我们获得了紧致的外部界限集。 从这些计算数据中形成了关于最优权衡区域的一般假设,并随后进行了分析证明。 这导致了仅包含两个用户的系统最优权衡的完整表征,以及仅包含两个文件的系统的某些部分表征。 接下来,我们展示了通过仔细分析某些情况下外部界限的联合熵结构,可以反向工程出一种新颖的编码构造,最终导致一个通用的编码类。 最后,我们展示了可以通过以不同方式有策略地放松LP来计算外部界限,这可以用于计算探索该问题。 这使我们首先能够推导出对偶证明的一般特征,其次即使在看似不可能的计算规模下,也能计算更大问题案例的外部界限。
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