Centralidad de fitness: la nueva herramienta encuentra puntos críticos en todo, desde ciberseguridad hasta conservación ecológica

¿Qué pasaría si pudieras separar una red como rejilla el queso, aislando sus elementos más cruciales, fragmentándolo en piezas desconectadas para revelar dónde serían las interrupciones más devastadoras? Ese es el poder de la centralidad del fitness, un nuevo método introducido por los investigadores del Complexity Science Hub (CSH) en un estudio reciente publicado en Revista de física: complejidad.

Al identificar los nodos más vitales en cualquier red, desde las redes sociales y los sistemas financieros hasta las redes de transporte y la conservación ecológica, la centralidad del ajuste proporciona una forma más rápida y eficiente de identificar puntos débiles antes de causar caos. A diferencia de los métodos anteriores, que requieren recalculaciones costosas, este enfoque optimiza el análisis, por lo que es práctico incluso para redes vastas y complejas.

Herramienta universal

«Lo que hace que este descubrimiento sea particularmente emocionante es su aplicabilidad universal», explica el primer autor Vito DP Serviryio, un investigador senior de CSH. «Extiende los métodos previamente limitados al análisis económico en una herramienta universal que funciona para todo tipo de redes».

Este enfoque es particularmente bueno para encontrar nodos que, si se eliminan, aislarían muchas otras partes de la red, similar a una falla del servidor que interrumpe la conexión de muchos usuarios en una red de comunicación o una falla de la bomba en una red de suministro de agua paralizando el suministro de Agua a los distritos.

«Esta es una capacidad crucial tanto para proteger la infraestructura crítica como para comprender cómo las redes podrían fallar», explica Servicio.

De la ciberseguridad a la conservación ecológica

La herramienta tiene aplicaciones prácticas que son de gran alcance. Según el coautor Giordano de Marzo, el concepto de «centralidad física» podría usarse en las cadenas de suministro para determinar qué empresas son vitales para el funcionamiento de la red, lo que permite una mejor gestión de riesgos y una planificación más resistente.

«En las redes ecológicas, podría ayudar a los conservacionistas a identificar qué especies son más críticas para mantener la estabilidad del ecosistema», agrega De Marzo, investigador postdoc de la Universidad de Konstanz y investigador en CSH.

Para los expertos en ciberseguridad, proporciona una nueva forma de identificar puntos vulnerables en las redes informáticas que necesitan protección adicional, explica el coautor Emanuele Calò, un estudiante visitante en CSH.

«En las redes de transporte, como los sistemas de aerolíneas o carreteras, que reconocen los nodos clave, como los aeropuertos e intersecciones, ayudan a mantener la conectividad de las áreas mal conectadas y optimizan las estrategias de respuesta durante las interrupciones. Además, identificar empleados y equipos esenciales en redes de colaboración dentro de las empresas ayuda a las empresas que ayuda a las empresas, ayuda. Evite las averías de la comunicación y garantice la continuidad del flujo de trabajo «, agrega Calò, un Ph.D. Estudiante de la Escuela IMT para Estudios Avanzados Lucca.

Más rápido y más eficiente

«Una ventaja clave de este método es su eficiencia computacional. A diferencia de otros enfoques que requieren cantidades de red recalculantes después de la eliminación de cada nodo, este método calcula los valores de aptitud solo una vez en la fase de inicialización. Esto hace que sea práctico para analizar grandes redes donde estarían los métodos alternativos Prohibitivamente lento.

«El método es particularmente valioso al recalcular las propiedades de la red después de la eliminación de nodos es inviable, como en las operaciones de aplicación de la ley dirigida a redes penales organizadas», dice Servirio.

En casos de prueba, el enfoque novedoso superó constantemente los métodos existentes en aproximadamente un 15% en la identificación de nodos cruciales cuya eliminación interrumpiría más la red. «Se podría decir que nuestro método produce un 15% más de astillas de red», explica Servicio.

Reladre el queso

«Hay muchas formas de interrumpir una red, dependiendo de su objetivo. Si su objetivo es dividir una red en grandes comunidades, la centralidad intermedia es un método adecuado. En contraste, nuestro enfoque de centralidad física interrumpe las redes como un rallador que hace queso, rompiendo, rompiendo, rompiendo el queso, rompiendo ellos en pequeñas astillas: racimos de tinería o nodos aislados sin conexiones.

«Por ejemplo, en una red terrorista, dividirla en grandes partes podría dar lugar a la pérdida de supervisión de esos grupos. En cambio, el objetivo sería aislar tantas personas como sea posible», agrega Servicio.

Volver a aprovechar y extensión

Como sucede a menudo en la ciencia, los métodos originalmente desarrollados para una disciplina o pregunta específica también pueden resultar útiles en otros campos. En este caso, esto también fue cierto. La «centralidad del fitness» se basa en el concepto clave de complejidad de la aptitud económica (EFC), una medida originalmente desarrollada para explicar y predecir las trayectorias de desarrollo económico de países, ciudades y regiones.

Sin embargo, el algoritmo existente se limitó a gráficos bipartitos, que son modelos matemáticos para las relaciones entre elementos de dos conjuntos.

«Se volvió inutilizable incluso con las desviaciones más pequeñas de esta estructura bipartita, que es problemática, ya que las redes del mundo real generalmente no consisten en solo dos grupos», señala el coautor Alessandro Bellina, de la Universidad de Roma de Sapienza.

«Hemos tomado un método que se desarrolló originalmente para el análisis económico y lo transformó en una herramienta que puede usarse para comprender cualquier tipo de sistema de red».