]> AND Private Git Repository - rairo15.git/blobdiff - preliminaries.tex
Logo AND Algorithmique Numérique Distribuée

Private GIT Repository
preliminaries maj
[rairo15.git] / preliminaries.tex
index 3b559b11ba0f7867ff7876da30b226e7f1d8e458..628cd446996d1436e2bfb6923e5fc3f3c9ffe6b6 100644 (file)
@@ -51,30 +51,6 @@ Figure~\ref{fig:iteration:f*}.
 \end{figure}
 \end{xpl}
 
-% \vspace{-0.5em}
-% It is easy to associate a Markov Matrix $M$ to such a graph $G(f)$
-% as follows:
-
-% $M_{ij} = \frac{1}{n}$ if there is an edge from $i$ to $j$ in $\Gamma(f)$ and $i \neq j$;  $M_{ii} = 1 - \sum\limits_{j=1, j\neq i}^n M_{ij}$; and $M_{ij} = 0$ otherwise.
-
-% \begin{xpl}
-% The Markov matrix associated to the function $f^*$ is 
-
-% \[
-% M=\dfrac{1}{3} \left(
-% \begin{array}{llllllll}
-% 1&1&1&0&0&0&0&0 \\
-% 1&1&0&0&0&1&0&0 \\
-% 0&0&1&1&0&0&1&0 \\
-% 0&1&1&1&0&0&0&0 \\
-% 1&0&0&0&1&0&1&0 \\
-% 0&0&0&0&1&1&0&1 \\
-% 0&0&0&0&1&0&1&1 \\
-% 0&0&0&1&0&1&0&1 
-% \end{array}
-% \right)
-% \]
-%\end{xpl}
 
 Let thus be given such kind of map.
 This article focusses on studying its iterations according to
@@ -87,42 +63,77 @@ edges $(v,v)$ for any $v \in \Bool^n$.
 Next, if we add probabilities on the transition graph, iterations can be 
 interpreted as Markov chains.
 
+\begin{xpl}
+Let us consider for instance  
+the graph $\Gamma(f)$ defined 
+in \textsc{Figure~\ref{fig:iteration:f*}.} and 
+the probability function $p$ defined on the set of edges as follows:
+$$
+p(e) \left\{
+\begin{array}{ll}
+= \frac{2}{3} \textrm{ if $e=(v,v)$ with $v \in \Bool^3$,}\\
+= \frac{1}{6} \textrm{ otherwise.}
+\end{array}
+\right.  
+$$
+The matrix $P$ of the Markov chain associated to the function $f^*$ and to its probability function $p$ is 
+\[
+P=\dfrac{1}{6} \left(
+\begin{array}{llllllll}
+4&1&1&0&0&0&0&0 \\
+1&4&0&0&0&1&0&0 \\
+0&0&4&1&0&0&1&0 \\
+0&1&1&4&0&0&0&0 \\
+1&0&0&0&4&0&1&0 \\
+0&0&0&0&1&4&0&1 \\
+0&0&0&0&1&0&4&1 \\
+0&0&0&1&0&1&0&4 
+\end{array}
+\right)
+\]
+\end{xpl}
 
 
 
-Let $\pi$, $\mu$ be two distribution on a same set $\Omega$. The total
+More generally, let $\pi$, $\mu$ be two distribution on $\Bool^n$. The total
 variation distance between $\pi$ and $\mu$ is denoted $\tv{\pi-\mu}$ and is
 defined by
-$$\tv{\pi-\mu}=\max_{A\subset \Omega} |\pi(A)-\mu(A)|.$$ It is known that
-$$\tv{\pi-\mu}=\frac{1}{2}\sum_{x\in\Omega}|\pi(x)-\mu(x)|.$$ Moreover, if
-$\nu$ is a distribution on $\Omega$, one has
+$$\tv{\pi-\mu}=\max_{A\subset \Bool^n} |\pi(A)-\mu(A)|.$$ It is known that
+$$\tv{\pi-\mu}=\frac{1}{2}\sum_{x\in\Bool^n}|\pi(x)-\mu(x)|.$$ Moreover, if
+$\nu$ is a distribution on $\Bool^n$, one has
 $$\tv{\pi-\mu}\leq \tv{\pi-\nu}+\tv{\nu-\mu}$$
 
-Let $P$ be the matrix of a markov chain on $\Omega$. $P(x,\cdot)$ is the
+Let $P$ be the matrix of a markov chain on $\Bool^n$. $P(x,\cdot)$ is the
 distribution induced by the $x$-th row of $P$. If the markov chain induced by
 $P$ has a stationary distribution $\pi$, then we define
-$$d(t)=\max_{x\in\Omega}\tv{P^t(x,\cdot)-\pi},$$
-and
+$$d(t)=\max_{x\in\Bool^n}\tv{P^t(x,\cdot)-\pi}.$$
+It is known that $d(t+1)\leq d(t)$. \JFC{référence ? Cela a-t-il 
+un intérêt dans la preuve ensuite.}
 
-$$t_{\rm mix}(\varepsilon)=\min\{t \mid d(t)\leq \varepsilon\}.$$
-One can prove that
 
-$$t_{\rm mix}(\varepsilon)\leq \lceil\log_2(\varepsilon^{-1})\rceil t_{\rm mix}(\frac{1}{4})$$
 
-It is known that $d(t+1)\leq d(t)$.
+%and
+% $$t_{\rm mix}(\varepsilon)=\min\{t \mid d(t)\leq \varepsilon\}.$$
+% One can prove that \JFc{Ou cela a-t-il été fait?}
+% $$t_{\rm mix}(\varepsilon)\leq \lceil\log_2(\varepsilon^{-1})\rceil t_{\rm mix}(\frac{1}{4})$$
 
 
 
-Let $(X_t)_{t\in \mathbb{N}}$ be a sequence of $\Omega$ valued random
+Let $(X_t)_{t\in \mathbb{N}}$ be a sequence of $\Bool^n$ valued random
 variables. A $\mathbb{N}$-valued random variable $\tau$ is a {\it stopping
   time} for the sequence $(X_i)$ if for each $t$ there exists $B_t\subseteq
-\omega^{t+1}$ such that $\{tau=t\}=\{(X_0,X_1,\ldots,X_t)\in B_t\}$. 
+\Omega^{t+1}$ such that $\{\tau=t\}=\{(X_0,X_1,\ldots,X_t)\in B_t\}$. 
+In other words, the event $\{\tau = t \}$ only depends on the values of 
+$(X_0,X_1,\ldots,X_t)$, not on $X_k$ with $k > t$. 
+
+\JFC{Je ne comprends pas la definition de randomized stopping time, Peut-on enrichir ?}
 
 Let $(X_t)_{t\in \mathbb{N}}$ be a markov chain and $f(X_{t-1},Z_t)$ a
 random mapping representation of the markov chain. A {\it randomized
   stopping time} for the markov chain is a stopping time for
-$(Z_t)_{t\in\mathbb{N}}$. Ihe markov chain is irreductible and has $\pi$
-as stationary distribution, then a {\it stationay time} $\tau$ is a
+$(Z_t)_{t\in\mathbb{N}}$. If the markov chain is irreductible and has $\pi$
+as stationary distribution, then a {\it stationary time} $\tau$ is a
 randomized stopping time (possibily depending on the starting position $x$),
 such that  the distribution of $X_\tau$ is $\pi$:
 $$\P_x(X_\tau=y)=\pi(y).$$
@@ -130,30 +141,30 @@ $$\P_x(X_\tau=y)=\pi(y).$$
 
 \JFC{Ou ceci a-t-il ete prouvé}
 \begin{Theo}
-If $\tau$ is a strong stationary time, then $d(t)\leq \max_{x\in\Omega}
+If $\tau$ is a strong stationary time, then $d(t)\leq \max_{x\in\Bool^n}
 \P_x(\tau > t)$.
 \end{Theo}
 
-% Let us first recall the  \emph{Total Variation} distance $\tv{\pi-\mu}$,
-% which is defined for two distributions $\pi$ and $\mu$ on the same set 
-% $\Omega$  by:
-% $$\tv{\pi-\mu}=\max_{A\subset \Omega} |\pi(A)-\mu(A)|.$$ 
-% It is known that
-% $$\tv{\pi-\mu}=\frac{1}{2}\sum_{x\in\Omega}|\pi(x)-\mu(x)|.$$
-
-% Let then $M(x,\cdot)$ be the
-% distribution induced by the $x$-th row of $M$. If the Markov chain
-% induced by
-% $M$ has a stationary distribution $\pi$, then we define
-% $$d(t)=\max_{x\in\Omega}\tv{M^t(x,\cdot)-\pi}.$$
-Intuitively $d(t)$ is the largest deviation between
-the distribution $\pi$ and $M^t(x,\cdot)$, which 
-is the result of iterating $t$ times the function.
-Finally, let $\varepsilon$ be a positive number, the \emph{mixing time} 
-with respect to $\varepsilon$ is given by
-$$t_{\rm mix}(\varepsilon)=\min\{t \mid d(t)\leq \varepsilon\}.$$
-It defines the smallest iteration number 
-that is sufficient to obtain a deviation lesser than $\varepsilon$.
+% Let us first recall the  \emph{Total Variation} distance $\tv{\pi-\mu}$,
+% which is defined for two distributions $\pi$ and $\mu$ on the same set 
+% % $\Bool^n$  by:
+% % $$\tv{\pi-\mu}=\max_{A\subset \Bool^n} |\pi(A)-\mu(A)|.$$ 
+% It is known that
+% % $$\tv{\pi-\mu}=\frac{1}{2}\sum_{x\in\Bool^n}|\pi(x)-\mu(x)|.$$
+
+% Let then $M(x,\cdot)$ be the
+% distribution induced by the $x$-th row of $M$. If the Markov chain
+% induced by
+% $M$ has a stationary distribution $\pi$, then we define
+% % $$d(t)=\max_{x\in\Bool^n}\tv{M^t(x,\cdot)-\pi}.$$
+Intuitively $d(t)$ is the largest deviation between
+the distribution $\pi$ and $M^t(x,\cdot)$, which 
+is the result of iterating $t$ times the function.
+Finally, let $\varepsilon$ be a positive number, the \emph{mixing time} 
+with respect to $\varepsilon$ is given by
+$$t_{\rm mix}(\varepsilon)=\min\{t \mid d(t)\leq \varepsilon\}.$$
+It defines the smallest iteration number 
+that is sufficient to obtain a deviation lesser than $\varepsilon$.
 % Notice that the upper and lower bounds of mixing times cannot    
 % directly be computed with eigenvalues formulae as expressed 
 % in~\cite[Chap. 12]{LevinPeresWilmer2006}. The authors of this latter work  
@@ -162,11 +173,11 @@ that is sufficient to obtain a deviation lesser than $\varepsilon$.
 
 
 
-Let us finally present the pseudorandom number generator $\chi_{\textit{14Secrypt}}$
+Let us finally present the pseudorandom number generator $\chi_{\textit{15Rairo}}$
 which is based on random walks in $\Gamma(f)$. 
 More precisely, let be given a Boolean map $f:\Bool^n \rightarrow \Bool^n$,
 a PRNG \textit{Random},
-an integer $b$ that corresponds to an awaited mixing time, and 
+an integer $b$ that corresponds an iteration number (\textit{i.e.}, the lenght of the walk), and 
 an initial configuration $x^0$. 
 Starting from $x^0$, the algorithm repeats $b$ times 
 a random choice of which edge to follow and traverses this edge.
@@ -175,7 +186,6 @@ This PRNG is formalized in Algorithm~\ref{CI Algorithm}.
 
 
 
-\vspace{-1em}
 \begin{algorithm}[ht]
 %\begin{scriptsize}
 \KwIn{a function $f$, an iteration number $b$, an initial configuration $x^0$ ($n$ bits)}
@@ -183,21 +193,23 @@ This PRNG is formalized in Algorithm~\ref{CI Algorithm}.
 $x\leftarrow x^0$\;
 \For{$i=0,\dots,b-1$}
 {
+\If{$\textit{Random}(1) \neq 0$}{
 $s\leftarrow{\textit{Random}(n)}$\;
 $x\leftarrow{F_f(s,x)}$\;
 }
+}
 return $x$\;
 %\end{scriptsize}
-\caption{Pseudo Code of the $\chi_{\textit{14Secrypt}}$ PRNG}
+\caption{Pseudo Code of the $\chi_{\textit{15Rairo}}$ PRNG}
 \label{CI Algorithm}
 \end{algorithm}
-\vspace{-0.5em}
-This PRNG is a particularized version of Algorithm given in~\cite{BCGR11}.
-Compared to this latter, the length of the random 
-walk of our algorithm is always constant (and is equal to $b$) whereas it 
-was given by a second PRNG in this latter.
-However, all the theoretical results that are given in~\cite{BCGR11} remain
-true since the proofs do not rely on this fact. 
+
+
+This PRNG is a particularized version of Algorithm given in~\cite{DBLP:conf/secrypt/CouchotHGWB14}.
+As this latter, the length of the random 
+walk of our algorithm is always constant (and is equal to $b$). 
+However, in the current version, we add the constraint that   
+
 
 Let $f: \Bool^{n} \rightarrow \Bool^{n}$.
 It has been shown~\cite[Th. 4, p. 135]{BCGR11}} that 
@@ -209,5 +221,5 @@ if and only if its Markov matrix is a doubly stochastic matrix.
 Let us now present  a method to
 generate  functions
 with Doubly Stochastic matrix and Strongly Connected iteration graph,
- denoted as DSSC matrix.   
+denoted as DSSC matrix.