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Spatial Coupling as a Proof Technique and Three Applications

Résumé

The aim of this paper is to show that spatial coupling can be viewed not only as a means to build better graphical models, but also as a tool to better understand uncoupled models. The starting point is the observation that some asymptotic properties of graphical models are easier to prove in the case of spatial coupling. In such cases, one can then use the so-called interpolation method to transfer known results for the spatially coupled case to the uncoupled one. Our main use of this framework is for Low-density parity check (LDPC) codes, where we use interpolation to show that the average entropy of the codeword conditioned on the observation is asymptotically the same for spatially coupled as for uncoupled ensembles. We give three applications of this result for a large class of LDPC ensembles. The first one is a proof of the so-called Maxwell construction stating that the MAP threshold is equal to the area threshold of the BP GEXIT curve. The second is a proof of the equality between the BP and MAP GEXIT curves above the MAP threshold. The third application is the intimately related fact that the replica symmetric formula for the conditional entropy in the infinite block length limit is exact.

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Concepts associés (32)
Interpolation numérique
En analyse numérique (et dans son application algorithmique discrète pour le calcul numérique), l'interpolation est une opération mathématique permettant de remplacer une courbe ou une fonction par une autre courbe (ou fonction) plus simple, mais qui coïncide avec la première en un nombre fini de points (ou de valeurs) donnés au départ. Suivant le type d'interpolation, outre le fait de coïncider en un nombre fini de points ou de valeurs, il peut aussi être demandé à la courbe ou à la fonction construite de vérifier des propriétés supplémentaires.
Interpolation polynomiale
En mathématiques, en analyse numérique, l'interpolation polynomiale est une technique d'interpolation d'un ensemble de données ou d'une fonction par un polynôme. En d'autres termes, étant donné un ensemble de points (obtenu, par exemple, à la suite d'une expérience), on cherche un polynôme qui passe par tous ces points, p(xi) = yi, et éventuellement vérifie d'autres conditions, de degré si possible le plus bas. Cependant, dans le cas de l'interpolation lagrangienne, par exemple, le choix des points d'interpolation est critique.
Interpolation bilinéaire
L'interpolation bilinéaire est une méthode d'interpolation pour les fonctions de deux variables sur une grille régulière. Elle permet de calculer la valeur d'une fonction en un point quelconque, à partir de ses deux plus proches voisins dans chaque direction. C'est une méthode très utilisée en pour le , qui permet d'obtenir de meilleurs résultats que l'interpolation par plus proche voisin, tout en restant de complexité raisonnable.
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