(Phys.org) —Descobrir as maneiras pelas quais muitos fenômenos aparentemente diversos estão relacionados é um dos objetivos gerais da investigação científica, uma vez que a universalidade muitas vezes permite que um insight em uma área seja estendido a muitas outras áreas.

Trabalhando nessas linhas, pesquisadores em um novo estudo desenvolveram uma estrutura geral para o modelo de "primeira passagem sob reinicialização", que descreve uma ampla gama de fenômenos estatísticos na física, química, biologia, finança, e outros campos. Identificando uma estratégia ótima e mostrando que ela não pode ser superada por nenhuma outra estratégia, os pesquisadores tomaram medidas para melhorar o desempenho de muitos processos diversos com uma ampla gama de aplicações, como codificação de computador eficiente, reações bioquímicas nas células, e forrageamento da vida selvagem.

Os pesquisadores, Arnab Pal no Technion-Israel Institute of Technology e Shlomi Reuveni na Harvard Medical School, publicaram um artigo sobre o desenvolvimento de um quadro teórico geral para a primeira passagem em reinício em uma edição recente da Cartas de revisão física .

"Desenvolvemos um quadro teórico para a primeira passagem em reinicialização, "Pal disse Phys.org . "O framework é extremamente geral e oferece aplicações para uma ampla e diversa classe de problemas em ciência da computação, física computacional, biofísica, física estatística de não equilíbrio, e mais."

A primeira passagem sob reinicialização é uma variação da estrutura do "tempo da primeira passagem", que foi originalmente desenvolvido no contexto de sistemas de não equilíbrio e usado, por exemplo, para estudar o tempo que leva para uma partícula com movimento aleatório chegar a um determinado local. De forma geral, o primeiro tempo de passagem é o tempo que leva para qualquer variável aleatória atingir um certo valor limite. É especialmente útil para explicar a natureza inerentemente probabilística dos processos estatísticos, como o disparo de neurônios, extinção de fluorescência, ou atividade do mercado de ações.

Mais recentemente, pesquisadores investigaram o que acontece quando um processo é interrompido e reiniciado do ponto inicial. Estudos têm mostrado que reiniciar pode ter vantagens para certos problemas que "começam mal" - por exemplo, um algoritmo de pesquisa que procura aleatoriamente uma solução para um problema, mas começa a procurar por um caminho que vai na direção errada. Reiniciar poderia então ajudar a resgatar uma busca inútil, reiniciando-a. De forma geral, A reinicialização pode ajudar em uma situação em que não está claro se o processo terminará rapidamente ou apenas após um longo período de tempo.

Embora a primeira passagem sob reinicialização tenha sido usada para descrever uma ampla variedade de processos, parte do problema com esta variedade é que atualmente não há nenhuma abordagem unificadora que pode ser aplicada independentemente dos detalhes particulares do processo ou mecanismo de reinicialização.

Ao desenvolver uma estrutura geral para os processos de primeira passagem em reinicialização, Pal e Reuveni resolveram esse problema. Usando esta estrutura, eles então identificaram uma estratégia ideal, chamado de reinício acentuado, que supera todas as estratégias de reinicialização possíveis em termos de atingir o menor tempo médio de primeira passagem.

Como explicam os pesquisadores, O reinício abrupto é muito simples em essência:basta parar o processo e reiniciá-lo após um determinado período de tempo, com a quantidade exata de tempo dependendo do problema. Os resultados têm uma ampla variedade de aplicações potenciais.

"Na teoria de forrageamento, um estuda o movimento de animais em busca de comida, companheiros e abrigo na selva, e é fascinante ver como os animais tentam otimizar suas atividades de forrageamento, "Pal disse." A primeira passagem sob reinicialização pode então ser usada como uma descrição idealizada para algumas dessas atividades. Um possivel, ainda inexplorado, A direção em que isso pode ser tomado é o estudo dos padrões de migração pré-históricos de grupos humanos em busca de territórios novos e mais acomodatícios.

“Outra aplicação é o desenvolvimento de estratégias de busca mais eficientes que podem auxiliar na localização de objetos perdidos, ou ajudar a construir operações de resgate para aviões acidentados ou submarinos perdidos. Os processos de pesquisa também aparecem naturalmente no contexto das reações bioquímicas quando uma molécula procura um local alvo reativo, e a primeira passagem sob reinicialização também pode ser usada para descrever reações enzimáticas. "

Atualmente, uma desvantagem da estratégia de reinício acentuado é que pode ser difícil de implementar usando moléculas devido ao alto custo energético. No futuro, os pesquisadores planejam analisar mais a fundo esse problema para chegar a estratégias de reinicialização quase ótimas que funcionam quase tão bem, mas consomem menos energia. Essas estratégias podem se tornar especialmente importantes em células vivas ou em dispositivos moleculares feitos pelo homem.

"O reinício é usado rotineiramente para acelerar a conclusão de algoritmos de computador aleatórios, mas sua importância física, químico, e os processos biológicos estão apenas começando a ser realizados, "Pretendemos explorar a reinicialização nesses contextos e estamos particularmente interessados ​​em descobrir se os sistemas biológicos encontraram uma maneira de também aproveitar as vantagens da reinicialização e dos benefícios que ela pode oferecer", disse Pal.

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