Метод прогнозирования непредсказуемых событий
Биоинженеры Стэнфордского университета предложили метод прогнозирования так называемых "чёрных лебедей" — крайне маловероятных, но имеющих огромные последствия событий, подобных глобальной рецессии 2008 года или гибели трети популяции сайгаков в 2015 году за несколько дней.
"Анализируя долгосрочные данные по трём экосистемам, мы смогли показать, что флуктуации, происходящие у разных биологических видов, статистически одинаковы в разных экосистемах", — сказал Сэмюэл Брей, ведущий автор исследования из лаборатории Бо Вана. — "Это говорит о существовании неких универсальных базовых процессов, которые мы можем использовать для прогнозирования такого рода экстремального поведения".
Метод прогнозирования, разработанный исследователями и описанный в PLOS Computational Biology, основан на анализе природных систем и может найти применение в здравоохранении, экологических исследованиях, а также в экономике и политологии.
От микробов до лавин
Изучая микробные сообщества, Брей заметил несколько случаев неожиданного взрывного роста популяции одного вида. Это наблюдение привело к вопросу: происходит ли подобное в природе и можно ли это предсказать?
Для ответа потребовались детальные долгосрочные данные по экосистемам. Исследователи выбрали три набора:
- Восьмилетние наблюдения за планктоном Балтийского моря (измерения дважды в неделю).
- Измерения чистого обмена углерода в лиственном лесу Гарварда (каждые 30 минут с 1991 года).
- Наблюдения за усоногими раками, водорослями и мидиями на побережье Новой Зеландии (ежемесячно в течение более 20 лет).
Анализ данных проводился с использованием теории, описывающей физику "трескучого шума" — дискретных событий разной величины в таких системах, как лавины, землетрясения или тлеющие угли, возникающих в ответ на внешние силы.
"Существующие методы полагаются на то, что мы уже видели, чтобы предсказать будущее, поэтому они обычно пропускают события-"чёрные лебеди", — сказал Бо Ван, старший автор работы. — "Но метод Сэма исходит из того, что мы видим лишь часть мира. Он немного экстраполирует то, что мы упускаем, и это оказывается чрезвычайно полезным для прогнозирования".
Проверка и применение
Метод был протестирован на тех же трёх наборах экологических данных. Используя лишь фрагменты данных, содержащие самые незначительные флуктуации, исследователи смогли точно предсказать экстремальные события, произошедшие в этих системах.
Теперь они планируют расширить применение метода на другие области, где встречаются "чёрные лебеди": экономику, эпидемиологию, политику и физику. В настоящее время исследователи надеются на сотрудничество с полевыми учёными и экологами для применения метода в реальных ситуациях, где он может принести пользу людям и планете.