Новый метод мог потенциально использоваться, чтобы улучшить упругость сложных критических систем, таких как сети управления воздушным движением и энергосистемы, или замедлить распространение угроз через большие сети, такие как вспышки заболевания.«Обеспечивая надежные результаты быстрым способом, эти уравнения допускают создание алгоритмов, которые оптимизируют упругость реальных взаимозависимых сетей», сказал автор исследования, Филиппо Радикки, работа которого появляется в журнале Nature Physics.«Они могут также быть полезными в проектировании сложных систем, которые являются более прочными, или более легко восстанавливаемыми», добавил он.
Radicchi – доцент в Школе Информатики и Вычисления и члена Центра Сложного Исследования Сетей и Систем. Его уравнения работают, предоставляя новый метод, чтобы «распутать» многократные сложные системы; разделение каждой сети или «графа», для отдельного анализа; и затем восстановление общей картины.
«Граф» описывает бесчисленные пункты и линии связи, которые включают сложную сеть. В сети воздушных перевозок, например, аэропорт мог бы представлять единственный пункт; курс полета самолета, связи между пунктами.«В реальном мире сети не существуют в изоляции; они всегда взаимодействуют с другими сетями», сказал Радикки. «Распутывая многократные графы, мы в состоянии проанализировать каждого в изоляции, предоставляя более полную картину их взаимозависимости и взаимодействия».Ключ к силе уравнений двойной.
Во-первых, они не зависят от использования крупномасштабных моделирований, которые являются дорогостоящими и отнимающими много времени, чтобы бежать. Во-вторых, они в состоянии быстро и точно измерить «просачивание» в системе, термин, который описывает объем разрушения, вызванного маленькими расстройствами в большой системе.«Если Вы путешествуете между городами самолетом, и 10 процентов аэропортов во всем мире внезапно прекращают работать по некоторым причинам, теория просачивания может помочь нам вычислить, сколько аэропортов Вы можете все еще использовать, чтобы достигнуть Вашего целевого города», сказал Радикки.Гладкий переход просачивания, столь же показанный, хотя уравнения, указывает, что система прекратит функционировать постепенно как количество местного повышения неудач.
Резкий переход просачивания показывает систему более вероятно, чтобы прекратить функционировать внезапно после достижения определенного числа местных неудач.«В том пункте», сказал Радикки, «система покажет ‘катастрофическое поведение’, после которого очень трудно прийти в себя».Для печально известного примера нестабильной инфраструктуры Radicchi указывает на крупное затемнение в его родной стране Италия в 2003, в которой вся национальная энергосистема потерпела неудачу в течение нескольких минут. Проблема была прослежена до контроля национальных производителей электроэнергии, который зависел от телекоммуникационной сети, которая самой не могла правильно функционировать без электричества.
«Когда власть вышла, телекоммуникационные маршрутизаторы также подведенный, вызывающий дальнейший хаос и выбивание интернет-системы коммуникаций также», сказал он. «Это виды ситуаций, которые нам необходимо обнаружить, прежде чем они произойдут, не после того, как слишком поздно».С точки зрения инфраструктуры Радикки сказал, что те же самые методы, используемые, чтобы обнаружить слабые места в сети транспортировки, могли также помочь создать планы уменьшить стоимость строительства или сократить времена поездки на работу.
Или к ним можно было относиться, лучше понимают другие сложные системы, которые остаются удивительно стойкими к расстройству, такому как человеческое тело, мозговые и социальные сети.«Мы можем быть в состоянии далее оптимизировать эти системы также», добавил он. «Например, увеличивая распространение нового знания и идей».