Netzwerkforschung Wie man weltweite Pandemien verhindert

Durch den weltweit vernetzten Flugverkehr könnten sich gefährliche Viren leicht weltweit verbreiten. Forscher der ETH Zürich haben nun untersucht, wie dieses weltumspannende Netzwerk zerlegt werden müsste, um die Verbreitung von Viren kostengünstig zu stoppen.

Im Falle einer drohenden Pandemie die grössten Flughäfen zu schliessen, wäre zwar zweifellos effektiv. Weil dies aber ein massiver Eingriff in den globalen Flugverkehr und deshalb kostspielig wäre, haben Forscher um Xiao-Long Ren und Nino Antulov-Fantulin von der ETH Zürich nach weniger radikalen, aber trotzdem wirksamen Alternativen gesucht. Davon berichten sie im Fachblatt «PNAS».

«Würde man zum Beispiel zuerst einige mittelgrosse Flughäfen anstatt die grössten Hubs schliessen, dann würde das Szenario, das wir untersuchten, viermal weniger Kosten verursachen», erklärte Antulov-Fantulin gemäss einer Mitteilung der ETH vom Donnerstag. Trotzdem scheine dies genauso wirksam zu sein, um die Ausbreitung des Virus einzudämmen.

Deutlich weniger Fluggäste betroffen

Die Forscher spielten dieses Szenario für Europa, Nordamerika und Asien als Teile eines weltweiten Flugverkehrsnetzwerks durch. Demnach würde die Schliessung von mittelgrossen Flughäfen nur sechs Prozent der weltweiten Fluggäste betreffen. Die Schliessung der grössten Flugverkehrsknotenpunkte würde indes 25 Prozent betreffen.

Das Problem, wie man Netzwerke möglichst effizient und kostengünstig zerlegt, lässt sich aber auch auf andere Situationen als die Virus-Verbreitung durch den globalen Flugverkehr übertragen, beispielsweise kriminelle Netzwerke. Auch hier lohne es sich, nicht bei der Spitze anzufangen, weil die Bosse zum einen gut geschützt, zum anderen rasch durch eine neue Führungsperson ersetzbar seien, schrieb die ETH.

Zuerst mittlere Positionen

Hingegen lasse sich ein kriminelles Netzwerk mindestens ebenso wirksam und mit weniger Aufwand zerschlagen, wenn man zuerst mittlere Positionen entferne. «Im Vergleich zu einer State-of-the-art-Methode sind die Kosten der Netzwerk-Zerlegung in unserem Ansatz 2,5-mal tiefer, wenn wir ein kriminelles Netzwerk auf 10 Prozent seiner ursprünglichen Grösse reduzieren», liess sich Xiao-Long Ren zitieren.

Bei der Zerlegung von Netzwerken handelt es sich um eines der grundlegenden Probleme der Netzwerkforschung. Dabei geht es darum, welche Knoten man deaktivieren oder entfernen muss, um ein im Netzwerk auftretendes Problem oder eine Fehlfunktion zu beheben. Das «Zerlegungs-Problem» zählt zur Klasse der besonders komplexen Computerprobleme, den sogenannten NP-schweren Problemen.

https://www.pnas.org/content/early/2019/03/14/1806108116