Un algoritm „absurd de rapid” a rezolvat o problemă de trafic veche de 70 de ani. Cum funcționează

De aproape 70 de ani, cercetătorii au încercat să găsească o soluție pentru un flux maxim. Adică cel mai rapid flux de informații care poate să treacă printr-un sistem cu o capacitate limitată, scrie Live Science. 

Algoritmii din trecut pentru flux maxim au avansat soluția, dar niciodată la acest nivel.

Un algoritm „absurd de rapid” a rezolvat o problemă de trafic veche de 70 de ani

Noua cercetare a fost prezentată recent în cadrul Proceedings of the 56th Annual ACM Symposium on Theory of Computing. 

Studiul detaliază un algoritm „absurd de rapid” ce poate rezolva problema la o viteză aproape egală cu introducerea detaliilor despre rețea. Adică aproape instant după ce deține datele necesare calculului.  

Problema fluxului maxim reprezintă un punct important în științele algoritmice. A inspirat numeroase avansuri în acest sector. Prima încercare de rezolvare a avut loc în anul 1956. Atunci, matematicienii Delbert Fulkerson și Lester Ford au propus o teorie pe care au numit-o „soluția lacomă”.

Un astfel de algoritm funcționează prin potențarea alegerilor imediat avantajoase în fiecare punct din rețeaua de decizii. Adică alege cea mai bună cale care se află fix în fața sa, indiferent de repercusiunile pe termen lung. 

Acest algoritm s-a dovedit îndeajuns de eficient pentru moment. Dar nu a produs cel mai bun flux. Dacă alte rute erau blocate, în traficul de pe carosabil, de exemplu, sau apăreau anumite blocaje pe stradă, atunci sistemul nu mai era la fel de eficient.

Contribuțiile în această arie din următorii 70 de ani tot nu au găsit o soluție la fel de eficientă precum cea pe care a dezvoltat-o un algoritm „absurd de rapid” prezentat recent. Schimbări din ultimele decenii au reușit să crească viteza, dar nu au atins fluxul maxim. De exemplu, în 2004, schimbările au dus la creșterea vitezei algoritmului de la un multiplu de m^2 (m fiind numărul nodurilor din rețea) la un multiplu de m^1.33. Dar din 2004, progresul a stagnat. 

Algoritmul poate oferi soluții pentru traficul terestru și aerian

Pentru a ajunge la această descoperire, experții au combinat 2 abordări din trecut. Soluția originală prin care orice rețea era privită drept trafic. Și o altă teorie care vedea rețeaua drept o rețea electrică. 

Spre deosebire de trenuri și mașini, fluxul electronilor poate fi parțial redirecționat pentru a se alătură unui curent care merge paralel, pe o altă rută. Ceea ce a permis experților să creeze cel mai bun flux pe întreaga rețea. După aceea au aplicat abordarea segment pe segment pentru a  obținut un algoritm „absurd de rapid”.

Prin combinarea acestor 2 abordări, au ajuns la un algoritm hibrid. Daniel A. Spielman, profesor din cadrul Universității Yale, a numit acest algoritm „absurd de rapid”. Spielman a condus programul doctoral al unuia dintre cercetătorii care au participat la studiu.

Spielman a comparat noua soluție cu cele precedente și a concluzionat că e „ca un Porsche care depășește o căruță trasă de cai”. Algoritmul poate fi folosit în numeroase industrii, de la datele transmise pe Internet, la eficientizarea piețelor internaționale și traficului aerian sau terestru.