Archiv für die Kategorie ‘Komplexität’

Wie kann man ein Netzwerk kontrollieren?

Dienstag, 28. Juni 2011

beigetragen von Gernot Ernst

Das Wissen über komplexe Systeme ist in den letzten Jahrzehnten erheblich gestiegen. Wie man allerdings komplexe Systeme steuern kann, ist weit weniger klar. Am 12. Mai wurde dazu ein Beitrag veröffentlicht, der ein wesentlicher Fortschritt darstellt. Er stammt von dem bekannten Netzwerkforscher Barabási und seinen Mitarbeitern Liu und Slotine und wurde in Nature als Artikel veröffentlicht (dazu muss man wissen, das Nature nur wirkliche sensationelle Resultate in Artikelform akzeptiert).

Die Forscher interessierten sich genau für diese Frage: wie kann ich ein Netzwerk kontrollieren. Kontrolle, das bedeutete für sie, das Netzwerk in einem beliebigen Zustand bringen zu können. Ohne Zweifel kann man das, wenn man den Zustand aller Netzwerkknoten verändern kann. Interessant ist aber, ob das auch mit Kontrolle über einem Teil der Netzknoten geht. In Small-World-Netzwerken würde man erwarten, dass die einfachste Kontrollmethode die Beherrschung der „Hubs“, also der Netzwerkpunkte sein müsste, die viele Verbindungen haben. Im Internet wären das zum Beispiel Seiten wie Google oder Yahoo, die sehr zentral im Netz sind. Aber ist das auch wirklich so?

Als Methode benutzten sie klassische mathematische Netzwerkmethoden, kombinierten sie aber mit Kontrolltheorie (etwas, was Ingenieuren vertraut ist), genauer gesagt mit etwas, was als Kalmans Kontrollrang-Bedingung (Kalman’s control rank condition) bekannt ist. Sie entwickelten das zunächst theoretisch, um es dann auf konkrete bekannte Netzwerke anzuwenden.

Zunächst fanden sie, dass die Methode tatsächlich funktioniert. Man kann also mathematisch herausfinden, wie viele Netzwerkpunkte notwendig sind, um das gesamte System zu beherrschen. Und dann fanden sie etwas wirklich Überraschendes heraus: Es waren keineswegs die Netzwerkpunkte mit den meisten Verbindungen, die zählen. Um ein politisches Netzwerk zu beherrschen, muss man also nicht unbedingt die Politiker beherrschen, die am meisten Beziehungen haben. Allerdings ist es noch nicht möglich herauszufinden, wen man beherrschen muss (das ist vielleicht gut so…).

Ein anderes Ergebnis ist, dass sie messen konnten, wie leicht (oder schwer) ein Netzwerk überhaupt gesteuert werden kann. Und auch da ergaben sich Überraschungen. So sind zum Beispiel genetische Netzwerke extrem schwierig zu steuern (was Konsequenzen für zum Beispiel die Medikament-Entwicklung haben kann). Dagegen sind soziale Netzwerke bei weitem leichter zu steuern als erwartet. Das betrifft sowohl soziale Netzwerke als auch Organisationen.

Die Arbeit dieser Autoren hat die Komplexitätstheorie auf einen Schlag deutlich weitergebracht. Dieser Artikel ist in meinen Augen nobelpreiswürdig, in einer Reihe zu nennen mit Veröffentlichungen von Duncan Watts oder Steven Strogatz. Das bedeutet zwar noch nicht, dass komplexe Systeme wirklich steuerbarer wären. Unser Verständnis für sie aber ist beträchtlich gestiegen.

Liu YY, Slotine JJ, Barabási AL: Controllability of complex networks. Nature 2011, 473: 167-173 (Kommentar von Magnus Egerstedt S. 158-159 im gleichen Heft).

Computermodelle zur Aufstandsbekämpfung – eine Aktualisierung

Dienstag, 26. April 2011


von Gernot Ernst, Autor von Komplexität.  «Chaostheorie» und die Linke

In dem Kapitel ”Revolution in der Komplexitätstheorie” erwähnte ich anhand eines Beispieles der Universität von Maryland („SOMA Terror Organization Portal (STOP)“. SOMA steht für „Stochastic Opponent Modeling Agents“ und beschreibt eine Modelltechnik mit der das Verhalten von „terroristischen Gruppen“ vorhergesagt werden soll. In der letzten Märzausgabe der wichtigsten naturwissenschaftlichen Zeitschrift Nature wird dieses Thema aufgegriffen (Sharon Weinberger: Web of War. Nature 2011 (March 31), 471: 566-568) In ihm werden die Hoffnungen, aber auch die Rückschläge der vom Verteidigungsministerium der USA geförderten computerbasierten Sozialforschung beschrieben.

Zur Geschichte des Irakkrieges gehört faktisch, dass Saddam Hussein mit Hilfe einer Netzwerkanalyse gefasst wurde. Ursprüngliche Suchstrategien schlugen feil, so dass ein Soziogramm seiner sozialen Umgebung erstellt wurde – allerdings statisch und per Hand. Diese Techniken sind in der Soziologie bereits seit den 70ern im Einsatz. 2011 will aber das Verteidigungsministerium 28 Millionen Dollar für Forschung mit Computermodellen ausgeben. Vermutlich handelt es sich um weit höhere Beträge, da ebenfalls verschiedene Armeeforschungsinstitute und DARPA (Defence Advanced Research Projects Agency; ja, dass sind die, die das erste Internet in Gang gesetzt haben) sich in diesem Bereich engagieren.

Der Artikel zitiert unter anderem die Untersuchungen von Kathleen Carley, die ein Modell Namens Organizational Risk Analyser (ORA) entworfen hat. Kurz beschrieben betreibt das Modell eine automatische Datenanalyse, deren Ergebnisse dazu benutzt werden, um wichtige Menschen und Gruppen innerhalb der sozialen Dynamik zu identifizieren um sie dann laut Carley „mit diplomatischen Verhandlungen oder militärischen Aktionen anzugreifen“. In der Praxis  auf den Sudan angewandt ergab das Programm kaum mehr als das, was Experten bereits wussten. Zudem zeigte sich die Gefahr von automatisierten Prozessen, als ein gewisser Mohammed, Gründer des Islams korrekt als Schlüsselperson identifiziert wurde. Verhandlungen oder militärische Aktionen dürften allerdings zu spät sein, da er im Jahre 632 verstarb.

Diese Entwicklung birgt mehre Gefahren in sich. Unkritische Benutzung von Modellen kann buchstäblich Menschenleben kosten. Ein Computermodell ist nie besser als das Konzept, was dahinter steht. Ist das Konzept schlecht, so sind die Vorhersagen nichts wert. Schlimmer noch, wenn man auf Grund eines Modells Schlüsselgruppen oder Personen „diplomatisch oder militärisch angreift“ und danach kein Aufstand stattfindet, ist das natürlich nicht der Beweis des Modells. Vielleicht waren die Personen gar nicht wichtig und es hätte sowieso kein Aufstand statt gefunden. Solche militärisch unterstützte Forschung kann auch den ganzen Forschungszweig in Misskredit bringen. Einer der Pioniere des Feldes, Robert Axtell wird in dem Artikel sehr skeptisch zitiert, laut ihm benötigt die modellbasierte Sozialforschung noch 20, vielleicht 100 Jahre um überhaupt menschliches Verhalten besser verstehen zu können. Allerdings ist dennoch nicht zu unterschätzen, dass kleinere Modelle (beispielsweise zum Kommunikationsverhalten von Widerstandsgruppen) schon bald wirkliche Polizeiaktionen auslösen können. Wie groß das Interesse für diese Modelle ist, habe ich auf Kongressen erfahren, als ich sie warnend als Beispiel zitierte. Wissenschaftler aus Staaten mit ausgeprägter Repression wie Kolumbien waren sehr interessiert. Nicht an den Warnungen, sondern an den Modellen.