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Redes complexas têm esqueleto que evolui por consenso

Redes complexas têm esqueleto que evolui por consenso
A rede principal mostra as conexões aéreas entre 1.000 aeroportos ao redor do mundo. O esqueleto da rede é muito mais simples, representado nas linhas em vermelho.[Imagem: Research on Complex Systems Group/Northwestern University]

Complexidade inteligível

Frequentemente, um objeto, ou um "todo" qualquer, possui algumas partes mais relevantes.

É o caso do principal ingrediente de um prato, das formas e cores de uma pintura ou de algumas melodias em uma sinfonia.

Mas, até agora, era quase impossível detectar algum traço distintivo em redes muito complexas.

Imagine a internet, as rotas de tráfego de uma grande cidade, as redes neurais ou a rota de espalhamento de uma epidemia global.

Quando postas na forma de um gráfico, essas redes aparecem na forma de um emaranhado aparentemente caótico.

Mas é só na aparência.

Esqueleto da rede

Um grupo internacional de pesquisadores conseguiu desenvolver uma técnica para simplificar as redes complexas, até chegar ao seu esqueleto.

E, além de demonstrar que todas essas redes complexas possuem uma espécie de espinha dorsal em comum, eles demonstraram que esse núcleo básico se desenvolve de forma muito similar ao esqueleto dos vertebrados.

É claro que a espinha dorsal de um ser humano é bem diferente da de um morcego. Mas os pesquisadores afirmaram ter elementos para mostrar que, assim como os animais, as diversas redes complexas evoluem de forma similar.

"As doenças infecciosas, como H1N1 e SARS, se espalham de forma semelhante, e o esqueleto da rede desempenha um papel importante na formação desse espalhamento global," disse Dirk Brockmann, da Universidade Northwestern, nos Estados Unidos.

"Agora, com este novo entendimento e, olhando para o esqueleto, deveremos ser capazes de usar esse conhecimento no futuro para prever como um novo surto poderá se espalhar," estima ele.

Teoria das redes

Inicialmente, o paralelo com a evolução parece ser bem adequado.

Sistemas complexos, tais como a Internet, as redes sociais, a rede de distribuição elétrica, a consciência humana, e mesmo uma colônia de cupins - geram comportamentos complexos.

A estrutura de um sistema desses emerge localmente, ele não é projetado ou planejado. Os componentes da rede operam juntos, interagindo e influenciando uns aos outros, conduzindo a evolução da rede.

Extrair características estruturais significativas a partir dos dados da rede pronta é um dos maiores desafios da teoria das redes.

Evolução por consenso

Contudo, os paralelos com a evolução biológica parecem terminar rapidamente.

Em vez de uma seleção por competição, os pesquisadores encontraram uma evolução consensual.

"A chave para a nossa abordagem foi perguntar quais elementos da rede são importantes da perspectiva de cada nó individualmente," explica Brockmann. "Quais links são mais importantes para cada nó, e qual é o consenso entre os nós?"

"Curiosamente, descobrimos a existência de um inesperado grau de consenso entre todos os nós em uma rede. Os nós, ou aceitam que um link é importante, ou concordam que ele não é importante. Praticamente não há nenhuma discordância," conclui ele.

Computando esses consensos - a força, ou a importância, de cada nó na rede - os pesquisadores produziram um esqueleto para cada rede que eles estudaram, formado apenas por aqueles links aos quais todos os nós atribuíram maior importância.

E os esqueletos desenvolvem-se de forma muito semelhante de uma rede para outra, por mais distintos que sejam os fenômenos que elas representem.

Além de prever epidemias, o trabalho poderá ser importante para os oráculos da era tecnológica, que planejam usar as redes complexas para prever o futuro.

Bibliografia:

Robust classification of salient links in complex networks
Daniel Grady, Christian Thiemann, Dirk Brockmann
Nature Communications
Vol.: 3, Article number: 864
DOI: 10.1038/ncomms1847




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