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Stabilità dei sistemi complessi: su “Scientific Reports” uno studio guidato dall’Università di Parma

Gruppo di ricerca coordinato da Davide Cassi del Dipartimento di Scienze Matematiche, Fisiche e Informatiche in collaborazione con il Politecnico di Milano e il Centro INRA di Avignone

Parma, 24 luglio 2019 – Un’analisi della stabilità dei sistemi complessi reali, che dimostra come un’asimmetria dei legami possa aumentare la fragilità della rete. Questo in sintesi il cuore dell’articolo “The heterogeneity in link weights may decrease the robustness of real-world complex weighted networks”, pubblicato sulla prestigiosa rivista scientifica internazionale “Scientific Reports”. Lo studio è stato condotto da un gruppo di ricerca coordinato da Davide Cassi, docente di Fisica della materia al Dipartimento di Scienze Matematiche, Fisiche e Informatiche dell’Università di Parma, in collaborazione con Francesco Scotognella del Politecnico di Milano e Daniele Bevacqua del Centro INRA di Avignone.

Per l’Università di Parma, oltre al Prof. Cassi lo studio ha coinvolto Michele Bellingeri, “post doc” al Dipartimento di Scienze Matematiche, Fisiche e Informatiche.

Molti sistemi complessi reali possono essere descritti da reti (network) composte da nodi e legami, come le reti sociali, neurali, ecologiche, stradali e anche internet. Una rete sociale, ad esempio, è un insieme di individui (nodi) uniti da legami di amicizia o collaborazione lavorativa. Il sistema neurale può essere descritto da neuroni (nodi) e dalle sinapsi (legami) che collegano i neuroni. Un reticolo stradale può essere descritto come un insieme di città (nodi) collegate da strade (legami). Analizzare la robustezza di queste reti, cioè capire come la scomparsa di nodi o legami influisca sul comportamento globale del sistema, è un problema di grande importanza scientifica, sia per comprendere i meccanismi evolutivi della rete, sia per proteggere le componenti più importanti per il funzionamento del sistema. Recenti studi hanno evidenziato che considerare la differente intensità dei legami della rete è indispensabile per capirne il comportamento.

Lo studio pubblicato su “Scientific Reports” mostra come la robustezza di differenti reti reali sia negativamente influenzata dalla variabilità dei legami tra nodi. Le simulazioni condotte su diverse reti reali, sia biologiche sia fisiche, hanno infatti evidenziato che le reti con più alta differenza di intensità dei legami (massima variabilità) sono anche quelle con il più veloce collasso del funzionamento del sistema. In caso di malfunzionamento o attacco dei nodi, le reti molto eterogenee possono perciò essere le più vulnerabili. Per fare un esempio, il funzionamento di un reticolo stradale con grande differenza di traffico tra le strade può rivelarsi più fragile alla chiusura di incroci o snodi stradali.  Lo studio sottolinea quindi come il trascurare l'intensità di legame tra i nodi della rete possa pesantemente sovrastimarne la robustezza. La ricerca apre nuove prospettive per comprendere l’evoluzione di sistemi complessi reali e propone nuovi metodi per identificare i nodi più importanti da proteggere.

Pubblicato Mercoledì, 24 Luglio, 2019 - 11:14 | ultima modifica Mercoledì, 24 Luglio, 2019 - 11:30