Ciao a tutti,
questa unità è un rapido sguardo alla scienza delle reti
che è una delle aree più in rapida crescita della scienza dei sistemi complessi.
In questa unità, prenderemo in esame diversi modi
nei quali le reti possono apparire
in natura, nella società e nella tecnologia.
Guardiamo ad alcuni dei concetti che i scienziati delle reti stanno usando
per comprendere come le reti si comportano,
come esse sono strutturati,
e quali tipi di implicazione
questi concetti presentano
per molti aspetti della propria vita.
Iniziamo
Le reti sono ubique,
e la scienza delle reti
sta crescendo in maniera estremamente veloce.
Diamo prima un'occhiata ad alcuni esempi di reti
in natura e in società e nella tecnologia.
Questo è un'immagine della rete neurale
di un verme chiamato c. elegans,
molto piccolo,
che ha solo 300 neuroni.
Questa è una mappa di tutti questi 300 strani neuroni,
ogni sfera rappresenta un neurone,
e i legami tra le sfere rappresentano
la sinassi o le connessionie delle giunzioni comunicanti tra i neuroni.
Questo è un grande esempio di una rete.
Ogni rete è fatta da nodi e legami tra nodi.
In questa immagine, la dimensione del nodo rapprensenta il numero delle connessioni
che entrano nel nodo.
Potete vedere qualcosa nell'immagine
che è tipica di molte reti.
La distribuzione del legame non è uniforme.
Questo significa che ci sono alcuni nodi
che hanno molto, tanti legami che entrano
o escono, più dei nodi.
I nodi come questo, che si legano a molti altri nodi,
sono spesso chiamati hub.
Qui c'è un altro tipo di rete.
Questa è una rete alimentare, nel quale i nodi sono
tipi particolari di animali,
specie, o tipi di animali,
e nessun nodo si lega ad un altro nodo
se il secondo nodo mangia il primo nodo.
Se questo nodo, ad esempio, sono degli scoiattoli,
sono prede per volpi,
quindi gli scoiattoli si legano alle volpi.
Di nuovo, vedi alcuni tipi di hub.
Come, in questa rete, le volpi sono un hub.
Molti legami vanno verso le volpi.
Un altro tipo di rete biologica
è la reta metabolica.
Nel processo metabolico,
ogni nodo è un diverso tipo di nodo chimico,
e i nodi sono connessi se un tipo di nodo chimico produce
un secondo tipo di nodo chimico,
attraverso l'interazione metabolico nella cellula.
Di nuvo, qui potete vedere alcuni hub della rete
che hanno molti, molti, legami entranti.
Ovvero, in questo caso, queste cono sono create
da molte interazioni chimiche.
Questo tipo di visualizzazione della struttura di rete
ci permette di vedere l'importanza
di diversi tipi di elementi di un sistema.
Per esempio, un hub
sembra essere una parte molto importante del sistema,
uno se è distrutto,
finirà per scatenare il caos in molte parti del sistema.
Forse il tipo di rete più familiare è una mappa delle rotte aeree.
Qui abbiamo una particolare compagnia aerea,
il cui hub è vicino Houston,
uno di questi hub,
un altro hub è Newark,
e potete vedere che non ci sono molte città qui,
ogni nodo è una città,
e ogni legame significa che c'è un volo di questa compagnia tra due città
ci sono molte città che hanno pochi voli in partenza,
e un numero picco di città che hanno molti voli
in partenza o in arrivo.
Di nuovo, questo ci mostra l'importanza di questi hub,
come le persone che hanno viaggiato molto sanno,
se, per esempio, il tempo è brutto in un particolare hub,
come Houston,
che farà cancellare dei voli
nell'intera rete.
Qui c'è una rete nella quale siamo tutti presenti.
Mostra internet nel nord America.
Ogni nodo è un particolare insieme di server,
e i legami sono percorsi diretti tra i server.
Potete vedete che c'è un certo hub in questa rete.
Di nuovo, se alcuni hub, come questo,
diventano target, o vanno giù per qualche ragione,
l'intera rete di internet può andare giù.
La rete elettrica statunitense
un altro esempio di rete,
nel quale i nodi sono sottostazioni energetiche,
e i legami sono linee di trasmissione ad alto voltaggio,
tra le stazioni elettriche.
In economia, abbiamo reti, come le reti di banche.
Ogni nodo è una particolare banca,
e le banche sono legate se esse hanno
forte interazioni, come un prestito l'uno sull'altra di grandi quantità di soldi.
Il tipo di rete può essere disgregato,
come abbiamo visto durante la crisa finanziaria del 2008, per esempio.
Noi possiamo vedere che J.P. Morgan Chase
è un hub qui in questa rete
e se questa banca si disgrega,
la rete intera può risentirne le ripercussioni.
Il World Wide Web è una rete molto familiare per tutti noi.
Questa mostra alcuni nodi che sono pagine web o siti web,
e legami, che rappresentano hyperlinks.
Questo è una parte molto piccola delle rete
che gira intorno al sito Wikipedia,
ma potete vedere qui che c'è di nuovo una struttura di hub,
cioè il nodo che ha molti hyperlinks che entrano o escono,
e i nodi che non sono hub,
che non hanno molti legami che entrano e escono.
I social network, un altro esempio.
Questa è la mappa dei legami d'amicizia su facebook.
Negli ultimi 20 anni,
una scienza è cresciuta intorno
questo campo interdisciplinare delle reti.
Prima che questa nuova scienza emergesse,
le reti erano studiate in alcune discipline,
per esempio, i matematici hanno studiato le reti che chiamano grafi,
e hanno sviluppato un'intera teoria,
chiamata teoria dei grafi.
I sociologi hanno studiato le reti sociali.
Gli economisti hanno studiato le reti economiche e finanziarie,
e così via.
Ma i campi erano visti come fortemente separati,
e c'era poca comunicazione
tra gli scienziati che guardano alla propria disciplina delle reti.
Ma, negli ultimi anni,
si è iniziato a guardare, in generale, ad una scienza delle reti
nella quale ci si chiede
ci sono proprietà che sono in comune ad altre diverse
reti complesse che vediamo,
e se sì, perché emergono queste proprietà?
E infine, sarebbe possibile formulare
una teoria generale delle reti, cioè comprendere
la loro struttura, l'evoluzione e le dinamiche
nelle diverse manifestazioni delle reti.
Queste sono tutte domande aperte.
In questa unità
guarderemo brevemente a come gli scienziati stanno provando a rispondere a queste domande.
E solo per darvi un'anticipazione,
vi do una breve lista di alcune delle proprietà comuni proposte.
Queste sono le primi alle quali guarderemo.
La cosidetta proprietà dei "piccoli mondi" (small world)
l'idea del grado di distribuzione della coda lunga
che è un caso particolare di struttura scale-free
Guarderemo al clustering e alla struttura d'insieme nelle reti.
Guarderemo a quanto alcuni tipi di struttura permettano alla reti di essere robuste
in certa maniera, ma vulnerabili in un'altra.