健身中心性：從網路安全到生態保育，萬能的新工具找尋關鍵點

要是你能像磨碎起司一樣拆解一個網路，隔離出它最關鍵的元素，將其分割成互不連線的部分，以揭示哪些地方受到幹擾時破壞力最大，那會如何？這就是「健身中心性」（Fitness centrality）的威力。複雜性科學中心（Complexity Science Hub，簡稱CSH）的研究人員在近期發表於《物理學期刊：複雜性》（Journal of Physics: Complexity）的一項研究中，介紹了這項新方法。

透過找出任何網路（從社群媒體、金融系統到交通網路和生態保育等）中最重要的節點，健身中心性提供了一種更快速、更有效的方式，能在薄弱環節引發混亂之前就將其找出。與先前需要昂貴重新計算成本的方法不同，此方法簡化了分析流程，即便對於龐大且複雜的網路也具有實用性。

CSH的高階研究員、論文第一作者Vito D.P. Servedio解釋道：「這項發現之所以特別令人振奮，在於它的普遍適用性。它將先前只限於經濟分析的方法，拓展成一個適用於所有型別網路的萬能工具。」

此方法尤其擅長找出那些一旦移除，就會使網路其他許多部分被隔離的節點。就好比通訊網路中伺服器故障，中斷許多使用者的連線；或是供水網路中的幫浦故障，導致某些地區供水癱瘓。

Servedio解釋說：「對於保護重要基礎設施以及瞭解網路可能如何故障而言，這是一項至關重要的能力。」

這項工具的實際應用範圍極為廣泛。共同作者Giordano De Marzo表示，「健身中心性」的概念可用於供應鏈中，以確定哪些公司對網路的運作至關重要，從而實現更好的風險管理和更具韌性的規劃。

康斯坦茨大學（University of Konstanz）的博士後研究員、CSH的研究員De Marzo補充道：「在生態網路中，它能協助保育人士找出哪些物種對維持生態系統穩定最為關鍵。」

CSH的訪問學生、共同作者Emanuele Calò解釋說，對於網路安全專家而言，它提供了一種新方法，可用於識別電腦網路中需要額外保護的脆弱點。

來自盧卡高等研究學院（IMT School for Advanced Studies Lucca）的博士生Calò還補充道：「在交通網路，如航空或道路系統中，識別像機場和十字路口等關鍵節點，有助於維持連線不佳地區的連通性，並在發生幹擾時最佳化應對策略。此外，在公司內部的合作網路中識別重要員工和團隊，有助於防止溝通中斷，確保工作流程的連續性。」

「此方法的一個關鍵優勢在於其計算效率。與其他在每次移除節點後都需要重新計算網路引數的方法不同，此方法只在初始化階段計算一次適配值。這使得它在分析大型網路時具有實用性，而其他替代方法在處理大型網路時速度會極慢。」

Servedio表示：「在某些情況下，比如針對有組織犯罪網路的執法行動中，移除節點後重新計算網路屬性並不可行，此時這個方法就格外有價值。」

在測試案例中，這項新方法在識別那些移除後最會干擾網路的關鍵節點方面，始終比現有方法高出約15%的成效。Servedio解釋說：「可以說我們的方法能產生多15%的網路碎片。」

Servedio補充道：「根據你的目標，有很多方法可以幹擾一個網路。如果你想將一個網路分裂成大型社群，介數中心性（betweenness centrality）是個合適的方法。相比之下，我們的健身中心性方法就像磨碎起司一樣幹擾網路，將它們分解成小碎片，也就是微小的叢集或沒有連線的孤立節點。例如，在恐怖分子網路中，將其分裂成大型部分可能會導致失去對這些團體的監控。相反，目標應該是盡可能隔離更多的個體。」

正如科學領域中常見的情形，最初為特定學科或問題開發的方法，在其他領域也可能證明是有用的。「健身中心性」基於「經濟適配複雜性」（Economic Fitness Complexity，簡稱EFC）的關鍵概念，後者最初是為瞭解釋和預測國家、城市及地區的經濟發展軌跡而開發的一項指標。

然而，現有的演算法只限於二分圖，二分圖是用於描述兩組元素之間關係的數學模型。

來自羅馬第一大學（Sapienza University of Rome）的共同作者Alessandro Bellina指出：「即使與這個二分結構有最小的偏差，它就無法使用了，而問題在於現實世界的網路通常不只是由兩組元素組成。」

「我們將原本為經濟分析開發的方法，轉變成了一個可用於理解任何型別網路系統的工具。」