Virus crimen, y muchos otros problemas se propagan a través de las redes. Los investigadores de ETH ahora han desarrollado un nuevo método para protegerlos de manera rentable. Cuando el presupuesto importa, Es mejor desmantelar las redes comenzando con algunos nodos intermedios.

En la escena final de la exitosa película de 2011 Rise of the Planet of the Apes, un piloto, sin saberlo, lleva un peligroso virus de la gripe de San Francisco a París. Desde allí, innumerables pasajeros aéreos lo esparcen por todo el mundo. A diferencia de los simios, una gran proporción de la humanidad no sobrevive a la siguiente pandemia.

Por supuesto, esto era pura ciencia ficción, pero la propagación de virus infecciosos a través de los viajes aéreos es un riesgo real. Investigadores de la Cátedra de Ciencias Sociales Computacionales de ETH y un colaborador del Departamento de Ciencias de la Computación de ETH han investigado cómo el desmantelamiento de la red podría ayudar a contener la propagación global de virus a través del transporte aéreo de manera más rentable.

Una medida de protección, que a veces se discute, consiste en cerrar determinados aeropuertos y ponerlos en cuarentena. Luego, una opción sería centrarse en los centros aeroportuarios más grandes del mundo con la mayoría de las conexiones de vuelos; después de todo, un gran número de pasajeros aterriza allí o cambia de avión. En realidad, esta podría no ser la mejor idea.

La intervención sería masiva por la gran cantidad de pasajeros involucrados. En la revista científica PNAS , Investigadores de ETH Xiao-Long Ren, Niels Gleinig, Dirk Helbing y Nino Antulov-Fantulin ahora han podido demostrar que podría haber formas menos radicales y más efectivas de lograr el mismo nivel de protección, afectando a muchos menos pasajeros.

Empiece por los medianos

"Por ejemplo, si primero cerrara algunos aeropuertos de tamaño mediano en lugar de los centros más grandes, costaría cuatro veces menos en el escenario que estudiamos, pero parece ser tan eficaz para contener la propagación de un virus, "dice Nino Antulov-Fantulin.

Los investigadores de ETH exploraron este escenario para Europa, América del Norte y Asia como parte de la red mundial de tráfico aéreo. Sus resultados muestran que el cierre de aeropuertos de tamaño mediano afectaría solo al 6 por ciento de los pasajeros aéreos globales, mientras que cerrar los centros más grandes afectaría al 25 por ciento.

Para saber qué aeropuertos cerrar para detener el virus de forma económica y eficaz, los investigadores investigaron una cuestión conocida en la investigación de redes como el "problema de desmantelamiento", que es uno de los problemas fundamentales en el campo de la ciencia de redes. Examina qué nodos deben desactivarse o eliminarse de una red para interrumpir el mal funcionamiento de un sistema.

Los investigadores de ETH intentaron dividir varias redes defectuosas en subredes aisladas al menor costo total posible. para contener la propagación de problemas y mantener la funcionalidad de la red en general. Dependiendo de si es social, red biológica o técnica, el problema puede tomar la forma de virus informáticos, la gripe o criminales.

Contener el crimen

En otros estudios de caso también, los investigadores de ETH pudieron demostrar que es más barato y más efectivo desmantelar una red eliminando primero algunos nodos intermedios, en lugar de los más grandes; por ejemplo, en redes criminales.

Si comienza en la parte superior de una red criminal, incurres en costos muy altos. No solo por la protección especial que se brinda a los jefes, pero también porque normalmente alguien más asume el liderazgo rápidamente y continúa dirigiendo la red. Si quita primero las posiciones intermedias, puede dividir la red de manera más eficaz a costos considerablemente reducidos, afirman los investigadores.

"En comparación con un método de última generación, los costos de la fragmentación de la red son 2.5 veces más bajos en nuestro enfoque, al desmantelar una red criminal al 10 por ciento de su tamaño original, "dice Xiao-Long Ren, estudiante de doctorado y primer autor del estudio. El caso de la red criminal ilustra otra característica especial del enfoque ETH:a diferencia de otros métodos, no trata a todos los nodos por igual.

"Ya no asumimos que todos los nodos de una red incurren en los mismos costos de eliminación, "explica Ren." Más bien, los costos para eliminar los nodos grandes son más altos porque están mucho más conectados a otros nodos ".

Gran desafío en teoría y aplicación

Los científicos de ETH también han avanzado en el desmantelamiento de redes particularmente grandes con millones de nodos. Resolver el "problema de desmantelamiento" pertenece a la categoría de problemas informáticos particularmente difíciles conocidos como problemas NP-hard, un gran desafío en matemáticas e informática.

Aunque este método teórico ha sido demostrado con datos empíricos, la aplicación a escenarios de la vida real puede necesitar más estudios. El método debe adaptarse y probarse en el dominio de aplicación respectivo. No es solo la estructura de la red y los costos de eliminación de nodos lo que importa, pero también puede haber otros factores.

Por último, si bien no menos importante, "las aplicaciones legítimas de nuestro método deben tener en cuenta las cuestiones éticas, de forma adecuada y transparente, "subrayan los investigadores.