■E8格子とハミング・コード

 8次元空間の格子状詰め込みにおいては,なんと1つの超球に240個もの超球が接触しています.この配置から長さ8のハミング・コードが得られます(長さ7のゴレイ・コードにあとひとつつけ加えることによって長さ8のコードが得られる).このコードは1箇所の誤りが訂正できます(2箇所の誤りは検出できるが訂正できない).

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【1】ケイリー整数とE8格子

 八元数Σajejにおいて,係数aj(j=0~7)が

  1)整数値をとるもの

  2)半整数値の奇数倍をとるもの

  3)4個が整数値,4個が半整数値の奇数倍をとるもの

を加えて,「ケイリーの整数」と呼びます.

 ただし,3)において整数である番号は(i,j,k)7組に0(実数)を加えた集合および(0〜7)に対するその補集合の14組に限ります.

 このような点をすべてとると,8次元空間内で隣り合う2点間の距離がすべて1の格子ができあがります.原点に隣接する点は240個あり,それらと原点を結ぶベクトルが例外型リー環のE8ルート系を表すので,この格子をE8格子といいます.

 E8格子にはほかにもいくつかの構成法があり,ここではケイリー整数との関連で説明しましたが,その配列は本質的にはこの形しかありません.S^7の上の240個の点は直交変換で互いに移りうる点の組を同じものとみなすと一意なのです.

 そして,8次元空間において,2個の正軸体(正8面体の拡張)と1個の正単体(正4面体の拡張)を組み合わせると空間充填形ができるのですが,ケイリー整数の作る格子がその具体形になっています.

 なお,E8格子において,原点からの距離が√nである格子点の個数は

  240σ3(n)

(ここで,σ3(n)はnの約数の3乗の和)と表せることが知られています.すなわち,

  n=1 → 240・1^3=240個

  n=2 → 240・(1^3+2^3)=2160個

  n=3 → 240・(1^3+3^3)=6720個

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【2】ハミング符号系

 E8格子の構成法は他にもありますが,ここでは24次元リーチ格子への準備として,E8格子の構成法に「符号理論」としての解釈を与えます.符号理論の基礎はまさしく現代数学であり,いまでは歩きながら携帯電話するにしても,現代数学の恩恵を受けているのです.

 E8格子の格子点のうち,半整数の奇数倍を1,偶数倍を0で表すと,

   b1b2b3b4b5b6b7b8 b1b2b3b4b5b6b7b8

   00000000(0)     11111111(F)

   00001111(1)     11110000(E)

   00110011(2)     11001100(D)

   00111100(3)     11000011(C)

   01010101(4)     10101010(B)

   01011010(5)     10100101(A)

   01100110(6)     10011001(9)

   01101001(7)     10010110(8)

の16パターンになります.右列は左列のビットを反転させたものです.

 左からb1,b2,・・・とすると,b1b2b3b5の4ビットを2進数として読むと16進数(0〜F)を表すことができます.そして,互いに少なくとも4ビット異なりますから,4ビットの符号に4ビットの検査ビットをつけた8ビット符号系と解釈することができます.

 このうちb4をパリティビット(1が偶数個になるように付加したビット)とみなすことができるのですが,これがハミング符号系の特別な場合で,一般に1ビットの誤りが完全に訂正できる符号系はm個の情報ビットと2^m−m−1個の検査ビットをもつ符号系です.

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