virus, la criminalité, et bien d'autres problèmes se propagent à travers les réseaux. Les chercheurs de l'ETH ont maintenant développé une nouvelle méthode pour les protéger de manière rentable. Lorsque le budget compte, les réseaux sont mieux démantelés en commençant par quelques nœuds intermédiaires.

Dans la scène finale du film à succès de 2011 L'ascension de la planète des singes, un pilote transporte à son insu un dangereux virus de la grippe de San Francisco à Paris. De là, d'innombrables passagers aériens l'ont répandu dans le monde entier. Contrairement aux singes, une grande partie de l'humanité ne survit pas à la pandémie qui s'ensuit.

Bien sûr, c'était de la pure science-fiction, mais la propagation de virus infectieux via les voyages aériens est un risque réel. Des chercheurs de l'ETH Professorship of Computational Social Science et un collaborateur du ETH Department of Computer Science ont étudié comment le démantèlement des réseaux pourrait aider à contenir la propagation mondiale des virus par le transport aérien de manière plus rentable.

Une mesure de protection, dont on discute parfois, est de fermer certains aéroports et de les mettre en quarantaine. Puis, une option serait de se concentrer sur les plus grands hubs aéroportuaires du monde avec la plupart des liaisons aériennes - après tout, un grand nombre de passagers y atterrissent ou changent d'avion. Ce n'est peut-être pas la meilleure idée.

L'intervention serait massive en raison du grand nombre de passagers impliqués. Dans la revue scientifique PNAS , Les chercheurs de l'ETH Xiao-Long Ren, Niels Gleinig, Dirk Helbing et Nino Antulov-Fantulin ont maintenant pu montrer qu'il pourrait y avoir des moyens moins radicaux et plus efficaces pour atteindre le même niveau de protection, touchant beaucoup moins de passagers.

Commencez par les moyennes

"Par exemple, si vous fermiez d'abord quelques aéroports de taille moyenne au lieu des plus grands hubs, cela coûterait quatre fois moins cher dans le scénario que nous avons étudié, mais il semble tout aussi efficace pour contenir la propagation d'un virus, " dit Nino Antulov-Fantulin.

Les chercheurs de l'ETH ont exploré ce scénario pour l'Europe, L'Amérique du Nord et l'Asie en tant que parties du réseau de trafic aérien mondial. Leurs résultats montrent que la fermeture des aéroports de taille moyenne n'affecterait que 6% des passagers aériens mondiaux, tandis que la fermeture des plus grands hubs affecterait 25 pour cent.

Pour savoir quels aéroports fermer pour stopper le virus à moindre coût et efficacement, les chercheurs ont étudié une question connue dans la recherche en réseau sous le nom de "problème de démantèlement", qui est l'un des problèmes fondamentaux dans le domaine de la science des réseaux. Il examine quels nœuds doivent être désactivés ou supprimés d'un réseau afin de perturber le dysfonctionnement d'un système.

Les chercheurs de l'ETH ont tenté de décomposer divers réseaux défectueux en sous-réseaux isolés au coût total le plus bas possible, afin de contenir la propagation des problèmes et de maintenir la fonctionnalité de l'ensemble du réseau. Selon qu'il s'agit d'un social, réseau biologique ou technique, le problème peut prendre la forme de virus informatiques, la grippe, ou criminels.

Contenir le crime

Dans d'autres études de cas également, les chercheurs de l'ETH ont pu montrer qu'il est moins cher et plus efficace de démanteler un réseau en supprimant d'abord certains nœuds intermédiaires, plutôt que les plus grands; par exemple, dans les réseaux criminels.

Si vous commencez au sommet d'un réseau criminel, vous engagez des frais très élevés. Non seulement en raison de la protection spéciale prévue pour les patrons, mais aussi parce que généralement quelqu'un d'autre assume rapidement la direction et continue à gérer le réseau. Si vous supprimez d'abord les positions intermédiaires, vous pouvez rompre le réseau plus efficacement à des coûts considérablement réduits, déclarent les chercheurs.

« Par rapport à une méthode de pointe, les coûts de fragmentation du réseau sont 2,5 fois inférieurs dans notre approche, lors du démantèlement d'un réseau criminel à 10 % de sa taille d'origine, " dit Xiao-Long Ren, doctorant et premier auteur de l'étude. Le cas du réseau criminel illustre une autre particularité de l'approche des EPF :contrairement à d'autres méthodes, il ne traite pas tous les nœuds de la même manière.

"Nous ne supposons plus que tous les nœuds d'un réseau encourent les mêmes coûts de suppression, " explique Ren. " Plutôt, les coûts pour supprimer les gros nœuds sont plus élevés car ils sont beaucoup plus connectés à d'autres nœuds. »

Grand défi en théorie et application

Les scientifiques de l'ETH ont également progressé dans le démantèlement de réseaux particulièrement grands avec des millions de nœuds. La résolution du "problème de démantèlement" appartient à la catégorie des problèmes informatiques particulièrement difficiles connus sous le nom de problèmes NP-difficiles - un grand défi en mathématiques et en informatique.

Même si cette méthode théorique a été démontrée avec des données empiriques, l'application à des scénarios réels peut nécessiter d'autres études. La méthode doit être adaptée et testée dans le domaine d'application respectif. Ce ne sont pas seulement la structure du réseau et les coûts de suppression des nœuds qui comptent, mais il peut aussi y avoir d'autres facteurs.

Enfin et surtout, « Les applications légitimes de notre méthode doivent prendre en compte les enjeux éthiques, de manière appropriée et transparente, ", soulignent les chercheurs.