13ª Semana Integrada do Instituto de Física de São Carlos

Estudo sobre os padrões espaço-temporais de autômatos celulares em redes complexas

21 de ago. de 2023 16:00

1h 30m

Salão de Eventos USP

Básica 16h00 - 17h30

Descrição

Autômatos celulares e Redes Complexas são mecanismos e estratégias para o estudo dos chamados sistemas complexos, aqueles onde um grande número de agentes relativamente simples se organizam, sem a atuação de um comando central, em um todo coletivo que cria padrões, usa informações e em alguns casos pode até evoluir. (1) Enquanto o primeiro é definido como uma estrutura de grade, formada por componentes (células), que podem apresentar diferentes estados discretos, que variam ou não no tempo, esse dado por passos também discretos, de acordo com regras que dependem do próprio estado da célula em questão e dos estados das células dentro de uma vizinhança, o segundo pode ser definido como uma estrutura composta por um conjunto de nós (ou vértices) aos quais estão atrelados um conjunto de links (ou arestas). Seu grande potencial e abrangência não só os consolidaram como ferramentas desses sistemas como também revelaram sua importância, voltando a atenção para si mesmos de forma a tornarem-se objetos de investigação, por exemplo no caso das redes, da chamada ciência das redes. (2) Ainda, alguns autores têm proposto formas de atrelá-los e sua composição ganha notoriedade e enfoque. Caso dos Life-Like Network Automata (LLNA), método proposto para o reconhecimento de padrões em redes complexas, no qual a estrutura para evolução dos autômatos celulares ao invés de ser uma grade é uma rede complexa, cada célula é alocada em um nó da rede, e sua evolução, baseada nas regras do Jogo da Vida de Conway, produz padrões espaço-temporais que provêm as informações para a classificação das redes. (3) Esse trabalho visa investigar e aprofundar os conhecimentos a respeito desses padrões a partir das seguintes perguntas. Existe alguma ordenação das células, nós das redes, ideal ou facilitadora para identificação e distinção dos padrões de diferentes modelos de redes? A evolução desses autômatos e com isso os padrões são sensíveis aos estados iniciais impostos a cada célula? Como esses padrões respondem em casos de falhas e ataques às redes? Utilizando-se majoritariamente, até o momento, de uma base de redes sintéticas compostas de redes de Erdős-Rényi, mundo-pequeno e de Barabási-Albert, avaliou-se a ordenação por diferentes medidas estruturais e topológicas das redes, sendo a melhor por por grau. Porém, uma vez que vários nós apresentam o mesmo grau, investigou-se o desempate desses nós de acordo com grau hierárquico, não resultando em diferenças significativas. Quanto aos estados iniciais, ou semente, os estudos desenvolvidos revelaram que os padrões podem ser sensíveis à posição de alocação do estado “um” em relação às características topológicas das redes, a depender do modelo dessas redes. Já nos estudos sobre falhas e ataques, os padrões mostraram-se mantenedores de sua estrutura geral, quando a semente é aleatória, para todos esses modelos de redes. Considera-se o aprofundamento desses estudos no que diz respeito à ordenação por características ou medidas que não estruturais ou topológicas, a avaliação da tarefa de classificação quando aplicadas as diferentes sementes, as quais determinados modelos mostraram-se sensíveis e a tarefa de classificação em redes com falhas ou ataques.

Referências

1 MITCHELL, M. Complexity: a guided tour. Oxford: Oxford University Press, 2009

2 BARABÁSI, A.-L. Network science. [20--]. Disponível em: http://networksciencebook.com/. Acesso em 19 jan. 2021.

3 MIRANDA, G. H. B.; MACHICAO, J.; BRUNO, O. M. Exploring spatio-temporal dynamics of cellular automata for pattern recognition in networks. Science Reports, v. 6, p. 37329-1-37329-15, Nov. 2016. DOI: https://doi.org/10.1038/srep37329.