Hello, dear friend, you can consult us at any time if you have any questions, add WeChat: daixieit



MATH468  FALL  2021:  FINAL  PROJECT  GUIDELINES

 

 

1.  OvERv1Ew

The final project should be in teams, ideally of size 2-3 (although solo projects are allowed). There are three forms the project can take, which are described in more detail below. They are:

Reading/Report. You read some papers and write a report.

I’ve had it with all this theory. Investigate some instances of coding theory in the real world and teach me how they work.

Original work. Original research involving error correcting codes, or a new implementation of something related to error correcting codes.


All types of projects will involve a write-up (10-15 pages as a target length, maximum of 20 pages unless you have a very very good reason).  Please review the possibilities below, find teammates, and let me know what you plan to work on by Friday Nov 5.

1.1. What to hand in (by email to nzt5208@psu.edu) by Nov 5.

Who you plan to work with (each group should only submit one thing)

Which type of project you want to do

If the project is a reading/report type, on a topic listed below, say with topic. If there are many papers listed and you want to focus on a subset, or you want to focus on something tangentially related to one of these topics, say that too.

If the project is not a topic suggested below, please include a few paragraphs describing the


project or topic you have in mind.

I am happy to meet or answer questions beforehand to discuss your options or possible project ideas.

1.2.  Timeline.

●  Project Proposals due Nov 5.

● I will confirm that your proposal looks good by Monday Nov 8. If you get me your project proposal earlier, I can probably confirm that it looks okay earlier.

● Project Reports are due Dec 10, by email to [email protected].

1.3.  Grading.  The project counts for %30 of your final grade. The report will be assessed on the following criteria. First, all reports will be assessed on the technical content: is it sound, and does it convey a good understanding of the material.  For Reading/Report projects or I’ve had it with all this theory” projects, you will also be assessed on how well you synthesize all the materials out there into a coherent and engaging summary. For original work, you will be assessed as one would assess a normal academic paper, including motivation and clarity.

1.4.  Reading/Report projects.  A project of this type will involve reading up on a topic that we  didn’t  have time to  cover  in  class.   You  should read  a  few papers  (and you  are  also wel- come/encouraged to look at other resources like lecture notes or textbooks), and synthesize this information into a coherent literature review that covers some of the main technical ideas in the area.  Your intended audience should be someone who has just finished this class.  Your goal is not to convince the reader that you did some work, it is to teach the reader something.

N.T.S. thanks...

A few potential projects are listed below, with some starting points, below.  However, part of the project is to decide what you think is interesting: don’t just regurgitate the sources listed. Rather, do some research, find good sources, and come up with a nice story to tell. Your report should be 10-20 pages long, demonstrate a technical understanding of the chosen topic, and be interesting to the reader.

You are welcome to choose whatever topic you like, with instructor approval.  A few are listed below.  Some of these topics we might touch on briefly in class, and you can choose to go deeper for a project.


Linear Programming bounds

 New upper bounds on the rate of a code via the Delsarte-MacWilliams inequalities, https://ieeexplore.ieee.org/document/1055688

Polar Codes

 Arikan: Channel polarization: A method for constructing capacity-achieving codes for symmetric binary-input memoryless channels. https://arxiv.org/abs/0807.3917

 Guruswami and Xia: Polar Codes: Speed of polarization and polynomial gap to capac- ity https://arxiv.org/abs/1304.4321

Expander Codes

 Sipser and Spielman: Expander codes http://ldpccodes.com/papers/expandersITpdf

 Zemor: On expander codes http://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?arnumber= 910593

Multiplicity Codes

 You can choose either Local decoding of multiplicity codes, or list decoding, or both.

 Local decoding:    Kopparty,  Saraf, Yekhanin:  High-rate codes with sublinear time decoding http://www.math.rutgers.edu/~sk1233/highratelocal.pdf

 List decoding: (two papers with very similar results but dierent approaches)  Kopparty: List-decoding multiplicity codes http://www.math.rutgers.edu/~sk1233/part2.pdf Guruswami and Wang: Optimal rate list-decoding via derivative codes https://arxivorg/abs/1106.3951

Hardness of maximum-likelihood decoding of Reed-Solomon Codes

 Guruswami and Vardy:  Maximum Likelihood Decoding of Reed-Solomon  Codes is NP-hard https://arxiv.org/abs/cs/0405005

 Cheng and Wan:  On the list and bounded distance decodability of Reed-Solomon Codes http://www.cs.ou.edu/~qcheng/paper/ld.pdf

 Gandikota, Ghazi, Grigorescu: NP-Hardness of Reed-Solomon Decoding and the Prouhet- Tarry- Escott  Problem https://www.cs.purdue.edu/homes/egrigore/papers/RS_    BDD_hard.pdf

Combinatorics of Reed-Muller codes

 Kaufman,  Lovett and Porat:  Weight Distribution and List-Decoding Size of Reed- Muller Codes http://conference.iiis.tsinghua.edu.cn/ICS2010/content/paperPaper_33.pdf

 Bhowmick and Lovett:  List decoding Reed-Muller codes over small fields https:// arxiv.org/abs/1407.3433

Concatenated codes on the GV bound and with ecient list decoding to capacity

 Thommesen:  The existence of binary linear concatenated codes with Reed-Solomon

outer codes which asymptotically meet the Gilbert-Varshamov bound. http://ieeexplore.ieee.org/docu 1056765/

 Guruswami and Rudra:  Concatenated Codes Achieve List-Decoding Capacity https: //eccc.weizmann.ac.il/eccc-reports/2008/TR08-054/index.html

 Explicit codes near the GV bound Ta-Shma:  Explicit, almost optimal, epsilon-balanced codes. https://eccc.weizmann.ac.il/report/2017/041/

This is not an exhaustive list!  If you have another topic in mind (either which you stumbled on independently, or which we discussed in class too briefly), please ask me about it!  I can help you find some starting resources if you would like.

1.5. I’ve  had  it with all this theory.  A project of this type will involve you going out and finding some example of error correcting codes (ideally, one of the families we’ve talked about in class) in the real world (for example, in storage, satellite communication, etc), and reading up on it to figure out how it works in practice. Your report should highlight:

●  What are the main coding-theoretic ideas behind this implementation?

● Why was this coding scheme chosen for this application instead of another one? What are the important desiderata and how are they acheived?

● What are the real-world issues that complicate matters?  How does this implementation deal with them?

● Interesting historical trivia about the development of this application is encouraged.          Your goal is to present not only the technical details (although you should demonstrate a good understanding of this) but also an interesting (if technical) story.

1.6.  Original work.  A project of this type will be either a research project or a new implementa- tion. For example, perhaps you have found a way to use error correcting codes in your own research. Or perhaps you are already working on something directly related to error correcting codes.          In this case, your report should contain your results.   If you have done original research, your report should be formatted like a research paper, including background, motivation, your results, and demonstrations (proofs or empirical work) that your results are sound.

If you have done an original implementation, your report should outline the motivation for why your implementation is/will be useful, any relevant background, details of the implementation, as well as any tricky issues you ran into when developing it and how you got around them.  Your report should also include examples of your implementation at work (empirical results about the speed/accuracy, or anything else that demonstrates that you have eeffctively solved this problem).

1.7.  Note: If you set out to do original work, but encounter an issue and do not manage to succeed by the end of the quarter (research is unpredictable; that’s how it goes), then write up what you tried, what you learned, where you got stuck, and what you are thinking about possible ways forward.