Gli scienziati hanno spesso bisogno di dare un senso a sistemi complessi senza conoscere i parametri importanti o addirittura senza accedere a tutte le informazioni. Una collaborazione di teorici della rete ha riportato un quadro comune per affrontare questi problemi utilizzando un solo strumento.

Gli economisti cercano di prevedere le crisi finanziarie ei fisici vogliono capire i sistemi che contengono molte particelle. Però, entrambi i problemi sono notoriamente impegnativi. spesso, i ricercatori devono dare un senso a un sistema senza informazioni complete. E anche se hanno tutte le informazioni, i sistemi complessi sono ancora difficili da comprendere a causa dei numerosi collegamenti tra i componenti. Una vasta gamma di discipline scientifiche incontra questi problemi.

Scienziati nell'area di ricerca della teoria delle reti stanno lavorando su strumenti per problemi come la ricostruzione della rete e il rilevamento di modelli. Però, la maggior parte di questi strumenti funziona su un solo problema. Ora, una collaborazione di teorici della rete della Scuola IMT per studi avanzati di Lucca (Italia), L'Università di Leiden e il Consiglio italiano delle ricerche (CNR) hanno pubblicato un articolo di revisione nel numero inaugurale della nuova rivista Natura Recensioni Fisica che fornisce una cornice comune per affrontare più problemi con un unico strumento.

Ricostruzione della rete

Insieme ai suoi coautori, Diego Garlaschelli (IMT Lucca/Leida) ha sviluppato metodi per ricostruire reti senza accesso a tutte le informazioni. Questo è rilevante, Per esempio, nel mondo finanziario, dove le banche sono obbligate solo a comunicare il loro debito e credito totale. Non danno informazioni su chi prestano e da chi prendono in prestito.

Questa mancanza di conoscenza implica spesso una "rischiosità nascosta". Se la banca A ha prestato denaro alla banca B, che a sua volta ha prestato denaro a una banca instabile C, allora il banco A diventa instabile, anche. Quando le banche centrali hanno testato diversi strumenti per ricostruire un sistema bancario, quello proposto da Garlaschelli e coautori si è rivelato il più riuscito. Altri test indipendenti hanno fornito lo stesso risultato.

Rilevamento del modello

Il team lavora anche sul rilevamento dei pattern. In quel caso, i ricercatori hanno informazioni complete su un sistema complesso e cercano di trovare una struttura. Affrontano due problemi principali:non si sa quali siano le proprietà importanti, e ci sono molti parametri. Il primo problema viene risolto creando un sistema randomizzato che conserva alcune caratteristiche del mondo reale e confrontandolo con la vita reale.

Garlaschelli dice, "Noi creiamo, Per esempio, un sistema finanziario con collegamenti casuali tra banche a condizione che ciascuna banca mantenga lo stesso numero di collegamenti che ha nel mondo reale, e confrontarlo con il sistema bancario olandese. Da questo confronto, identifichiamo le proprietà importanti del sistema e troviamo anche segnali di allerta precoce per la crisi del 2008." Il secondo problema viene risolto deducendo analiticamente le equazioni per le probabilità di coppie di nodi che si collegano. Questo elimina la necessità di elaborare numericamente una grande quantità di parametri .

Cornice comune

L'articolo di recensione in Natura Recensioni Fisica fornisce un frame comune in cui uno strumento può essere applicato sia alla ricostruzione della rete che al rilevamento del modello, e anche ad aspetti fondamentali della fisica statistica. Garlaschelli dice, "Abbiamo, ad esempio, scoperto che in alcuni casi, le reti si comportano come un intermediario tra i sistemi Fermi-Dirac, dove le particelle non possono essere nello stesso stato, e sistemi Bose-Einstein, dove non esiste tale restrizione. Più recentemente, abbiamo identificato un nuovo meccanismo responsabile della rottura di un presupposto secolare nella fisica statistica, vale a dire, l'equivalenza degli insiemi canonici e microcanonici, che sono tradizionalmente usati per descrivere i sistemi soggetti rispettivamente a vincoli soft e hard."