Redes Complexas: Internet, Web e outras aplicações em computação: search, difusão, clustering

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1 Redes Complexas: Internet, Web e outras aplicações em computação: search, difusão, clustering DCC/UFMG - PÓS e Graduação - 2 o Semestre de 2006 Virgílio A. F. Almeida: 1. Motivação: O objetivo do curso é oferecer uma visão detalhada da teoria das redes complexas, com suas aplicações em ciência da computação, como Internet, Web, recuperação de informação e redes de sensores. A teoria de redes complexas se aplica a outras áreas também, como redes sociais, economia, biologia e física. O curso focaliza principalmente na análise estática das estruturas de topologia das redes complexas e nas suas aplicações a algoritmos específicos. Alguns aspectos de evolução dinâmica (ex.: temporal) serão abordados Em particular, no curso serão abordados seis tópicos em torno das redes complexas. Primeiro, vamos analisar as propriedades das redes conhecidas como small world, que existem entre os grafos randômicos e lattices regulares. Redes complexas apresentam características como scale-free e leis de potência ( power laws ) que descrevem as distribuições de vários atributos dessas redes. Esses tópicos serão estudados em detalhe. Ao entender essas características e propriedades das redes complexas, pode-se projetar algoritmos para busca e recuperação em tais redes. Pode-se ainda estudar mecanismos de difusão e deteçcão de informação (ex.: inovação, virus, edpidemias, spam, etc) em tais redes. Esses tópicos e seus algoritmos serão estudados no curso. 2. Tópicos A. Redes: introdução, conceitos, grafos e medidas B. Redes do Tipo Small World C. Small Worlds na Web e em Redes de Colaboração D. Leis de Potência e Scale-Free Networks E. Leis de Potência na WWW e Internet F. Search em Redes G. Difusão em Redes 3. Organização do Curso Provas: duas provas em sala de aula, cada uma valendo 25% do conceito final.

2 Midterm Paper (20%), individual ou grupos de 2 alunos. O paper de no 5 páginas (coluna dupla) deverá fazer um survey completo sobre um tema escolhido e propor novas idéias, se possível apresentar resultados. Projeto (30%) individual ou grupos de 2 alunos. O trabalho deverá desenvolver um projeto experimental, de maneira sistemática, de acordo com o método científico. O projeto poderá usar temas de pesquisas de outras disciplinas, como redes, recuperação de informação, redes de sensores, robótica, sistemas operacionais, etc. Entretanto, tem de ser um novo projeto e não algo já apresentado em outra disciplina. Pode aproveitar trabalhos iniciados em outras disciplinas, mas tem de apresentar os conhecimentos deste curso. Leituras e apresentações (20%): os alunos deverão ler antes das aulas os artigos que serão discutidos e alguns selecionados farão apresentações e haverá arguições sobre os artigos assinalados para cada aula. Os alunos deverão participar ativamente das discussões de artigos em sala de aula. Nota Final: leituras (10%), exercícios (10%), projeto (20%) e provas (60%) 4. Programa do Curso e Calendário de Aulas e Leituras de Artigos Agosto Dia 7 - apresentação do curso Dia 9 tópico A, artigos [0] Dia 16 tópico A, artigos [0] Dia 21 tópico B, artigos [1, 2] Dia 23 tópico B, artigos [3] Dia 28 tópico C, artigos [7, 5] Dia 30 tópico C, artigos [6, 4] Setembro Dia 4 tópico C, artigos [8] Dia 6 tópico D, artigos [9] Dia 11 não haverá aula estudo de artigos Dia 13 Entrega do Midterm (não haverá prorrogação) Dia 18 Apresentações dos Midterm Papers Dia 20 Apresentação dos Midterm Papers Dia 25 - tópico D, artigos [11] Dia 27 - tópico D, artigos [10, 12] Outubro Dia 2 tópico E, artigos [13] Dia 4 não haverá classe estudo da referência Dia 9 não haverá classe estudo da referência Dia 11 - não haverá classe estudo da referência Dia 16 tópico E, artigos [15] Dia 18 Prova #1 Dia 23 - tópico E artigos [14, 16] Dia 25 não haverá aula estudo da referencia

3 Novembro Dia 1 tópico F, artigos [17, 18] Dia 6 tópico F, artigos [19, 20] Dia 8 - tópico F, artigos [21, 22] Dia 13 tópico G, artigos [23] Dia 15 feriado Dia 20 - tópico G, artigos [24] Dia 22 tópico G, artigos [25, 26] Dia 27 - Reserva Técnica Dia 29 PROVA #2 Dezembro Dia 4 apresentação de projetos Dia 6 apresentação de projetos 5. Pré-Requisitos Curso de Estatística/Probabilidades e Matemática Discreta, equivalentes aos oferecidos na graduação do DCC. 6. Referências Bibliográficas LIVROS Gerais: Albert-László Barabási, Linked: How Everything Is Connected to Everything Else and What It Means, Plume Publishing, Duncan Watts, Six Degrees: The Science of a Connected Age, W. W. Norton & Company, Feb Específicos: Romualdo Pastor-Satorras and Alessandro Vespignani, Evolution and Structure of the Internet: A Statistical Physics Approach, Cambridge University Press, February Stefan Bornholdt (Editor), Heinz Georg Schuster (Editor), Handbook of Graphs and Networks : From the Genome to the Internet, Wiley February ARTIGOS POR TÓPICO:

4 A. Introdução às Redes Complexas 0. Newman E. Mark, The structure and function of networks, Computer Physics Communications 147, (2002). B. Redes do Tipo Small World 1. Duncan J. Watts, "Small Worlds," Chapter 3 of D.J. Watts, Six Degrees: The Science of a Connected Age (New York & London: W.W. Norton & Company, 2002). 2. Watts, D.J., & Strogatz, S.H. (1998). Collective dynamics of 'small-world' networks, Nature, vol. 393, pp Newman, M.E.J. (2000). Models of the small-world, Journal of Statistical Physics, vol. 101, pp C. Small Worlds na Web e em Redes de Colaboração 4. R. Albert, H. Jeong, and A.-L. Barabási, Diameter of the World Wide Web, Nature 401, (1999). 5. Adamic, L.A. (1999). The small world web. In Lecture Notes in Computer Science, Proceedings of the European Conference in Digital Libraries (ECDL) '99 Conference, pp (Berlin: Springer, 1999). 6. Barabasi, A. (2001). The physics of the Web, Physics World, vol. 14, no. 7, art Watts, D.J. (1999). Networks, dynamics and the small-world phenomenon. American Journal of Sociology, vol. 105, no. 2, pp Newman, M.E.J. (2001). The structure of scientific collaboration networks, Proceedings of the National Academy of Sciences, vol. 98, no. 2, pp D. Leis de Potência e Scale-Free Networks 9. A.-L. Barabási and E. Bonabeau, Scale-Free Networks, Scientific American 288, (2003) 10. Duncan J. Watts, "Beyond the Small World," Chapter 4 of D.J. Watts, Six Degrees: The Science of a Connected Age (New York & London: W.W. Norton & Company, 2002). 11. Barabasi, A., & Albert, R. (1999). Emergence of scaling in random networks. Science, vol. 286, pp Ebel, H., Mielsch, L.I., & Bornholdt, S. (2002). Scale-free topology of networks. Physical Review E, vol. 66, E. Leis de Potência na WWW e Internet 13. Broder, A., Kumar, R., Maghoul, F., Raghavan, P., Rajagopalan, S., Stata, R., Tomkins, A., & Wiener, J. (2000). Graph structure in the web. In the Proceedings of the 9th World Wide Web Conference. 14. Adamic, L.A., & Huberman, B.A. (2000). Power-law distribution of the World Wide Web. Science, vol. 287, p. 2115a. 15. Faloutsos, M., Faloutsos, P., & Faloutsos, C. (1999). On power-law relationships of the Internet topology. Computer Communication Review, vol. 29, pp R. Albert, H. Jeong, and A.-L. Barabási, Error and attack tolerance in complex networks, Nature 406, F. Buscas em Redes

5 17. Duncan J. Watts, "Search in Networks," Chapter 5 of D.J. Watts, Six Degrees: The Science of a Connected Age (New York & London: W.W. Norton & Company, 2002). 18. Kleinberg, J. (2000). Navigation in a small world. Nature, vol. 406, p Watts, D.J., Dodds, P.S., & Newman, M.E.J. (2002). Identity and search in social networks. Science, vol. 296, pp Menczer, F. (2002). Growing and navigating the small world Web by local content, Proceedings of the National Academy of Sciences, vol. 99, no. 22, pp Qin Lv, Pei Cao, Edith Cohen, Kai Li, Scott Shenker, Search and Replication in Unstructured Peer-to-Peer Networks, Proceedings of the 16th international conference on Supercomputing, Rodrigo Almeida and Virgílio Almeida, A Community-Aware Search Engine, Proceedings of the 13th International Conference on World Wide Web, WWW 2004, New York. G. Difusão em Redes 23. Duncan J. Watts, "Epidemics and Failures," Chapter 6 of D.J. Watts, Six Degrees: The Science of a Connected Age (New York & London: W.W. Norton & Company, 2002). 24. Nowell, Novak, Kumar, Raghavan, and Tomkins, Geographic Routing in Social Networks, Proceedings of the National academy of Sciences (PNAS), vol. 102, no. 33, Aug Luiz Henrique Gomes, Cristiano Cazita. Jussara M. Almeida, Virgılio Almeida, Wagner Meira Jr., Characterizing a Spam Traffic, Proceedings of the 4th ACM SIGCOMM conference on Internet measurement, Gueorgi Kossinets and Duncan J. Watts, Empirical Analysis of an Evolving Social Network, Science 6 January 2006, Vol no. 5757, pp