virus, crimine, e molti altri problemi diffusi attraverso le reti. I ricercatori dell'ETH hanno ora sviluppato un nuovo metodo per proteggerli in modo conveniente. Quando il budget conta, le reti sono meglio smantellate a partire da alcuni nodi intermedi.

Nella scena finale del film campione d'incassi del 2011 L'ascesa del pianeta delle scimmie, un pilota trasporta inconsapevolmente un pericoloso virus influenzale da San Francisco a Parigi. Da li, innumerevoli passeggeri aerei lo diffondono in tutto il mondo. A differenza delle scimmie, una gran parte dell'umanità non sopravvive alla successiva pandemia.

Certo, questa era pura fantascienza, ma la diffusione di virus infettivi attraverso i viaggi aerei è un rischio reale. I ricercatori della cattedra di scienze sociali computazionali dell'ETH e un collaboratore del Dipartimento di informatica dell'ETH hanno studiato come lo smantellamento della rete potrebbe aiutare a contenere la diffusione globale di virus attraverso il trasporto aereo in modo più economico.

Una misura protettiva, di cui a volte si discute, è chiudere alcuni aeroporti e metterli in quarantena. Quindi, un'opzione sarebbe quella di concentrarsi sugli hub aeroportuali più grandi del mondo con la maggior parte dei collegamenti aerei - dopo tutto, un gran numero di passeggeri vi atterra o cambia aereo. Questa potrebbe in realtà non essere l'idea migliore.

L'intervento sarebbe massiccio a causa del gran numero di passeggeri coinvolti. Sulla rivista scientifica PNAS , I ricercatori dell'ETH Xiao-Long Ren, Niels Gleinig, Dirk Helbing e Nino Antulov-Fantulin sono stati ora in grado di dimostrare che potrebbero esserci modi meno radicali e più efficaci per raggiungere lo stesso livello di protezione, interessando molti meno passeggeri.

Inizia con quelli di media grandezza

"Per esempio, se dovessi chiudere prima alcuni aeroporti di medie dimensioni invece degli hub più grandi, costerebbe quattro volte di meno nello scenario che abbiamo studiato, ma sembra essere altrettanto efficace nel contenere la diffusione di un virus, " dice Nino Antulov-Fantulin.

I ricercatori dell'ETH hanno esplorato questo scenario per l'Europa, Nord America e Asia come parti della rete mondiale del traffico aereo. I loro risultati mostrano che la chiusura degli aeroporti di medie dimensioni interesserebbe solo il 6% dei passeggeri aerei globali, mentre la chiusura degli hub più grandi inciderebbe sul 25%.

Per scoprire quali aeroporti chiudere per fermare il virus in modo economico ed efficace, i ricercatori hanno studiato una domanda nota nella ricerca di rete come il "problema di smantellamento", che è uno dei problemi fondamentali nel campo della scienza delle reti. Esamina quali nodi devono essere disattivati ​​o rimossi da una rete per interrompere il malfunzionamento di un sistema.

I ricercatori dell'ETH hanno tentato di suddividere varie reti difettose in sottoreti isolate al minor costo totale possibile, al fine di contenere la diffusione del disturbo e mantenere la funzionalità della rete complessiva. A seconda che si tratti di un social, rete biologica o tecnica, il problema può assumere la forma di virus informatici, l'influenza, o criminali.

Contenere la criminalità

Anche in altri casi studio, i ricercatori dell'ETH sono stati in grado di dimostrare che è più economico ed efficace smantellare una rete rimuovendo prima alcuni nodi intermedi, piuttosto che quelli più grandi; Per esempio, nelle reti criminali.

Se inizi ai vertici di una rete criminale, devi sostenere costi molto elevati. Non solo per la protezione speciale prevista per i capi, ma anche perché in genere qualcun altro assume rapidamente la leadership e continua a gestire la rete. Se rimuovi prima le posizioni intermedie, puoi suddividere la rete in modo più efficace a costi notevolmente ridotti, affermano i ricercatori.

"Rispetto a un metodo all'avanguardia, i costi della frammentazione della rete sono 2,5 volte inferiori nel nostro approccio, quando si smantella una rete criminale fino al 10% della sua dimensione originale, "dice Xiao-Long Ren, dottorando e primo autore dello studio. Il caso della rete criminale illustra un'altra particolarità dell'approccio dell'ETH:a differenza di altri metodi, non tratta tutti i nodi allo stesso modo.

"Non presumiamo più che tutti i nodi di una rete debbano sostenere gli stessi costi di rimozione, " spiega Ren. "Piuttosto, i costi per rimuovere i nodi grandi sono più alti perché sono molto più collegati ad altri nodi."

Grande sfida in teoria e applicazione

Gli scienziati dell'ETH hanno anche compiuto progressi nello smantellamento di reti particolarmente grandi con milioni di nodi. Risolvere il "problema di smantellamento" appartiene alla categoria dei problemi informatici particolarmente difficili noti come problemi NP-hard - una grande sfida in matematica e informatica.

Anche se questo metodo teorico è stato dimostrato con dati empirici, l'applicazione a scenari di vita reale potrebbe richiedere ulteriori studi. Il metodo dovrebbe essere adattato e testato nel rispettivo dominio di applicazione. Non sono solo la struttura della rete e i costi di rimozione dei nodi che contano, ma ci possono essere anche altri fattori.

Ultimo, ma non per importanza, "le applicazioni legittime del nostro metodo devono tenere conto delle questioni etiche, in modo appropriato e trasparente, " sottolineano i ricercatori.