(Phys.org) —Descubrir las formas en que se relacionan muchos fenómenos aparentemente diversos es uno de los objetivos generales de la investigación científica, dado que la universalidad a menudo permite que la comprensión de un área se extienda a muchas otras áreas.

Trabajando en esta línea, Los investigadores de un nuevo estudio han desarrollado un marco general para el modelo de "primer paso bajo reinicio", que describe una amplia gama de fenómenos estadísticos en física, química, biología, Finanzas, y otros campos. Al identificar una estrategia óptima y demostrar que no puede ser superada por ninguna otra estrategia, los investigadores han tomado medidas para mejorar el rendimiento de muchos procesos diversos con una amplia gama de aplicaciones, como la codificación informática eficiente, reacciones bioquímicas en las células, y búsqueda de alimento para la vida silvestre.

Los investigadores, Arnab Pal en el Technion-Israel Institute of Technology y Shlomi Reuveni en la Facultad de Medicina de Harvard, han publicado un artículo sobre el desarrollo de un marco teórico general para el primer paso bajo reinicio en un número reciente de Cartas de revisión física .

"Hemos desarrollado un marco teórico para el primer paso bajo reinicio, "Pal dijo Phys.org . "El marco es extremadamente general y ofrece aplicaciones a una amplia y diversa clase de problemas en informática, física computacional, biofísica, física estadística de no equilibrio, y más."

El primer paso bajo reinicio es una variación del marco de "primer paso del tiempo", que se desarrolló originalmente en el contexto de sistemas de no equilibrio y se utilizó, por ejemplo, para estudiar el tiempo que tarda una partícula con movimiento aleatorio en llegar a una determinada ubicación. Más generalmente, el tiempo de primer paso es el tiempo que tarda cualquier variable aleatoria en alcanzar un cierto valor umbral. Es especialmente útil para contabilizar la naturaleza inherentemente probabilística de los procesos estadísticos, como el disparo de neuronas, extinción de la fluorescencia, o actividad bursátil.

Más recientemente, Los investigadores han investigado qué sucede cuando un proceso se detiene y se inicia de nuevo desde su punto de partida inicial. Los estudios han demostrado que reiniciar puede tener ventajas para ciertos problemas que "tienen un mal comienzo", por ejemplo, un algoritmo de búsqueda que busca aleatoriamente una solución a un problema, pero comienza a buscar por un camino que va en la dirección equivocada. Reiniciar podría ayudar a rescatar una búsqueda inútil al comenzar de nuevo. Más generalmente, reiniciar podría ayudar en una situación en la que no está claro si el proceso terminará rápidamente o solo después de un largo período de tiempo.

Si bien el primer pasaje bajo reinicio se ha utilizado para describir una amplia variedad de procesos, parte del problema con esta variedad es que actualmente no hay general, enfoque unificador que podría aplicarse independientemente de los detalles particulares del proceso o mecanismo de reinicio.

Al desarrollar un marco general para los procesos de primer paso en reinicio, Pal y Reuveni han abordado este problema. Usando este marco, luego identificaron una estrategia óptima, llamado reinicio agudo, que supera todas las estrategias de reinicio posibles en términos de lograr el tiempo promedio de primer paso más corto.

Como explican los investigadores, El reinicio agudo es muy simple en esencia:simplemente detenga el proceso y comience de nuevo después de un período de tiempo fijo, con la cantidad exacta de tiempo dependiendo del problema. Los resultados tienen una amplia variedad de aplicaciones potenciales.

"En la teoría de la búsqueda de alimento, se estudia el movimiento de los animales en busca de alimento, compañeros y refugio en la naturaleza, y es bastante fascinante ver cómo los animales intentan optimizar sus actividades de alimentación, "Pal dijo." El primer pasaje bajo reinicio se puede utilizar como una descripción idealizada para algunas de estas actividades. Uno posible aún inexplorado, La dirección en la que esto podría tomarse es el estudio de los patrones migratorios prehistóricos de grupos humanos en busca de territorios nuevos y más acogedores.

"Otra aplicación es el desarrollo de estrategias de búsqueda más eficientes que pueden ayudar a encontrar objetos perdidos, o ayudar a construir operaciones de rescate para aviones estrellados o submarinos perdidos. Los procesos de búsqueda también aparecen naturalmente en el contexto de reacciones bioquímicas cuando una molécula busca un sitio objetivo reactivo. y el primer paso bajo reinicio también podría usarse para describir reacciones enzimáticas ".

En la actualidad, Un inconveniente de la estrategia de reinicio agudo es que puede ser difícil de implementar utilizando moléculas debido al alto costo energético. En el futuro, los investigadores planean analizar más a fondo este problema para llegar a estrategias de reinicio casi óptimas que funcionen casi tan bien pero consuman menos energía. Estas estrategias podrían volverse especialmente importantes en células vivas o en dispositivos moleculares artificiales.

"El reinicio se utiliza habitualmente para acelerar la finalización de algoritmos informáticos aleatorios, pero su importancia en lo físico, químico, y los procesos biológicos apenas comienzan a realizarse, Pal dijo:"Tenemos la intención de explorar el reinicio en estos contextos y estamos particularmente interesados ​​en averiguar si los sistemas biológicos han encontrado una manera de aprovechar también el reinicio y los beneficios que puede ofrecer".

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