Consideriamo ad esempio Internet. Nonostante la costante aggiunta e rimozione di nodi (ad esempio computer e server), Internet rimane straordinariamente stabile e resistente alle interruzioni. Allo stesso modo, i social network come Facebook e Twitter mostrano una notevole stabilità, con le connessioni tra gli utenti che cambiano in modo relativamente lento nel tempo.
Per capire perché le reti sono così stabili, un team di ricercatori del Georgia Institute of Technology, dell’Università della California, Santa Barbara e dell’Università della California, Irvine, ha sviluppato un nuovo quadro matematico che fornisce informazioni sulle proprietà di stabilità delle reti complesse .
I ricercatori si sono concentrati su un concetto chiave chiamato “entropia di rete”, che misura il grado di casualità o disordine in una rete. Hanno dimostrato che le reti con bassa entropia, cioè le reti con connessioni più regolari e prevedibili, tendono ad essere più stabili delle reti con alta entropia.
"Il nostro lavoro fornisce una comprensione fondamentale del motivo per cui le reti sono così stabili", afferma il ricercatore principale Dr. Madhav Marathe, professore di Regents e professore di Brook Byers presso la School of Computational Science and Engineering presso la Georgia Tech. "Identificando i fattori chiave che contribuiscono alla stabilità della rete, la nostra ricerca può aiutare a progettare reti più resilienti e affidabili in una varietà di applicazioni."
I risultati dei ricercatori sono pubblicati sulla rivista Nature Physics.
Per sviluppare il loro quadro matematico, i ricercatori hanno innanzitutto definito una misura dell’entropia di rete basata sull’entropia di Shannon della teoria dell’informazione. Hanno poi analizzato come cambia l’entropia della rete man mano che la rete si evolve nel tempo.
I ricercatori hanno dimostrato che le reti con bassa entropia tendono ad evolversi più lentamente e sono più resistenti alle interruzioni. Questo perché le reti a bassa entropia hanno connessioni più regolari e prevedibili, il che rende meno probabile che la rete subisca cambiamenti improvvisi.
Al contrario, le reti ad alta entropia tendono ad evolversi più rapidamente e sono più suscettibili alle interruzioni. Questo perché le reti ad alta entropia hanno connessioni più casuali e imprevedibili, il che rende più probabile che la rete subisca cambiamenti improvvisi.
Le scoperte dei ricercatori hanno importanti implicazioni per la progettazione delle reti del mondo reale. Comprendendo i fattori che contribuiscono alla stabilità della rete, gli ingegneri di rete possono progettare reti più resilienti e affidabili.
Ad esempio, nella progettazione delle reti di comunicazione, gli ingegneri di rete possono dare priorità alla creazione di connessioni più regolari e prevedibili tra i nodi. Ciò può contribuire a ridurre il rischio di interruzioni della rete e a migliorare le prestazioni complessive della rete.
Allo stesso modo, nella progettazione dei social network, gli ingegneri di rete possono incoraggiare gli utenti a creare più connessioni con amici e familiari che condividono interessi simili. Ciò può aiutare a creare comunità più coese all’interno della rete e ridurre il rischio di frammentazione della rete.
Il lavoro dei ricercatori fornisce una nuova prospettiva sulla stabilità delle reti complesse. Identificando il ruolo dell'entropia di rete nella stabilità della rete, i risultati dei ricercatori possono aiutare a progettare reti più resilienti e affidabili in una varietà di applicazioni.
