Hálózatok világában élünk

Az Innotéka.hu tudományos portál cikke.

Ma már a hálózatkutatás eredményei közvetlenül hasznosulnak például egy-egy vállalat hatékonyságának növelésében. Ide kell sorolni a terrorizmus elleni harcot is, amely nyilván nem nélkülözheti a hálózatelmélet eredményeit – nyilatkozta magazinunknak Kertész János fizikus, akadémikus, a Közép-európai Egyetem (CEU) és a Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Széchenyi-díjas professzora. A kutató nem kis büszkeséggel említette, hogy a CEU-n tavaly ősszel elindult Európa első hálózat­tudományi doktori iskolája. Negyvenen jelentkeztek, öt hallgatót vettek fel.

Miközben igen nagy gondot fordítunk az otthoni számítógépünk védelmére, elképesztő mennyiségű adatot hagyunk magunk után a virtuális világban. Mire tudja ezt használni a hálózatkutató?

– Szinte minden cselekedetünk adatokat, „digitális lábnyomokat” hagy maga után. Ezek az információk a tudomány számára aranybányát jelentenek; segítségükkel olyan kérdéseket lehet megválaszolni, amilyeneket korábban fel sem lehetett vetni. Azért nem vetődhettek fel, mert nem volt remény az értelmes válaszra. Illetve hipotéziseket állítottak fel például azt illetően, hogy milyen a kapcsolatok szerkezete társadalmi méretekben, milyen a kötődések szerepe a társadalom szövetének összetartásában. De ezeket a problémákat empirikus módon a napjaink adatözönének megjelenéséig nem tanulmányozhatták a szakemberek. Az információs-kommunikációs technikák fejlődésének köszönhetően új diszciplína született, amelyet computational social science-nek, azaz számítógépes társadalomtudománynak neveznek. Vegyünk egy példát. Ma mindenki magánál tartja a mobiltelefonját, kommunikációjának meghatározó része azon keresztül zajlik. Olyan, mintha a mobil része lenne a szervezetének. Arra kevesen gondolnak, hogy minden telefonhívás nyomot hagy a világban. Rögzül, hogy ki kit hívott, mikor, hol, mennyi ideig beszéltek. Ezen információk alapján az egyes személyek mozgása követhető, ebből a mobilitására lehet következtetni. A mobiltelefonálási szokások alapján megrajzolható egy személy, egy közösség, egy egész társadalom kapcsolatrendszere.

Korábban erre nem volt lehetőség. A hálózatok felhasználásának számos más területe is van. Modellezhető például a betegségek terjedése: hogyan alakul ki egy járvány, hogyan terjed és cseng le idővel. De nem csak a kórokozók terjedhetnek, pozitív dolgok, például új eszmék, innovációk térhódítása is tanulmányozható, és alkalmasint megjósolható. Persze a járványoknál a terjedés lassítása a cél, az innovációknál pedig az, hogy minél gyorsabban, minél szélesebb körben terjedjen el az új információ.

Szabadon hozzáférhető adatot közlünk magunkról a blogokban, a közösségi médiában. Ezek alapján az egész társadalmat fel lehet térképezni, sőt, a modelleket akár politikai folyamatok előrejelzésére is fel lehet használni. Az ilyen típusú modellek sok mindenre felhasználhatók. Mégis mire?

– A tudományos kutatás az adatok elemzésével kezdődik, de a megértéshez a megtalált szabályosságok, mintázatok rendszerbe foglalására és modellezésére van szükség. A modellek előrejelzéseket szolgáltatnak, amelyeket aztán ellenőrizni lehet az újabb adatokon. A megbízhatónak bizonyuló modellek előrejelzéseit komolyan lehet venni. Például Alessandro Vespignani és munkatársai olyan járványterjedési modellt dolgoztak ki, amellyel valós időben lehet követni, illetve „jósolni” a folyamat lefutását. Ennek jelentőségét nem lehet eléggé hangsúlyozni a 2014-es ebolajárvány árnyékában. Ehhez mobilitási adatokat kell felhasználni – ezek vizsgálatában Barabási Albert-László csoportja ért el kiemelkedő eredményeket.

Légi közlekedési kapcsolatok háló­zatának feltérképezése a nyugat-afrikai országok és a világ többi része között a 2014-es nyugat-afrikai ebolajárvány kapcsán

Ma már egyetértés van abban, hogy a nemzetközi pénzügyi rendszert jellemző hálózat sérülékeny, és ennek komoly szerepe volt a 2008-as globális válság kialakulásában. A Shlomo Havlinék által kidolgozott modell magyarázatot ad arra, hogy ez miért van így: a különböző hálózatok összekapcsolódása növeli a kockázatot. Az emberi kapcsolatok hálózatának figyelembevételével a véleménydinamikai modellek tehetők sokkal hatékonyabbá. A hálózatkutatók egyik fontos célja olyan modellek kidolgozása, amelyek valós időben jelzik előre a folyamatokat. A modellek, hasonlóan a meteorológiai számításokhoz, az új adatoknak megfelelően frissíthetők, aktualizálhatók.
A hálózattudomány adatvezérelt tudomány, ami azt jelenti, hogy hatalmas adattömeggel dolgozik. Ez a „Big Data”-ként emlegetett ismeretforrás megfelelően feldolgozva komoly konkurenciát jelenthet a közvélemény-kutatás számára. Kiderülhet, hogy a Google-trend vizsgálatával – ami azt elemzi, hogy egy adott szóra adott időszakban hányan kerestek rá – pontosabb előrejelzés adható, mint egy reprezentatív közvélemény-kutatás segítségével. A Google-trend vizsgálata alapján évekkel ezelőtt az influenza terjedésének előrejelzése bámulatosan pontos volt; pedig csak abból indultak ki, hogy hányan kerestek rá a hőmérő, a gyógyszer és egyéb, a betegséggel kapcsolatos kifejezésekre. Azok a technikák, amelyeket eddig ilyen előrejelzésekre alkalmaztak, tehát viszonylag egyszerűek. A hálózati szempontok figyelembevétele szerintem ugrásszerűen javíthat az eredményeken – ám ez a hálózattudományi megközelítés már sokkal bonyolultabb.

Milyen gyakorlati eredményeket hozott a társadalom szerkezetének, ezen belül a kapcsolati hálónak a megértése?

– Látszik, hogy a felhasználási lehetőségek köre óriási, és egyre bővül. A járványok leküzdése, az urbanisztikai és közlekedési problémák megoldása, de a kommunikációs szolgáltatások igényekhez igazítása is hozzájárul a társadalmi közérzet javításához (well being). Ma már a hálózatkutatás eredményei közvetlenül hasznosulnak, például egy-egy vállalat hatékonyságának növelésében. Ide kell sorolni a terrorizmus elleni harcot is, amely nyilván nem nélkülözheti a hálózattudomány eredményeit.
Vegyünk egy konkrét példát. Az orvosi gyakorlatban hihetetlen mennyiségű adat keletkezik. Ezeknek a feldolgozása hálózatelméleti eszközökkel csak most kezdődött el. A rendelkezésre álló információk segítségével olyan kapcsolatokat fedezhetünk fel különböző betegségek között, amelyekről korábban nem is álmodtak az orvosok. Kiderült, hogy egyes betegségek, amelyeknek eddigi tudásunk szerint nincs közük egymáshoz, valamilyen módon összefüggnek. Ugyancsak a hálózatkutatás eszközével sikerült kimutatni azt a meglepő tényt, hogy a kóros elhízás járványos betegség. Ha valakinek a környezetében sok az elhízott, nagy a valószínűsége annak, hogy ő is túlsúlyos lesz. Ez tipikus hálózati hatás. Ma már világos, hogy a gazdasági világválság egyik fő oka a pénzügyi hálózatok sérülékenysége volt – ezt is kiválóan modellezték a kutatók.

A hálózatkutatásnak a terrorizmus elleni harcban is hasznát lehet venni. Utólag derült ki, hogy ha időben rögzítik a tizenkilenc elkövető hálózati kapcsolatrendszerét, megakadályozhatták volna a World Trade Center, a Pentagon, illetve a Capitolium elleni terrortámadást. Össztársadalmi szinten az igazán rosszindulatú, nagy hatalmú elkövetőkkel szemben ma is tehetetlenek vagyunk – olvasható egy korábbi nyilatkozatában. Ma is tartja ezt a véleményét?

– Mint minden tudományt, a hálózatelméletet is lehet jó és rossz célra egyaránt alkalmazni. A terrorista hálózatok felgöngyölítésében eddig is felhasználták a hálózatelméletet, és, sajnos, a terroristák is messzemenően kihasználják a hálózatok adta lehetőségeket. Ennek értelmében a hálózattudománynak helye és szerepe van a terrorizmus elleni harcban. A bűnözés és a bűnüldözés között állandó a versenyfutás, és ez nincs másképp a terrorizmus esetében sem. A feltételek azonban különböznek: a terroristák üldözőit kötik a törvények, de a terroristákat nem. Azaz, ez egy unfair verseny. A tehetetlenség, amire korábban céloztam, erre az egyenlőtlenségre vonatkozik. Vannak, akik azt a megoldást javasolják, hogy a terrorelhárítást fel kell menteni a törvénykövetés kötelezettsége alól. Ennek azonban más, súlyos veszélyei lennének. Minden egyes terroristát előbb-utóbb el lehet kapni, ám magát a terrorizmust mint jelenséget kétlem, hogy meg lehet szüntetni. Tudom, nem nagy bölcsesség, amit mondok, de a megoldást a terrorizmust kiváltó okok megszüntetése jelentené.

Az internetnek nagy szerepe volt abban, hogy az elmúlt években robbant be a hálózatkutatás. Segítségével olyan mennyiségű és minőségű adatot lehet összegyűjteni a kutatás számára, amire korábban nem volt lehetőség. Az internetnek köszönhetően egyre több adat áll rendelkezésre. Alapvető a szerepe abban, hogy a hálózatkutatás bő évtizede aranykorát éli. Az elmúlt évtizedben merre tolódtak el a hangsúlyok?

– Az internetnek, de általában az információs-kommunikációs technológiának óriási szerepe van a hálózattudomány látványos fejlődésében. Hiszen nemcsak olyan források, mint az online szociális hálózatok, hanem akár a mobiltelefonálási vagy GPS-adatok is kiváló lehetőséget szolgáltatnak a társadalom működésének mélyebb megértéséhez. A digitális lábnyom olyan részletes képet ad az emberi aktivitásról, ami korábban elképzelhetetlen volt. A sikerek másik forrása annak a felismerése, hogy csak egészen különböző diszciplínák összefogása vezethet ezen a területen eredményekhez. Matematikusok, informatikusok, társadalomtudósok, fizikusok és biológusok szinte egyidejűleg ébredtek rá ennek a szükségességére. Az egymásrautaltság felismerése alapvető a hálózatkutatás robbanásszerű fejlődésében.

Digitális lábnyomunk a tudomány számára kincsesbánya

A kutatás először főleg a statikus szerkezetre irányult, és arra a meglepő eredményre vezetett, hogy egészen különböző hálózatok hasonló szerkezeti sajátosságokat mutatnak. A társadalmi hálózat, a biokémiai hálózatok vagy az internet mind úgynevezett „kis világok”, vagyis annak ellenére, hogy nagyszámú elemből állnak, ezek egymástól való hálózati távolsága kicsi. Ugyancsak közös tulajdonság, hogy az egyes elemek nagyon heterogének, például szomszédjaik száma széles határok között változik. Az első időszak ezeknek a statikus struktúráknak a megértésével, modellezésével telt. Mára feltérképeztük ezeket az univerzális tulajdonságokat, ennek megfelelően nagyobb hangsúly jut a különbségekre. Például arra, hogy: milyen változások következnek be egy hálózatban, hogy alakul egy hálózat teljes életciklusa? Milyen dinamikai folyamatok zajlanak a hálózatokon? – hiszen a hálózatok nem statikusak, hanem állandóan változnak. Létrejönnek, elhalnak, új csomópontok születnek, kötések bomlanak fel. Egy további, intenzíven kutatott terület a hálózatok egymáshoz kapcsolódásából fakadó jelenségek köre. Kiderült, hogy egy rendszert nagyon gyakran több hálózat jellemez, rendszerek kapcsolódnak egymáshoz. Ezeket az úgynevezett multiplex hálózatokat kezdjük egyre jobban érteni. Ilyen hálózatrendszerre példa a közlekedés. Mindannyiunk tapasztalata, hogy Budapest közlekedése meglehetősen bonyolult. Autóbusz-, trolibusz-, villamos- és metróhálózat mellett személy- és teherautók hada próbál eljutni egyik pontból a másikba. Ha valaki valahova el akar jutni, e hálózatok közül választhat, illetve válthat is egyik hálózatról a másikra. A korábban említett pénzügyi hálózatokhoz (amelyek ugyancsak többrétegű hálózatok) hasonló érzékenységű rendszerről van szó – elég, ha arra gondolunk, hogy mi történik, amikor valamelyik elem kiesik. Leáll a metró, megbénul a város egy részének a közlekedése. Azt tapasztaljuk, hogy ezek a többrétegű hálózatok nagyon gyakran hihetetlenül érzékenyen reagálnak a kisebb működési zavarokra.

Az Amerikai Tudományos Akadémia néhány éve amellett érvelt, hogy a hálózatkutatás önálló tudományág, amelyet önállóan kell kezelni. Mások szerint még nem dőlt el, hogy külön tudományág-e, vagy egy már létezőnek a vadhajtása. Hol a helye a hálózatkutatásnak a tudományok világában?

– Szerintem nem sok értelme van annak a vitának, hogy valami önálló tudomány-e vagy sem. Az számít, hogy hozzájárul a világ megértéséhez és fontos, hasznosítható eredményeket tud felmutatni, vagy sem. A kategorizálásnak a kutatási támogatások elosztásánál lehet jelentősége, ha éppen ez a szempont számít. Nos, a hálózattudomány az önálló diszciplínák ismérveivel rendelkezik: saját folyóiratai, konferenciái, tudományos társasága van. Nem kis büszkeséggel elmondhatom, hogy a Közép-európai Egyetemen tavaly ősszel elindítottuk Európa első hálózattudományi doktori iskoláját. Negyvenen jelentkeztek, öt hallgatót tudtunk felvenni – mind az öt más országból érkezett, és mind az ötnek más az alapképzettsége. Néhány év múlva tizenöt-húsz doktoranduszhallgató tanul majd nálunk egy időben.

A töménytelen mennyiségű adat, amit magunk mögött hagyunk, felhasználható ellenünk vagy mellettünk; viselkedésünkre, szokásainkra, érdeklődésünkre, preferenciáinkra nagyon jól lehet belőlük következtetni. Éppen ezért alapvető szempont, hogy az adatfelhasználást miként szabályozzák. A terrorizmus árnyékában milyen szabályozást tart Ön megfelelőnek?

– Az adatvédelem általános kérdései speciális szakértelmet követelnek. Ezzel kapcsolatban csak azt szeretném megjegyezni, hogy a személyiségi jogok, a privacy megítélése erősen függ az életkortól. A fiatalok az idősebbeknél kevésbé érzékenyek a személyiségi jogokra. Sok fiatal, meglehetősen könnyelműen, olyan adatokat tesz közzé magáról, amelyeket akár rosszindulatú személyek, akár az állam felhasználhatnak ellenük. Árthatnak nekik. Az ártalom többféle lehet. Lehet egyszerű cikizés az osztálytársak részéről, de olyan adatok is kikerülhetnek, amelyeket az állami szervek bármikor felhasználhatnak ellene. Fontos lenne tudatosítani az ifjúságban az ezzel járó veszélyeket. Az is lehetséges, hogy valaki, megbízva egy adatgyűjtőben, önként lemond az adatok védelméről, vagy egyenesen felajánlja az adatait. Ha ezeket az adatokat megfelelő védelemmel látják el – más nem férhet hozzá –, akkor ezeknek az elemzése nem jelenthet veszélyt.
A kérdést a tudományos kutatás lehetőségeinek szempontjából is elemezni lehet. Amikor egy tudományág elér egy bizonyos fejlettségi szintet, amikor már lehet jóra és rosszra is használni, akkor fellép a szabályozás igénye. Az USA Nemzeti Akadémiája egy tanulmányban – amely arról szólt, hogy milyen hatása van az említett adatok beáramlásának a tudományba – felveti, hogy a genetikához hasonlóan itt is szigorú törvényi szabályozás bevezetésére lenne szükség.
Azt szokás példaként felhozni, hogy a humán kísérletek előtt az adott egyetem vagy kutatóintézet etikai bizottságától engedélyt kell kérni a kutatási programra. A tanulmány amellett érvelt, hogy a társadalmi vonatkozású adatokat érintő kutatásokat is szabályozni kell. Ezzel kapcsolatban egy bostoni kollégát idéznék: egy tudós legvadabb álmában sem tenne olyat, amilyen dolgokat a nagy vállalatok nap mint nap elkövetnek.

A hálózatkutatás nem világtól elvonult kutatók játéka, az eredményekre gazdasági vállalkozást is lehet alapítani. Tavaly februárban jelentették be, hogy 170 millió forintos befektetéssel kisebbségi részesedést szerzett a Primus Capital Kockázati Tőkealap-kezelő a Maven Seven Hálózatkutató Zrt.-ben (Maven7). A hálózatkutatáson alapuló elemzéseket és szolgáltatásokat nyújtó cég alapítói között van többek között Barabási Albert-László és Vicsek Tamás, az ELTE professzora is. Más irányba is „piacosítható” ez a terület?

– Valóban nagyon sikeres az említett cég, ehhez hasonló profilú vállalkozás több is van Magyarországon. A Maven7 már a nemzet­közi piacon is megállta a helyét. Ezek a cégek jelzik, hogy ez a tudomány bevonult, beépült a gazdaságba. A világcégek közül egyebek mellett a Google, a Microsoft, a Yahoo külön hálózat­kutató rész­legeket működtet. Az informatikai, telekommunikációs cégek mellett érdekelt a járványügy, a várostervezés, a marketing, a pénzügy – mindegyik kiváló terep a hálózatkutatók számára. Nem tartok attól, hogy PhD-hallgatóink végzésük után munkanélküliek lesznek.

Barabási Albert-László a hálózatkutatás „atyja” – megannyi hazai ismeretterjesztő cikkben szerepel ez a kitétel. Mennyiben tekinthető a hálózatkutatás magyar tudománynak?

– A hálózattudomány egyik atyja valóban Barabási Albert-László, akinek elévülhetetlen érdemei vannak a hálózatkutatás területén, de nincs olyan, hogy magyar tudomány. Egyik nemzet sem sajátíthat ki egyetlen tudományt sem. Legfeljebb arról beszélhetünk, hogy egyik-másik tudományágban az átlagnál aktívabbak, sikeresebbek a magyarok. Ugyanakkor valóban igaz, hogy ezen a tudomány­területen számos igen sikeres magyar, illetve magyar származású kutatóval találkozhatunk. És nem csak a kutatóknak van jó érzékük a hálózatokhoz: Karinthy Frigyes Minden másképp van című, 1929-ben megjelent tárcagyűjteményében fogalmazta meg a manapság oly gyakran emlegetett „kis világ” jelenséget, a hálózatkutatás egyik sarokpontját. Ő írta le először, hogy bármelyik ember egy tetszőleges másiktól öt kézfogásnyi távolságra van. Karinthy csak személyes tapasztalataira és írói megérzéseire hagyatkozhatott, tippje mégis hátborzongatóan pontosra sikerült.
Ha mégis választ keresünk a magyarok aktívabb jelenlétére, a tudományos hagyományaink felé kell tekintenünk. A hálózatkutatás egyik lényeges eleme a gráfelmélet, és ennek a hazai matematikusok már jó száz éve az élvonalához tartoznak. Az első gráfelméleti tankönyvet a huszadik század elején Kőnig Dénes matematikus írta, a gráfelmélet kémiai alkalmazását néhány évtizeddel később Pólya György alapozta meg. Fontos az Erdős Pál és Rényi Alfréd nevéhez fűződő véletlengráf-modell, amely máig a hálózatelmélet egyik alapvető referenciamodellje. A maiak közül Bollobás Béla, Lovász László, Babai László egyaránt kiváló eredményeket ért el, de a fiatalok között is egészen kiemelkedő „csillagokat” találhatunk. Fontos szerep jut a hálózattudományban a statisztikus fizikának, és ezen a területen ugyancsak kitűnő magyar iskola fejlődött ki.

A hálózatkutatással foglalkozó hazai műhelyek eredményei közül melyeket kell kiemelni?

– A hálózatkutatás a matematika mellett is több kiváló kutatót tud felmutatni. A teljesség igénye nélkül említem a fizikus Vicsek Tamást és csoportját, nekik nagyon szép eredményeik vannak a hálózati közösségek felderítésében, újabban a hierarchiák működését vizsgálják. A kémia-biokémia területén Csermely Péterék a hálózati csomópontokat összekötő erős és gyenge kötések terén nagyon fontos eredményeket publikáltak, és a biokémiai és társadalmi hálózatok összehasonlításából igen érdekes következtetéseket vontak le. Az informatikában Benczúr Andrásékat kell kiemelni, akik az adatbányászatban tartoznak a világ élvonalához.

A hálózatkutatás egyik részterülete az adatbányászat

Ám ez csak néhány kiragadott példa, és az ilyen felsorolás mindig hiányos. Sok, nagyon magas színvonalon dolgozó hálózatkutató műhely működik Magyarországon.

Nem érték azért támadások, hogy a hálózatkutatók túl mélyre ásnak az emberek, a társadalom életében?

– A kutatás önmagában nem jó vagy rossz. Minden attól függ, hogy mire használják. Amikor hozzájutunk egy-egy hatalmas adatmennyiséghez – például telefonálási adatokhoz –, mindig alá kell írni egy nyilatkozatot, hogy nem törekszünk a telefonáló személyek azonosítására. Miközben az adatok olyan részletesek, hogy nagy pontossággal azonosíthatók lennének az egyes személyek. Ám minket nem a személyek érdekelnek, hanem a szokásaikból, a tevékenységükből levonható törvényszerűségek. Az adatokat a személyiségi jogokat sértő célokra is fel lehetne használni, de ilyen ügyben nem nálunk, kutatóknál kell reklamálni, hanem például az amerikai NSA-nál (National Security Agency, Nemzetbiztonsági Ügynökség – a szerk.) vagy hasonló szerveknél. Azt kell ellenőrizni, hogy a tudomány és alkalmazásai jó célokat kövessenek, nem pedig a működésüket korlátozni. Azzal azért tisztában kell lenni, hogy ha mi nem kutatunk, akkor más fogja elvégezni ezt a munkát. Ezt a folyamatot nem lehet leállítani. Hasonlít ez a gén­kezelt növények alkalmazásával kapcsolatos problémához. Magyarország dönthet úgy, hogy itthon nem kutathatnak és termeszthetnek ilyen növényeket, attól azonban a világ jelentős részén foglalkozni fognak velük, és fontos eredményeket érnek el. A kívülállás, a bezárkózás azzal járhat, hogy lemaradunk a versenyben.

Milyen jövőképet lát e fiatal tudományág előtt?

– Elfogult vagyok. Azt gondolom, hogy egy ígéretes folyamat elején járunk, aminek a lehetőségei a tudományterületen belül szinte korlátlanok. Nagyon fontosnak tartom, hogy összhangba hozzuk a lehetőségeket a célokkal, hogy ne rosszra használják ezt a tudományt. Számomra a tudomány alkalmazásának a célja segíteni az embereket abban, hogy javuljon az életminőségük. Nagy lehető­ségek vannak az egészségügyi alkalmazásokban, a társadalmi együttélés feltételeinek javításában, a gazdasági struktúrák hatékonyabbá té­telében. A tudomány eszközeivel, a tudományt fejlesztve olyan irányokba tehetünk lépéseket, amelyek az életünket alapvetően meghatározó kereteket teszik élhetőbbé.

Kiemelt kép: Az 5G hálózatok ideálisak lesznek az államok közti kiberkaratéhoz