Stabilità dei sistemi complessi: su “Scientific Reports”

Parma. 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.

Convegno Nazionale di Fisica Statistica e dei Sistemi Complessi

Parma dal 24 al 26 giugno il XXIV Convegno Nazionale di Fisica Statistica e dei Sistemi Complessi, organizzato dal Dipartimento di Scienze Matematiche, Fisiche e Informatiche dell’Ateneo in collaborazione con il Dipartimento di Fisica e Astronomia dell’Università di Firenze, la Scuola IMT Alti Studi Lucca e l’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN).Referente organizzativa per l’Università di Parma è Raffaella Burioni, docente di Fisica teorica.Il convegno sarà dedicato alle principali tematiche di interesse della Fisica statistica:
– Fisica statistica di equilibrio e non equilibrio
– Sistemi disordinati e sistemi complessi
– Transizioni di fase e fisica statistica dei sistemi quantistici
– Fisica statistica della materia soffice, attiva e biologica
– Machine Learning: teoria e applicazioni a Data Science
– Fisica statistica dei Networks
– Applicazioni interdisciplinari della fisica statistica.
Nella sessione pomeridiana del 25 giugno si svolgerà la prima Assemblea dei soci della Società Italiana di Fisica Statistica (SIFS), in cui si eleggeranno le cariche sociali previste dallo statuto. La partecipazione è gratuita.

Previsioni sulla crescita economica con la fisica dei sistemi complessi

Un articolo pubblicato online questa settimana sulla rivista Nature Physics riporta un nuovo metodo di previsione per la crescita del Prodotto interno lordo (PIL) che integri e supporti le previsioni del Fondo Monetario Internazionale. Il nuovo approccio di previsione considera la crescita economica come un sistema fisico le cui dinamiche possono essere predette analizzando i dati di esportazione a livello di prodotto, tramite tecniche derivate dalla fisica dei sistemi complessi.Sistemi di modellazione così elaborati quali l’economia di un paese sono estremamente complicati e impegnativi. Sebbene gli economisti possano accedere a una quantità sempre maggiore di dati, produrre risultati affidabili e riproducibili rimane qualcosa tutt’altro che banale. Un aiuto potrebbe arrivare dalla fisica della complessità, dove esistono delle tecniche per modellare quei sistemi che non possono essere compresi, in termini di componenti individuali -come, ad esempio, la diffusione delle epidemie, o i movimenti del traffico.Andrea Tacchella e i suoi colleghi sviluppano un metodo per la previsione del PIL basato sull’idea che un sistema complesso e la cui dinamica microscopica non è nota, possa essere previsto ricercando tra i dati storici disponibili un analogo vicino e osservandone l’evoluzione temporale. Tali metodi funzionano in maniera affidabile solo quando il sistema utilizzato è di bassa dimensionalità -dove la dimensione corrisponde al numero di variabili considerate. L’aggiunta incontrollata di ulteriori dati, quindi, produce risultati meno affidabili. Gli autori del metodo dimostrano, invece, che è possibile fare una previsione del PIL competitiva usando un modello con sole due dimensioni, inserendo il PIL pro capite di un paese e la sua “Fitness”. Quest’ultima è una quantità che caratterizza la competitività di un paese, che gli autori ricostruiscono dai dati di esportazione, tramite opportuni algoritmi matematici.
Confrontando le loro previsioni con quelle stimate sulla base di dati passati pubblicati dal Fondo Monetario Internazionale, gli autori dimostrano che le loro previsioni sono, in media, del 25% più accurate.Inoltre, gli errori dei modelli non sono correlati – ciò suggerisce che i due forniscono visioni complementari circa la crescita del PIL, offrendo un potenziale per previsioni combinate migliori. (fonte: La previsione del PIL come sistema fisico dinamico di A. Tacchella, D. Mazzilli e L. Pietronero – Nature Physics – DOI: 10.1038/s41567-018-0204-y L. Pietronero (Univ. Sapienza e ISC-CNR, Roma, Italia).

Sistemi complessi: nuova scuola della Lake Como School

Como. È in corso di svolgimento a Villa del Grumello a Como la nona scuola della Lake Como School of Advances Studies 2017, iniziativa organizzata dalla Fondazione Volta che realizza attività di formazione post universitaria rivolte soprattutto a giovani ricercatori nel campo delle teorie dei sistemi complessi.
La scuola, dal titolo Advances in complex systems, pone l’attenzione sui recenti progressi nei sistemi complessi. Il corso è organizzato in collaborazione con Università dell’Insubria, Università degli Studi di Milano Bicocca, Università degli Studi di Milano e Università degli Studi di Pavia. Lo scopo della scuola è quello di presentare i recenti progressi nei sistemi complessi discutendo di applicazioni della meccanica statistica dei sistemi di non-equilibrio e disordinati, teorie di reti complesse e di altri sistemi stocastici di argomenti differenti, come le reti genetiche ed epigenetiche, diffusione di epidemie, problemi quantitativi in sistemi biologici e materiali bioispirati.
L’ampia scelta di argomenti interdisciplinari è stata progettata per esporre gli studenti ad alcune delle molteplici sfaccettature della teoria dei sistemi complessi. La prima scuola Advances in Complex Systems si è tenuta nell’estate 2015 ed è stata un successo sotto ogni aspetto attraendo grandi scienziati internazionali esperti di sistemi complessi e un gran numero di studenti provenienti da tutto il mondo. (foto scuola)

Quanti abitanti può sostenere il nostro pianeta?

Firenze giovedi’ 12 marzo 2009 ore 21:00SMS-Rifredi, via Vittorio Emanuele 303,  Caffe’-Scienza: con Liano Angeli (Consulente internazionale della FAO)  Massimo Livi Bacci (docente di Demografia, Universita’ di Firenze)Moderatore: Paolo Politi (Istituto dei Sistemi Complessi, CNR) Organizzato dall’ Associazione Culturale Caffe’-Scienza Sulla terra siamo 6 miliardi e 700 milioni e gli abitanti delle citta’ hanno appena superato gli abitanti delle campagne. Quanto ancora possiamo crescere di numero? Se non ci saranno abbastanza risorse per tutti, cosa faranno, o stanno gia’ facendo, gli uomini per contendersele? Pur essendo invocato il contenimento demografico, non e’ chiaro se misure come pianificazione familiare o sviluppo economico saranno sufficienti, cosi’ come non e’ chiaro se gli oltre 800 milioni di affamati siano dovuti a mancanza di cibo o dei soldi per comprarlo, e quanto la diffusione dei biocombustibili contribuira’ all’aumento dei prezzi degli alimenti. E intanto, invece, in Europa la popolazione invecchia e si fanno meno figli, e senza la temuta immigrazione si corre il rischio di un’implosione demografica.