Unité 9: Réseaux
Bonjour à tous,
Cette unité portera un bref regard sur la science des réseaux
qui est l'une des branches de la science des systèmes complexes qui grandit le plus rapidement.
Dans cette unité, nous allons survolé diverses façons
dans laquelle les réseaux peuvent apparaitre
dans la nature, dans la société et dans la technologie.
Nous allons regarder quelques concepts que les scientifiques des réseaux utilisent
pour comprendre comment les réseaux se comportent,
comment ils sont structurés
et quel types d'implications
ces concepts ont
pour plusieurs aspects de notre propre vie.
Commençons.
Unité 9.1: Introduction
Que sont les réseaux?
Les réseaux sont omniprésents et la science des réseaux
grandit très rapidement. Regardons d'abord
à quelques exemples de réseaux dans la nature,
dans la société et dans la technologie.
Voici une image d'une réseau neuronal
d'un ver nommé C. Elegans,
un ver très petit
qui possède seulement environ 300 neurones.
Ceci est une carte de ces 300 étranges neurones;
chaque sphère représente un neurone
et les liens entre les sphères représentent
des synapses chimiques ou électriques entre les neurones.
Donc il s'agit d'un bon exemple de réseau;
Tous les réseaux comportent des nœuds et des liens entre les nœuds.
Dans cette image, la taille des nœuds représente le nombre de connexions
qui viennent dans le nœud.
Vous pouvez observer quelquelchose dans cette image
qui est typique pour plusieurs réseaux;
la distribution des liens n'est pas uniforme,
ce qui indique que certains nœuds
possèdent beaucoup plus de liens qui viennent à eux
ou proviennent d'eux, que les autres nœuds.
Les nœuds comme celui-ci, qui se lient a plusieurs autres nœuds,
sont souvents nommés "hubs".
Voici un autre type de réseau
Ceci est un réseau de nourriture, dans lequel les noeuds sont
certains types d'animaux,
espèces ou sortes d'animaux,
et un nœud se lie à un autre
si le second nœud mange le premier.
Si ce nœud, par exemple, les écureuils,
sont des proies pour les renards,
donc les écureuils sont liés aux renards.
Encore une fois, vous voyez certains types de "hubs".
Dans ce réseau, les renards sont un hub.
Plusieurs liens viennent aux renards.
Un autre type de réseau biologique
est un réseau métabolique.
Dans le processus métabolique,
chaque nœud est un type différent de produit chimique,
et les nœuds sont connectés si l'un des types de produits chimiques produit,
un autre type de produit chimique
via une interaction métabolique dans la cellule.
Encore, vous pouvez voir quelques hubs des réseaux
qui ont plusieurs liens y venant.
Autrement dit, dans ce cas, ces choses sont crées
par plusieurs interactions chimiques.
Ce genre de visualisation de structure de réseaux
nous permet d'observer l'importance
de différents types d'éléments d'un système.
Par exemple, un hub
semble être une partie très importante du système,
une partie que si détruite,
engendra des dégâts dans l'ensemble du réseau.
Le type de réseau le plus familier est probablement la carte des trajectoires d'aviation.
Nous avons une ligne aérienne, dont le hub est clairement Houston,
l'un des hubs,
un autre hub est Newark,
et vous pouvez voir qu'il y a plusieurs villes,
chaque nœud est une ville,
et chacun de ces liens indiquent un vols sur cette ligne entre deux villes.
Il y a plusieurs villes qui ont peu de vols venant d'elles,
et quelque unes des villes ont beaucoup de vols
venant d'elles ou allant à elles.
Encore, ceci nous montre l'importance de ces hubs,
comme les personnes ayant beaucoup voyagé le savent,
si, par exemple, la météo est mauvaise à un hub en particulier,
comme Houston,
ceci dérangera les vols
dans l'entièreté du réseau.
Voici un réseau dont nous dépendons tous.
Ceci montre l'Internet de l'Amérique du Nord.
Chacun de ces nœuds est un ensemble de serveurs particuliers.
et les liens sont des liens directs entre les serveurs.
Vous pouvez voir qu'il y a certains hubs dans ce réseau.
Encore, si certains hubs, comme par exemple celui-ci,
sont ciblés ou font défaut pour quelconque raison,
l'internet en entité peut être largement dérangé.
Le réseau électrique des USA,
un autre exemple de réseau,
dans lequel les nœuds sont des sous-stations énergitiques,
et les liens sont des lignes de transmission à haut voltage
entre les stations d'énergie.
En économie, il y a des réseaux, comme des réseaux de banques;
chaque nœud est une banque en particulier
et les banques sont liées si elles ont
des interactions fortes, comme se prêter mutuellement de large somme d'argent.
Ce genre de réseau peut être dérangé
comme nous avons pu le voir avec la crise financière de 2008
par exemple.
Nous pouvons voir que J.P. Morgan Chase
est un hub dans ce réseau
et que si cette banque est dérangé,
l'entièreté du réseau pourra en sentir les répercussions.
Le World Wide Web est un réseau très familier pour nous tous.
Ceci montre quelques nœuds, qui sont des pages web,
et liens, qui représentent des hyperliens.
Ceci est une partie très petite du réseau
qui entoure Wikipedia,
mais vous pouvez encore voir ici cette structure de hubs,
les nœuds possédant plusieurs hyperliens venant d'eux ou à eux,
et les nœuds qui ne sont pas des hubs,
qui n'ont pas beaucoup de liens venant d'eux ou à eux.
Les réseaux sociaux, un autre exemple;
ceci est une carte des amitiés sur Facebook.
Durant les 20 dernières années,
une science à grandit autour
de ce domaine interdisciplinaire des réseaux.
Avant que cette nouvelle science soit,
les réseaux étaient étudiés dans certaines disciplines,
par exemple, les mathématiciens étudiaient les réseaux qu'ils appelaient "graphs",
et développèrent une théorie entière,
nommée la théorie des graphs.
Les sociologues étudiaient les réseaux sociaux,
les économistes étudiaient les réseaux économiques et financiers,
etc.
Mais ces domaines étaient perçus comme étant largement séparés,
et il y avait peu de communication
entre les scientifiques regardant leur propre discipline des réseaux.
Mais durant les dernières décennies,
certaines personnes commencèrent à regarder à la science générale des réseaux,
où ils demandaient;
Y-a-t'il des propriétés qui sont communes à tous les différents
réseaux complexes que nous observons,
et si c'est le cas, pourquoi est-ce que de telles propriétés ont émergées?
Et finalement, serait-il possible de formuler
une théorie générale des réseaux, de comprendre
leur structure, évolution et dynamiques,
dans toutes les différentes manifestations de réseaux.
Ce sont toutes des questions ouvertes.
Dans cette unité, nous allons
regarder brièvement comment les scientifiques essaient de répondre à de telles questions.
Et pour vous donner un aperçu,
laissez-moi vous donner une liste de quelques unes des propriétés courantes.
Elles sont celles que nous allons nous concentrer sur.
La propriété soit-disant nommée "small world",
L'idée des distributions de degrés à "longue queue",
avec une structure particulière nommée "scale-free".
Nous allons étudier les regroupements et la structure des communautés dans les réseaux.
Nous allons voir comment certains types de structure permettent les réseaux d'être robustes
dans certains cas, mais vulnérables dans d'autres.