■高次元図形の理解のために(その4)

 高次元多面体に比べて,高次元球は理解もしやすく,実際に通信理論に応用されています.とくに8次元球や24次元球の最密充填は重要です.しかし,その様子を思い浮かべるのは大変ですから,3次元の最密球充填で代用することにします.

 3次元の最密球充填は面心立方格子状配置,すなわち,中心に置いた球に対して,同じ層では隣接する6球に接し,上の層では3球,下の層では3球計12球に接する配置が3次元の最密球充填です.

 一方,3ビットの通信システムでは通信の際のエラーを防ぐ目的で,中心(0,0,0)から√2離れた格子点,たとえば,

(−1,0,1),(−1,−1,0),(0,−1,1),(0,1,1),(−1,1,0),(−1,0,−1),(0,−1,−1),(1,−1,0),(1,0,1),(1,1,0),(0,1,−1)^,(1,0,−1)が用いられています.ここに半径1/√2の球を配置すると3次元の最密球充填になっているというわけです.

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 3ビットの通信システムでは3^3=27個の格子点のなかから13個の最善配置となる格子点が選ばれていたのですが,8ビットの通信システムではどうなっているのでしょうか.

 これには素粒子物理学で有名なE8格子が用いられています.E8格子は

[1]座標成分がすべて整数か(112点),すべて整数1/2か(128点)のいずれか

[2]座標成分の和は偶数

[3]座標成分の平方の和は2に等しい(原点からの距離が√2)

の240個の8次元ベクトル(ルートと呼ばれる)の集まりです.

 ベクトル(1,0,0,−1,0,0,0,0)や(1/2,1/2,−1/2,1/2,1/2,1/2,1/2,−1/2)はルートの1例ですが,E8格子には全部で240個(112+128)のルートがあります.

 8ビットの通信システムでは5^8=390625個の格子点のなかから241個の最善配置をなる格子点が選ばれているのです.

 なお,リー群E8の次元は240個のルートと,それぞれのルートの自由度8の和で,248次元となります.その既約表現は453060個あり,既約表現の間の関係は453060×453060の行列として書き下されます.

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