The ''trace reconstruction'' problem asks, given an unknown binary string $x$ and a channel that repeatedly returns ''traces'' of $x$ with each bit randomly deleted with some probability $p$, how many traces are needed to recover $x$? There is an exponential gap between the best known upper and lower bounds for this problem. Many variants of the model have been introduced in hopes of motivating or revealing new approaches to narrow this gap. We study the variant of circular trace reconstruction introduced by Narayanan and Ren (ITCS 2021), in which traces undergo a random cyclic shift in addition to random deletions. We show an improved lower bound of $\tildeΩ(n^5)$ for circular trace reconstruction. This contrasts with the (previously) best known lower bounds of $\tildeΩ(n^3)$ in the circular case and $\tildeΩ(n^{3/2})$ in the linear case. Our bound shows the indistinguishability of traces from two sparse strings $x,y$ that each have a constant number of nonzeros. Can this technique be extended significantly? How hard is it to reconstruct a sparse string $x$ under a cyclic deletion channel? We resolve these questions by showing, using Fourier techniques, that $\tilde{O}(n^6)$ traces suffice for reconstructing any constant-sparse string in a circular deletion channel, in contrast to the upper bound of $\exp(\tilde{O}(n^{1/3}))$ for general strings in the circular deletion channel. This shows that new algorithms or new lower bounds must focus on non-constant-sparse strings.


翻译:“迹重构”问题探讨的是:给定一个未知的二进制字符串 $x$ 以及一个信道,该信道反复返回 $x$ 的“迹”,其中每个比特以概率 $p$ 被随机删除,那么需要多少条迹才能恢复 $x$?目前该问题已知的最佳上界与下界之间存在指数级差距。为了激励或揭示缩小这一差距的新方法,研究者们引入了该模型的多种变体。我们研究了由 Narayanan 和 Ren(ITCS 2021)提出的循环迹重构变体,其中迹除了经历随机删除外,还受到随机循环移位的影响。我们证明了循环迹重构的一个改进下界 $\tildeΩ(n^5)$。这与先前已知的循环情形下界 $\tildeΩ(n^3)$ 和线性情形下界 $\tildeΩ(n^{3/2})$ 形成对比。我们的界表明,来自两个稀疏字符串 $x$ 和 $y$ 的迹是不可区分的,这两个字符串各自具有恒定数量的非零比特。这一技术能否显著扩展?在循环删除信道下重构稀疏字符串 $x$ 的难度如何?我们通过使用傅里叶技术解决了这些问题,证明了在循环删除信道中,$\tilde{O}(n^6)$ 条迹足以重构任何恒定稀疏字符串,而一般字符串在循环删除信道中的上界为 $\exp(\tilde{O}(n^{1/3}))$。这表明新的算法或新的下界必须聚焦于非恒定稀疏字符串。

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