From physics to engineering, biology and social science, natural and artificial systems are characterized by interconnected topologies whose features - e.g., heterogeneous connectivity, mesoscale organization, hierarchy - affect their robustness to external perturbations, such as targeted attacks to their units. Identifying the minimal set of units to attack to disintegrate a complex network, i.e. network dismantling, is a computationally challenging (NP-hard) problem which is usually attacked with heuristics. Here, we show that a machine trained to dismantle relatively small systems is able to identify higher-order topological patterns, allowing to disintegrate large-scale social, infrastructural and technological networks more efficiently than human-based heuristics. Remarkably, the machine assesses the probability that next attacks will disintegrate the system, providing a quantitative method to quantify systemic risk and detect early-warning signals of system's collapse. This demonstrates that machine-assisted analysis can be effectively used for policy and decision making to better quantify the fragility of complex systems and their response to shocks.


翻译:从物理学到工程学、生物学和社会科学,自然和人工系统都具有相互关联的地形特征,其特征,例如,不同程度的连通性、中尺度的组织、等级等,影响到其对外部扰动的稳健性,例如对其单位的定向攻击。确定攻击的最起码的一组单元以瓦解复杂的网络,即网络的拆除,是一个计算上具有挑战性(NP-硬)的问题,通常会受到超自然学的攻击。在这里,我们表明,受过训练的拆除相对较小的系统的机器能够确定更高层次的地形形态,从而能够比基于人类的超自然学更高效地分解大型的社会、基础设施和技术网络。值得注意的是,机器评估了下一次攻击会破坏系统的可能性,提供了量化系统风险和检测系统崩溃早期警报信号的定量方法。这说明,机器辅助分析可以有效地用于制定政策和决策,更好地量化复杂系统的脆弱性及其对冲击的反应。

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