As redes estão ao nosso redor, desde a Internet e as mídias sociais até as redes biológicas e a World Wide Web. Apesar da sua omnipresença e importância, uma questão fundamental tem intrigado os cientistas durante décadas:porque é que as redes são tão estáveis?

Por exemplo, considere a Internet. Apesar da constante adição e remoção de nós (ou seja, computadores e servidores), a Internet permanece notavelmente estável e resistente a interrupções. Da mesma forma, redes sociais como o Facebook e o Twitter apresentam uma estabilidade notável, com as ligações entre os utilizadores a mudarem de forma relativamente lenta ao longo do tempo.

Para entender por que as redes são tão estáveis, uma equipe de pesquisadores do Instituto de Tecnologia da Geórgia, da Universidade da Califórnia, em Santa Bárbara, e da Universidade da Califórnia, em Irvine, desenvolveu uma nova estrutura matemática que fornece insights sobre as propriedades de estabilidade de redes complexas. .

Os pesquisadores se concentraram em um conceito-chave chamado “entropia de rede”, que mede o grau de aleatoriedade ou desordem em uma rede. Eles mostraram que redes com baixa entropia, ou seja, redes com conexões mais regulares e previsíveis, tendem a ser mais estáveis ​​que redes com alta entropia.

“Nosso trabalho fornece uma compreensão fundamental de por que as redes são tão estáveis”, diz o investigador principal Dr. Madhav Marathe, professor da Regents e professor Brook Byers na Escola de Ciência e Engenharia Computacional da Georgia Tech. "Ao identificar os principais fatores que contribuem para a estabilidade da rede, nossa pesquisa pode ajudar a projetar redes mais resilientes e confiáveis ​​em diversas aplicações."

As descobertas dos pesquisadores são publicadas na revista Nature Physics.

Entropia e estabilidade da rede

Para desenvolver sua estrutura matemática, os pesquisadores primeiro definiram uma medida de entropia de rede baseada na entropia de Shannon da teoria da informação. Eles então analisaram como a entropia da rede muda à medida que a rede evolui ao longo do tempo.

Os pesquisadores mostraram que redes com baixa entropia tendem a evoluir mais lentamente e são mais resistentes a interrupções. Isso ocorre porque as redes de baixa entropia têm conexões mais regulares e previsíveis, o que torna menos provável que a rede sofra mudanças repentinas.

Em contraste, as redes de alta entropia tendem a evoluir mais rapidamente e são mais suscetíveis a interrupções. Isso ocorre porque as redes de alta entropia têm conexões mais aleatórias e imprevisíveis, o que aumenta a probabilidade de a rede sofrer mudanças repentinas.

Implicações para o projeto de rede

As descobertas dos pesquisadores têm implicações importantes para o projeto de redes do mundo real. Ao compreender os fatores que contribuem para a estabilidade da rede, os engenheiros de rede podem projetar redes mais resilientes e confiáveis.

Por exemplo, no projeto de redes de comunicação, os engenheiros de rede podem priorizar a criação de conexões mais regulares e previsíveis entre nós. Isso pode ajudar a reduzir o risco de interrupções na rede e melhorar o desempenho geral da rede.

Da mesma forma, na concepção de redes sociais, os engenheiros de redes podem encorajar os utilizadores a criar mais ligações com amigos e familiares que partilham interesses semelhantes. Isto pode ajudar a criar comunidades mais coesas dentro da rede e reduzir o risco de fragmentação da rede.

O trabalho dos pesquisadores oferece uma nova perspectiva sobre a estabilidade de redes complexas. Ao identificar o papel da entropia da rede na estabilidade da rede, as descobertas dos pesquisadores podem ajudar a projetar redes mais resilientes e confiáveis ​​em diversas aplicações.