Vírus, crime, e muitos outros problemas se espalham pelas redes. Os pesquisadores da ETH desenvolveram agora um novo método para protegê-los de maneira econômica. Quando o orçamento é importante, redes são melhor desmontadas começando com alguns nós intermediários.

Na cena final do filme de sucesso de 2011, Rise of the Planet of the Apes, um piloto involuntariamente carrega um perigoso vírus da gripe de São Francisco para Paris. De lá, inúmeros passageiros aéreos o espalharam pelo mundo. Ao contrário dos macacos, uma grande proporção da humanidade não sobrevive à pandemia subsequente.

Claro, isso era pura ficção científica, mas a propagação de vírus infecciosos por meio de viagens aéreas é um risco real. Pesquisadores da cadeira ETH de Ciência Social da Computação e um colaborador do Departamento de Ciência da Computação da ETH investigaram como o desmantelamento da rede poderia ajudar a conter a disseminação global de vírus por meio do transporte aéreo de forma mais econômica.

Uma medida de proteção, que às vezes é discutido, é fechar alguns aeroportos e colocá-los em quarentena. Então, uma opção seria se concentrar nos maiores centros aeroportuários do mundo, com a maioria das conexões de voos - afinal, um grande número de passageiros pousa lá ou muda de avião. Isso pode realmente não ser a melhor ideia.

A intervenção seria massiva devido ao grande número de passageiros envolvidos. Na revista científica PNAS , Pesquisadores ETH Xiao-Long Ren, Niels Gleinig, Dirk Helbing e Nino Antulov-Fantulin conseguiram mostrar que pode haver maneiras menos radicais e mais eficazes de atingir o mesmo nível de proteção, afetando muito menos passageiros.

Comece com os de tamanho médio

"Por exemplo, se você fechasse alguns aeroportos de médio porte primeiro, em vez dos maiores centros, custaria quatro vezes menos no cenário que estudamos, mas parece ser tão eficaz em conter a propagação de um vírus, "diz Nino Antulov-Fantulin.

Os pesquisadores da ETH exploraram este cenário para a Europa, América do Norte e Ásia como partes da rede mundial de tráfego aéreo. Seus resultados mostram que o fechamento de aeroportos de médio porte afetaria apenas 6 por cento dos passageiros aéreos globais, enquanto o fechamento dos maiores hubs afetaria 25%.

Para descobrir quais aeroportos fechar para impedir o vírus de maneira barata e eficaz, os pesquisadores investigaram uma questão conhecida na pesquisa em rede como o "problema do desmantelamento", que é um dos problemas fundamentais no campo da ciência de redes. Ele examina quais nós precisam ser desativados ou removidos de uma rede para interromper o mau funcionamento de um sistema.

Os pesquisadores da ETH tentaram quebrar várias redes defeituosas em sub-redes isoladas com o menor custo total possível, a fim de conter a propagação de problemas e manter a funcionalidade de toda a rede. Dependendo se for social, rede biológica ou técnica, o problema pode assumir a forma de vírus de computador, a gripe, ou criminosos.

Contendo o crime

Em outros estudos de caso também, os pesquisadores da ETH conseguiram mostrar que é mais barato e mais eficaz desmontar uma rede removendo alguns nós intermediários primeiro, em vez dos maiores; por exemplo, em redes criminosas.

Se você começar no topo de uma rede criminosa, você incorre em custos muito altos. Não só pela proteção especial oferecida aos patrões, mas também porque normalmente outra pessoa assume a liderança rapidamente e continua administrando a rede. Se você remover as posições intermediárias primeiro, você pode dividir a rede de forma mais eficaz com custos consideravelmente reduzidos, afirmam os pesquisadores.

"Comparado a um método de ponta, os custos de fragmentação de rede são 2,5 vezes menores em nossa abordagem, ao desmontar uma rede criminosa para 10 por cento de seu tamanho original, "diz Xiao-Long Ren, doutoranda e primeira autora do estudo. O caso da rede criminal ilustra outra característica especial da abordagem ETH:ao contrário de outros métodos, ele não trata todos os nós igualmente.

"Não assumimos mais que todos os nós de uma rede incorrem nos mesmos custos de remoção, "explica Ren." Em vez disso, os custos para remover os nós grandes são mais altos porque eles estão muito mais conectados a outros nós. "

Grande desafio em teoria e aplicação

Os cientistas da ETH também fizeram progressos no desmantelamento de redes particularmente grandes com milhões de nós. Resolver o "problema de desmontagem" pertence à categoria de problemas de computador particularmente difíceis, conhecidos como problemas NP-difíceis - um grande desafio em matemática e ciência da computação.

Mesmo que este método teórico tenha sido demonstrado com dados empíricos, a aplicação a cenários da vida real pode precisar de mais estudos. O método deve ser adaptado e testado no respectivo domínio de aplicação. Não é apenas a estrutura de rede e os custos de remoção de nós que importam, mas pode haver outros fatores também.

Por último mas não menos importante, "as aplicações legítimas do nosso método devem levar em consideração as questões éticas, de forma adequada e transparente, "enfatizam os pesquisadores.