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2.1 格理论基础

格(Lattice) L 指在 n 维欧几里得空间R n 中由无限个离散的点构成的具有周期性的数学结构。如果给定 n 个线性无关的向量 b 1 b 2 ,…, b n ∈R n ,由它们可以生成一个格 L ,则可以称 b 1 b 2 ,…, b n ∈R n L 的一组基(Basis),且这组基向量的任意线性组合的集合形成了整个 L

这也被称为标准格(Standard Lattice)。格的基并不是唯一的,通过使用线性代数中的基变更运算(Change of Basis),很容易计算得到一组新的基向量。一个简单的二维格和它对应的两种可能的基向量如图2-1所示。因此,从数学的角度而言, L 是R n 中离散加法子群(Discrete Additive Subgroup)。

图2-1 一个简单的二维格和它对应的两种可能的基向量

理想格(Ideal Lattice)则定义在整数多项式环 R q =Z q [ x ]/( f x ))上。其中,Z表示整数集合,正整数 q 为模数, f x )= x n + f n x n -1 +…+ f 1 Z[ x ]为不可约的分圆多项式(Cyclotomic Polynomial),且 R q 中所有多项式需要对 f x )进行取模运算,其系数都需要对 q 进行取模运算。并且,当 f x )是一个 n 阶首项系数为1的(Monic)不可约多项式时, R q =Z q [ x ]/( f x ))包括次数项不大于 n -1阶的多项式。例如,在 n 是2的幂时, R q =Z q [ x ]/( x n +1)是一个理想格;然而, R q =Z q [ x ]/( x n -1)不是一个理想格,这是因为 x n -1是一个可约多项式。 1gdHXExhFapgy4eZKJbuMBfN6lxnL2rr/YlEm+9GYCMr2LYIvpv/F87mATruo9tt

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