سهولة ولوجك إلى عالم الانترنت يعود إلى العديد من عمليات الاتصال بين الشبكات، بل إن إرسالك الرسائل الالكترونية إلى أصدقائك بحد ذاته يندرج تحت علم الشبكات. قد لا تكون شخص تقني لكنك ستتعامل مع الكثير من المصطلحات اليومية التي عليك فهمها جيداً وتوظيفها بشكل جيد. وبذلك ستستطيع تحقيق الاستخدام الأمثل لها وستكون مدرك لمعناها بشكل أفضل. سنتكلم في هذه المقالة عن تعريف علم الشبكات ومفاهيمه.
ما هو علم الشبكات ومفاهيمه
تدرس علوم الشبكات الروابط بين مجالات العلوم المتنوعة مثل الشبكات المهندسة والمعلوماتية والبيولوجية. ويمكن أن يشمل علم الشكبات ومفاهيمه كل أنواع الشبكات من شبكة نظير إلى نظير بسيطة إلى شبكات كبيرة ومتطورة مثل شبكة الويب العالمية. يتمثل الغرض المشترك لجميع هياكل الشبكة في مشاركة موارد الشبكة أو المعلومات مثل الملفات والمجلدات والطابعات والماسحات الضوئية. فالميزة الأساسية علوم الشبكة هي تصميم المبادئ والخوارزميات والأدوات المشتركة التي يمكن أن تحكم أنشطة الشبكة هذه.
شرح علم الشبكات
تطبيق علوم الشبكات (علوم الإنترنت) أمر غير محدودة عمليًا. غالبًا ما تساعد علوم الشبكة في جمع مجموعات كبيرة من البيانات وتخزينها وتحليلها وتساعد في التركيز على نمط التفاعلات بين تخصصات الدراسة المتعددة. يتم تطبيق هذا المسعى كذلك لفحص نمط مجموعات البيانات لأنشطة أكثر تنوعًا مثل التجارب البيولوجية، ومعلومات التداول عبر الإنترنت وتقنيات الاتصالات والمراقبة.
تتضمن بعض الجوانب الأساسية التي تغطيها دراسة تعريف علم الشبكات ومفاهيمه ما يلي:
- القيام بدراسة هياكل اتصال الشبكة الأساسية والثابتة مثل الدراسات التجريبية مع النماذج الرياضية بالإضافة إلى الخوارزميات الحسابية.
- فحص العمليات المعتمدة على الوقت مثل المزامنة وتمرير الرسائل والخوارزميات عبر الشبكة.
- فحص الشبكات المتطورة مثل شبكة الويب العالمية والتحولات في خصائص الطوبولوجيا مثل الاتصال والطيف والترشيح وما إلى ذلك.
- استكشاف تطبيقات الشبكات المعقدة في العلوم الفيزيائية والهندسية والتطورات في مثل هذه المجالات.
- القيام بالتحقيق بالنماذج الرياضية التابعة لسلوك الشبكة للقيام بالتنبؤ بالأداء قياساً مع حجم الشبكة بالإضافة إلى التعقيد والبيئة.
علاقة الويب ب علم الشبكات
وصفت محاضرة البروفيسور باراباسي كيف يمكن لأدوات علم الشبكات أن تساعد في فهم بنية الويب وتطوره ونقاط ضعفه. الويب عبارة عن شبكة معلومات، تكون فيها العقد عبارة عن وثائق (في وقت كتابة هذا التقرير، أكثر من تريليون منها)، متصلة بواسطة روابط. تشمل هياكل الشبكات المعروفة الأخرى الإنترنت. والشبكة المادية حيث تكون العقد عبارة عن أجهزة توجيه والروابط عبارة عن اتصالات مادية ومؤسسات، حيث تكون العقد عبارة عن أشخاص وتمثل الروابط اتصالات.
فعندما بدأ الويب في النمو في تسعينيات القرن الماضي ، كان يُعتقد أنه يحتوي على الأرجح على خصائص شبكة عشوائية ، وهو نوع من الشبكات يتميز رياضياً من قبل Erdös & Rényi، حيث يكون احتمال توصيل عقدتين هو مستمر. في مثل هذه الشبكة يكون توزيع الدرجات على شكل بواسون، بحيث يكون لمعظم العقد درجة (عدد التوصيلات) قريبة من المتوسط. علاوة على ذلك، نظرًا لانخفاض منحنى Poisson بعيدًا عن ذروته بشكل أسرع من الأسي. فهذا يعني أنه سيكون هناك عدد قليل جدًا من العقد التي تكون إما متصلة بشكل كبير جدًا أو بالكاد متصلة على الإطلاق.
قانون توزيع الشبكات في الويب
أظهر أن شبكة الويب العالمية لا تحتوي على بنية الشبكة العشوائية هذه. في الواقع، توزيع الدرجات هو قانون قوة، حيث يتناسب احتمال وجود عقدة بدرجة k مع k − γ. حيث γ حوالي 2. هذه الشبكة لها خصائص مختلفة جدًا عن شبكة عشوائية لأن قانون الطاقة يتحلل كثيرًا أسرع من منحنى بواسون بدلاً من جميع العقد التي لها نفس الدرجة تقريبًا أو أقل. يجب أن نتوقع أن تكون بعض العقد متصلة بشكل كبير جدًا، وأن يكون للغالبية العظمى درجة أصغر من المتوسط. على وجه الخصوص. لا يمكننا اختيار عقدة “نموذجية” لهذا السبب تسمى هذه الشبكات بدون مقياس.
هذه ليست خاصية فريدة للويب الإنترنت عبارة عن شبكة خالية من المقاييس. كما هو الحال بالنسبة للعديد من المجتمعات عبر الإنترنت، وكذلك الشبكات في العالم الطبيعي. مثل شبكة التمثيل الغذائي للكائنات الحية (حيث تكون كل عقدة مستقلبًا وتكون الروابط ردود الفعل بينهما). هذه الشبكات في الواقع مرتبطة ببعضها البعض من خلال عدد صغير من المحاور شديدة الارتباط. هذه الخاصية الخالية من المقاييس هي مبدأ تنظيمي هام للويب.
المبدأ التنظيمي الثاني المهم هو خاصية العالم الصغير، والتي تنص على أنه من المحتمل توصيل عقدتين. حتى في مثل هذه الشبكة الكبيرة جدًا والمتفرقة الخالية من النطاق مثل الويب، بمسار قصير نسبيًا للعقد في حالة الويب، يبلغ طول المسار حوالي 19.
الخلفية والتاريخ
وقد ظهرت دراسة علم الشبكات ضمن تخصصات متعددة وذلكمن أجل تحليل البيانات العلائقية المعقدة. وتعتبرهذه الورقة من أقدم الأوراق المعروفة ضمن هذا المجال هي (ورقة Seven Bridges of Königsberg) المشهورة والمكتوبة من قبل ليونارد أويلر خلال عام 1736. كان وصف أويلر الرياضي للرؤوس والحواف أساسًا لنظرية الرسم البياني، وهو فرع من الرياضيات يدرس خصائص العلاقات الزوجية في بنية الشبكة. استمر مجال نظرية الرسم البياني في التطور ووجد تطبيقات في الكيمياء (سيلفستر، 1878).
في الثلاثينيات من القرن الماضي وصل جاكوب مورينو، عالم النفس في تقليد Gestalt، إلى الولايات المتحدة. كما قام مخطط الاجتماع بتطويره ثم تقدمه للجمهور ضمن أبريل 1933 في مؤتمر تابع لعلماء الطب. وقد قال مورينو : “قبل ظهور عملية القياس الاجتماعي، لم يعلم أحد كيف تظهر البنية الشخصية لمجموعة معينة تحديداً ” (مورينو ، 1953). وقد كان الرسم الاجتماعي يعبر عن تمثيل دقيق للبنية الاجتماعية التابعة لمجموعة من طلاب المدارس الابتدائية. كان الأولاد أصدقاء للأولاد وكانت الفتيات صديقات للفتيات باستثناء صبي قال إنه يحب فتاة واحدة. لم يكن الشعور بالمثل. وجد تمثيل الشبكة للبنية الاجتماعية مثيرًا للفضول لدرجة أنه طُبع في صحيفة نيويورك تايمز (3 أبريل 1933). وقد تم إيجاد الرسم الاجتماعي الكثير من التطبيقات ضمن مجال تحليل الشبكات الاجتماعية.
ثم تطورت النظرية الاحتمالية في علم الشبكات كفرع من نظرية الرسم البياني مع أوراق بول إردوس وألفريد ريني الثمانية الشهيرة على الرسوم البيانية العشوائية. بالنسبة للشبكات الاجتماعية. فإن نموذج الرسم البياني العشوائي الأسي أو p هو إطار عمل تدويني يستخدم لتمثيل مساحة الاحتمال لربط يحدث في شبكة اجتماعية. نهج بديل لهياكل احتمالية الشبكة هو مصفوفة احتمالية الشبكة التي تحدد احتمالية حدوث الحواف في الشبكة، بناءً على الوجود التاريخي أو عدم وجود الحافة في عينة من الشبكات.
وهكذا بدأ علم الشبكات يوزع على الكثير من المفاهيم الأساسية الحياتية واليومية خلال حياتنا ليتم صقلة فيما بعد ضمن مفاهيم أكاديمية وعلم الشبكات التقنية يندرج تحت هذا الباب.
