RETI SOCIALI A.A. 2016/2017 DOCENTI LUISA GARGANO ADELE A. RESCIGNO

Transcript

1 RETI SOCIALI A.A. 2016/2017 DOCENTI LUISA GARGANO ADELE A. RESCIGNO

2 Internet, Router Level I "Punti" sono macchine fisiche I "Link" sono cavi fisici L'interazione è elettronica

3 I punti sono Persone I link sono sociali Interazioni: relazioni professionali, virtuali,

4 I punti sono macchine... ma sono associati con persone I link sono fisici... ma possono dipendere dalle preferenze umane Interazione: scambio di contenuti Gnutella Peers

5 I punti sono i neuroni I link sono assoni L'interazione è elettrica, ma... Nuovo campo: "Connectomics" Domanda: i neuroni collaborano o competono? Il cervello umano

6 5 Interazioni tra proteine I punti sono le proteine I link sono le interazioni fisiche Network metabolico I punti sono enzimi e metaboliti I link sono reazioni chimiche

7 RETI Ha senso per studiare in maniera unitaria tutte queste reti diverse tra loro. Esaminando somiglianze apparenti (e differenze) tra diversi sistemi e organizzazioni in reti sociali, economiche, biologiche e tecnologiche AMBITI DI STUDIO Informatici Studio e progettazione di design reti distribuite complesse Scienziati sociali, psicologi, economisti Capire il comportamento umano usando impostazioni "semplici" Studi di razionalità economica negli esseri umani Studio (Teorie e la misurazioni) delle reti sociali Biologi Le reti neurali, reti di regolazione genica,... Fisici e matematici Interessi e metodi in sistemi complessi Le teorie di comportamento macroscopico (transizioni di fase) Le differenti comunità stanno interagendo e collaborando

8 RETI E SISTEMI COMPLESSI La citazione più famosa su sistemi complessi viene da Aristotele, che ha detto che "Il tutto è più della somma delle sue parti". 7

9 RETI E SISTEMI COMPLESSI La citazione più famosa su sistemi complessi viene da Aristotele, che ha detto che "Il tutto è più della somma delle sue parti". 8 I sistemi complessi sono sistemi in cui il comportamento collettivo delle parti comporta l emergere di proprietà difficilmente (se non affatto) desumibili dalle proprietà delle parti. Esempi di sistemi complessi sono formicai, l economia, il clima, sistema nervoso, le cellule e gli esseri viventi, compresi gli esseri umani, le moderne infrastrutture di telecomunicazione

10 RETI E SISTEMI COMPLESSI 9 Cosa questi sistemi hanno in comune? Come possiamo rappresentarli?

11 RETI 10 Le reti costituiscono un linguaggio generale per descrivere sistemi complessi Dietro molti sistemi vi è un intricato schema di connessioni, una rete, che definisce le interazioni tra le componenti Non riusciremo mai a capire questi sistemi se non comprendiamo le reti che vi sono dietro!

12 RETI 11 Una rete è un qualsiasi insieme di oggetti,

13 RETI 12 alcune coppie di tali oggetti sono connesse da link

14 STUDIARE LE RETI 13 Pensare a livello di rete significa concentrarsi sulle relazioni tra entità, piuttosto che le entità stesse. Esseri umani e piante di senape hanno ciascuno circa geni questo non sembra corrispondere con la complessità biologica degli esseri umani rispetto a queste piante. I biologi hanno proposto che la complessità di un organismo in gran parte deriva da complessità nelle interazioni tra i suoi geni

15 STUDIARE COMPLEX NETWORKS 14 Un obiettivo è estrarre gli elementi comuni ed usarli per caratterizzare reti diverse in un linguaggio comune. scienziati che studiano networking vogliono anche capire come le reti in natura nascono e il modo in cui cambiano nel tempo (evolving networks). La comprensione scientifica delle reti potrebbe avere un grande impatto non solo sulla nostra comprensione di molti sistemi sociali e naturali, ma anche sulla nostra capacità di progettare e utilizzare in modo efficace le reti complesse da una migliore ricerca Web e routing su Internet, al controllo della diffusione di malattie, allo studio della criminalità organizzata, al danno ecologico derivante dalla le azioni umane.

16 STUDIARE LE RETI. RICAPITOLANDO 15 linguaggio universale per la descrizione di dati complessi Reti derivanti dallo studio di scienza, natura e tecnologia sono più simili di quanto ci si aspetterebbe Vocabolario condiviso tra i campi Computer Science, scienze sociali, Fisica, Economia, Statistica, Biologia Miglioramento della comprensione di sistemi complessi

17 RETI E DIMENSIONI 16

18 COSA CI INTERESSA DELLE RETI? 17 Natura e comportamento dei singoli componenti Es. Come funziona un computer?, come si comporta un individuo o un azienda?, come si comporta una cellula? Natura delle connessioni e/o interazioni tra componenti Es. Protocolli di comunicazione di Internet, dinamiche nei rapporti sociali, meccanismi di comunicazione/interazione tra cellule

19 STRUTTURA DI UNA NETWORK Il pattern delle connessioni identifica la struttura della network La struttura di una network influenza il modo in cui opera il sistema 18

20 STRUTTURA DI UNA NETWORK 19 Il pattern delle connessioni identifica la struttura della network La struttura di una network influenza il modo in cui opera il sistema Se si vuole comprendere la diffusione di malattie, è necessario capire chi sarà in contatto con chi Se si vuole comprendere la struttura del Web, è necessario analizzare i 'link'. Se si vuole capire la diffusione delle notizie e l'evoluzione della scienza, si deve seguire il flusso.

21 UN APPROCCIO MULTIDICIPLINARE 20 Lo studio di sistemi complessi rappresentabili come network ha una lunga tradizione in numerosi campi Esistono numerosi strumenti matematici, computazionali e statistici per analizzare, modellare e comprendere le reti Sviluppati in campi differenti per interpretare fenomeni diversi utilizzabili indipendentemente dal campo di applicazione perché basati sul modello astratto di network Scienza delle reti complesse Studia i fenomeni che si verificano all interno di sistemi sociali, economici e tecnologici complessi Campo intrisecamente multidisciplinare Mette insieme le conoscenze sviluppate da sociologi, economisti, matematici, informatici, fisici, biologi e genetisti

22 FINALITÀ DELLO STUDIO DELLE RETI COMPLESSE 21 Le network pervadono tutta la nostra società e svolgono ruoli fondamentali nella nostra vita I nostri sistemi tecnologici ed economici sono basati su network molto complesse E fondamentale capire i fenomeni che si verificano all interno di una network per poterli controllare ed utilizzare Es. Crisi sui mercati globali, diffusione di virus informatici Che tipo di network emerge dall insieme di interazioni locali tra agenti e come questo influenza il comportamento degli agenti? La scienza delle network ci fornisce Indici per individuare caratteristiche strutturali della rete Algoritmi per calcolare tali indici Modelli matematici per prevedere l evoluzione di determinati processi all interno della network

23 ESEMPIO 22 Relazioni di amicizia tra componenti di un Karate Club Chi sono le persone più influenti in questa rete?

24 ESEMPIO 23 Matrimoni tra le famiglie fiorentine nel periodo rinascimentale Perché i Medici erano così potenti anche se non erano i più ricchi? L ascesa dei Medici è stata dovuta al caso?

25 ESEMPIO 24 Relazioni amicizia in un liceo codificate per razza Bianco = Bianchi, Nero = Afroamericani Grigio = ispanici Grigio chiaro = altriasiatici

26 ESEMPIO 25 Prestiti tra istituzioni finanziarie Quali istituzioni sono più influenti?

27 DOMANDE INTERESSANTI SULLE RETI COMPLESSE Quali sono le caratteristiche strutturali di una rete? Difficili da individuare ad occhio su grosse quantità di dati Abbiamo bisogno di indici ed algoritmi per estrarre le informazioni utili da dataset di GB di dati Come si comportano i componenti di una rete? relazioni complesse di causa-effetto incentivi Quali sono le dinamiche di comportamento aggregato? Perchè youtube e Facebook sono così popolari? I nostri comportamenti e le nostre opinioni sono influenzate dalle relazioni sociali? Come si diffondono le informazioni in una network?

28 SCIENZA DELLE NETWORK È INTERDISCIPLINARE 27 Lo studio dei fenomeni che si verificano all interno di una network richiede competenze trasversali La Teoria dei Grafi fornisce strumenti per descrivere e analizzare la struttura delle network La Teoria dei Giochi (Economia) fornisce gli strumenti per descrivere ed analizzare i comportamenti strategici dei componenti della network La Sociologia fornisce gli strumenti per analizzare la struttura delle reti sociali e descrivere le dinamiche che si realizzano all interno di comunità di individui L Informatica fornisce strumenti e tecniche per analizzare data-set di grosse dimensioni

29 UNO STRUMENTO UTILIZZATO NEL CORSO 28 Teoria dei Grafi Permette di descrivere elementi strutturali delle reti utilizzando la terminologia ed il formalismo della matematica Misure di connettività, distanza, centralità, densità Tipologie di collegamenti e loro utilizzo Molte idee fondamentali dell analisi delle reti sociali sono formulabili in termini di concetti di teoria dei grafi Es: bilanciamento della comunicazione tra la permanenza all'interno di piccole unità organizzative ed il varcare i confini organizzativi Due importanti tipi di link: legami forti: che rappresentano contatti sociali stretti e frequenti, tendono ad essere incorporati nelle regioni strettamente collegate di una rete Legami deboli: in rappresentanza di contatti sociali più casuali, tendono ad attraversare tra queste regioni.

30 PRINCIPALI ARGOMENTI DEL CORSO 29 Modelli di reti Ricerca nelle reti di informazioni e nelle reti sociali Analizzando i collegamenti tra gli elementi della rete si può Capire quali sono gli elementi più influenti Individuare comunità Dinamiche di rete Come si diffondono idee, mode, informazioni, popolarità in una network? Effetti a cascata Diffusione di tipo virale Massimizzazione dell influenza