We show that Reed-Solomon codes of dimension $k$ and block length $n$ over any finite field $\mathbb{F}$ can be deterministically list decoded from agreement $\sqrt{(k-1)n}$ in time $\text{poly}(n, \log |\mathbb{F}|)$. Prior to this work, the list decoding algorithms for Reed-Solomon codes, from the celebrated results of Sudan and Guruswami-Sudan, were either randomized with time complexity $\text{poly}(n, \log |\mathbb{F}|)$ or were deterministic with time complexity depending polynomially on the characteristic of the underlying field. In particular, over a prime field $\mathbb{F}$, no deterministic algorithms running in time $\text{poly}(n, \log |\mathbb{F}|)$ were known for this problem. Our main technical ingredient is a deterministic algorithm for solving the bivariate polynomial factorization instances that appear in the algorithm of Sudan and Guruswami-Sudan with only a $\text{poly}(\log |\mathbb{F}|)$ dependence on the field size in its time complexity for every finite field $\mathbb{F}$. While the question of obtaining efficient deterministic algorithms for polynomial factorization over finite fields is a fundamental open problem even for univariate polynomials of degree $2$, we show that additional information from the received word can be used to obtain such an algorithm for instances that appear in the course of list decoding Reed-Solomon codes.


翻译:我们证明,对于任意有限域$\mathbb{F}$上维度为$k$、码块长度为$n$的Reed-Solomon码,可在$\text{poly}(n, \log |\mathbb{F}|)$时间内实现从一致度$\sqrt{(k-1)n}$出发的确定性列表译码。在此工作之前,基于Sudan以及Guruswami-Sudan的经典成果,Reed-Solomon码的列表译码算法要么是随机化的且时间复杂度为$\text{poly}(n, \log |\mathbb{F}|)$,要么是确定性的但其时间复杂度与底层域的特征呈多项式依赖。特别地,在素数域$\mathbb{F}$上,此前未发现能在$\text{poly}(n, \log |\mathbb{F}|)$时间内运行的确定性算法。我们的核心技术贡献在于:针对Sudan和Guruswami-Sudan算法中出现的二元多项式分解实例,提出了一种确定性算法,其时间复杂度对任意有限域$\mathbb{F}$的域大小仅具有$\text{poly}(\log |\mathbb{F}|)$依赖。尽管为有限域上的多项式分解(即使是二次单变量多项式)获取高效确定性算法仍是一个基础性开放问题,但我们证明可利用接收码字中的附加信息,为列表译码Reed-Solomon码过程中出现的此类实例实现相应算法。

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