Создан алгоритм для точного измерения потока информации в сложных сетях

Алгоритм TE-PWS принимает любую стохастическую модель и вычисляет точную передающую энтропию для каждого соединения в обоих направлениях. Автор: Авишек Дас и Питер Рейн тен Вольде.

Исследователи из нидерландского института фундаментальной физики AMOLF разработали вычислительный алгоритм, способный точно измерять передающую энтропию — математический показатель, характеризующий скорость передачи информации между узлами сложных сетей.

«Наша повседневная жизнь зависит от бесперебойного функционирования множества сложных сетей — от интернета и финансовых рынков до экосистем, человеческого мозга и тысяч взаимно реагирующих химических веществ внутри одной биологической клетки», — пояснил соавтор работы Авишек Дас.

Ключевой прорыв заключался в использовании метода статистической физики под названием «важность выборки», который позволяет редко возникающим флуктуациям происходить в симуляциях чаще. Алгоритм TE-PWS использует этот подход для точного подсчета редких флуктуаций, обеспечивая точное вычисление передающей энтропии для любой модели.

Новый метод работает при наличии произвольного количества нелинейности и обратной связи в сети, успешно измеряя передающую энтропию в случаях, где все другие подходы оказываются несостоятельными.

В ходе исследования ученые обнаружили, что сильная обратная связь может парадоксальным образом усиливать прямую передачу информации к удаленным узлам сети. При этом алгоритм требует сопоставимого или меньшего времени вычислений по сравнению с другими методами.

Исследователи планируют применить TE-PWS для изучения обработки информации бактериальными клетками через химические сигнальные сети, чтобы понять, как даже простые организмы выполняют сложные вычисления.