德布萊英序列

德布萊英序列

德布萊英序列(de Bruijn sequence)亦稱完全循環,是一類特殊的組合序列,一個循環是一個依圓周順序的序列a₁a₂…ar,即a1在ar之後,且a2…ara1,…,ara1…ar-1都是與a₁a₂…ar相同的循環。

基本介紹

德布萊英序列 德布萊英序列
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設n是正整數,N=2 ,一個由數碼0和1組成的循環a₁a₂…a,即,若子序列就是所有可能的N個由數碼0和1組成的有序序列b₁b₂…b,則稱該循環是一個完全循環或德布萊英序列,例如n=1時,循環01;n=2時,循環0011,n=3時,循環00010111和00011101均為德布萊英序列。關於德布萊英序列的主要問題是:對任意正整數n,長為N=2 的德布萊英序列是否存在?若存在,有多少個?德布萊英定理斷言:對每個正整數n,恰存在次冪個長為N=2 的完全循環。事實上,每個長為N=2 的德布萊英序列恰與德布萊英圖G中的一條完全迴路相對應 。

De Bruijn序列的套用與性質簡介

De Bruijn序列是一類重要的非線性移位暫存器序列,它在通信及密碼等領域內有著極為廣泛的套用,複雜度是刻劃這類序列特性的一個重要概念。具有良好偽隨機性質的二元序列廣泛套用於通信、密碼學等多個領域中,例如在流密碼中我們就需要好的二元序列來做為密鑰流。分析和構造具有良好性質的二元序列一直是序列研究中的重要問題。

二元de Bruijn序列是一種特殊的周期為2 的序列,滿足任意一個二元n長向量都在de Brujn序列的一個周期中恰出現一次。 De Bruijn序列具有許多很好的偽隨機性質,在圖論、DNA存儲技術、通信與密碼學中都有重要套用。De Bruijn序列雖然看起來非常簡單,但對它的深入分析卻是非常困難的,尋找de Bruijn序列的新的刻畫和性質,以及尋找新的能更有效地生成更多的de Bruijn序列的算法一直是 de Bruijn序列的研究重點。

德布萊英序列 德布萊英序列

一個二元n階de Bruijn序列s是一個周期為2 的序列,滿足任意一個二元n長向量或n元組,都在S的一個周期中出現恰好一次。

De Bruijn序列具有許多良好的性質:

1)大周期,2 ,它是n階FSR能夠生成的序列的最大周期;

2)平衡性,0和1都出現2 次;

3)n元組平衡性,每個二元n長向量都出現一次;

4)大線性複雜度,它的線性複雜度c(s)滿足2 +n≤c(s)≤2 -1;

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5)De Brujn序列的個數非常多,總個數為。

因此,de Bruijn序列在圖論、DNA排序存儲技術、通信與密碼學等多個領域中都有重要套用 。

德布萊英定理

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德布萊英定理是波利亞定理的推廣,若兩置換群A和B分別作用於兩有限集X={x,x,…,x}和Y={y,y,…y},則可定義冪群B ={(α,β)|α∈A,β∈B}對函式集的作用為。若有,則稱是等價的,記為,~為一等價關係。於是,Y 被分為若干等價類之並,這些等價類稱為函式式樣或函式軌道,德布萊英定理斷言:函式式樣的個數等於

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式中群A的循環指標為

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其中β的型為。

哈拉里(F.Harary)推廣了德布萊英定理 。

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設Y為可數集,Y至少含2元,定義權函式為非負整數集;又定義函式f的權

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設k∈R,Y的子集,且|Y|是有限的,。若B(Y)={β(y)|β∈B,y∈Y},則函式集Y 被冪群B 作用所分出的各個式樣中的函式有等權的充分必要條件是B(Y)=Y,i∈R,若條件B(Y)=Y,滿足i∈R,則可定義式樣F的權為w(F)=w(f),其中f∈F,記β=β,式中β(y)=β(y),這裡y∈Y,若權為k的式樣為C個,則式樣依權展開的生成函式為

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於是

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式中為A的循環指標,

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β的型為。

德布萊英圖

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德布萊英圖是一種重要的圖,是由(0,1)序列衍生的圖.由數碼0和1組成的序列稱為一個(0,1)序列,r稱為該序列的長.長為n-1的(0,1)序列總計2 個.設每個這樣的(0,1)序列(c,c,…,c)與一個頂點p相對應,這裡1≤i≤2 .設每個長為n的(0,1)序列(b,b,…,b,b)與一個起點為(b,b,…,b)、終點為(b,b,…,b)的有向弧相對應.稱具有頂點集{p:i=1,2,…,2 }和上述對應有向弧集的有向圖為一個德布萊英圖,記為G.圖示為G.G為有向連通圖,且每個頂點處恰有兩條入弧和兩條出弧.通過給定有向圖中每一有向弧恰一次的迴路,稱為該圖的一條有向完全迴路.G中的有向完全迴路與長為N=2 的德布萊英序列一一對應,德布萊英(N.G.de Bruijn)證明:G恰有

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條有向完全迴路。

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