Examinando por Autor "Criado, Regino"

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A compartmental model for cyber-epidemics
(ELSEVIER, 2022-06-17) Aleja, David; Contreras-Aso, Gonzalo; Alfaro-Bittner, Karin; Primo, Eva; Criado, Regino; Romance, Miguel; Boccaletti, Stefano
In our more and more interconnected world, a specific risk is that of a cyber-epidemic (or cyber-pandemic), produced either accidentally or intentionally, where a cyber virus propagates from device to device up to undermining the global Internet system with devastating consequences in terms of economic costs and societal harms related to the shutdown of essential services. We introduce a compartmental model for studying the spreading of a malware and of the awareness of its incidence through different waves which are evolving on top of the same graph structure (the global network of connected devices). This is realized by considering vectorial compartments made of two components, the first being descriptive of the state of the device with respect to the new malware's propagation, and the second accounting for the awareness of the device's user about the presence of the cyber threat. By introducing suitable transition rates between such compartments, one can then follow the evolution of a cyber-epidemic from the moment at which a new virus is seeded in the network, up to when a given user realizes that his/her device has suffered a damage and consequently starts a wave of awareness which eventually ends up with the development of a proper antivirus software. We then compare the overall damage that a malware is able to produce in Erdős-Rényi and scale-free network architectures for both the case in which the virus is causing a fixed damage on each device and the case where, instead, the virus is engineered to mutate while replicating from device to device. Our result constitutes actually the attempt to build a specific compartmental model whose variables and parameters are entirely customized for describing cyber-epidemics.
A comprehensive approach for discrete resilience of complex networks
(AIP Publishing, 2023-01-05) Casablanca, Rocío; Criado, Regino; Mesa, Juan Antonio; Romance, Miguel
La investigación y el uso del término resiliencia en diversos tipos de sistemas tecnológicos, fisiológicos y socioeconómicos se ha convertido en un tema de gran actualidad en los últimos años, ya que este término se ha aplicado en distintos campos con diferentes significados y connotaciones. Uno de los significados más comunes de resiliencia está relacionado con una idea positiva que aborda la recuperación tras los fallos. Este estudio propone establecer un marco teórico y matemático para la resiliencia discreta que permita comparar cuantitativamente diferentes sistemas desde este punto de vista. Asimismo, se ofrece una definición y una visión local del concepto de resiliencia aplicable a diferentes medidas características en el ámbito de las redes complejas. Además, se presentan varios experimentos computacionales sobre los valores de este nuevo parámetro en diferentes tipos de redes sintéticas y del mundo real, proporcionando un nuevo conjunto de herramientas conceptuales para la investigación en ciencia de redes.
A new insight into linguistic pattern analysis based on multilayer hypergraphs for the automatic extraction of text summaries
(John Wiley & Sons Ltd, 2023-03-13) Criado-Alonso, Ángeles; Aleja, David; Romance, Miguel; Criado, Regino
La lingüística forense y la estilometría tienen en la exploración de patrones lingüísticos una de sus herramientas fundamentales. Estructuras matemáticas como las redes multicapa y los hipergrafos proporcionan recursos notables para representar y analizar textos. En este trabajo, presentamos un modelo que incluye algunas relaciones mesoscópicas específicas entre los distintos tipos de palabras de un corpus (palabras léxicas, verbos, palabras de enlace, otras palabras) en función de las frases o párrafos en los que aparecen. Este modelo se apoya en diversas estructuras matemáticas, como los hipergrafos multicapa y sus grafos derivados. La metodología propuesta desde este nuevo punto de vista es de singular ayuda para encontrar frases significativas de cualquier texto, establecer un resumen automático del mismo y, eventualmente, determinar su nivel lingüístico.
A new insight into linguistic pattern analysis based on multilayer hypergraphs for the automatic extraction of text summaries
(Wiley, 2023) Criado-Alonso, Ángeles; Aleja, David; Romance, Miguel; Criado, Regino
Forensic linguistics and stylometry have in the exploration of linguistic patternsone of their fundamental tools. Mathematical structures such as complex multi-layer networks and hypergraphs provide remarkable resources to represent andanalyzetexts.Inthispaper,wepresentamodelthatincludessomespecificmeso-scopic relations between the different types of words in a corpus (lexical words,verbs, linking words, other words) according to the sentences or paragraphs inwhich they appear. This model is supported by various mathematical structuressuch as partial multiline graphs, multilayer hypergraphs, and their derivativegraphs. The methodology proposed from this new point of view is of singularhelp to find meaningful sentencesfrom any text to set up an automatic summaryof the text and, eventually, to determine its linguistic level.
Can the PageRank centrality be manipulated to obtain any desired ranking?
(AIP Publishing, 2023-08) Contreras-Aso, Gonzalo; Romance, Miguel; Criado, Regino
No se puede subestimar la importancia del algoritmo PageRank en la configuración de la Internet moderna pues, de hecho, sus complejos fundamentos de teoría de redes siguen siendo objeto de investigación. En este artículo realizamos un estudio sistemático de la controlabilidad estructural y paramétrica de los resultados de PageRank, trasladando un problema de teoría de grafos espectral a uno geométrico, en el que surge una caracterización natural de sus clasificaciones. Además,demostramos que el cambio de perspectiva empleado puede aplicarse a la propuesta biplex de PageRank, realizando cálculos numéricos en conjuntos de datos de grafos reales y sintéticos para comparar las medidas de centralidad utilizadas.
Derivative of a hypergraph as a tool for linguistic pattern analysis
(Elsevier, 2022-10) Criado-Alonso, Ángeles; Aleja, David; Romance, Miguel; Criado, Regino
La búsqueda de patrones lingüísticos junto con la estilometría y la lingüística forense tiene en la teoría de redes complejas, sus estructuras y sus herramientas matemáticas asociadas recursos esenciales para representar y analizar textos. En este trabajo introducimos un nuevo modelo capaz de analizar las relaciones mesoscópicas entre frases, párrafos, capítulos y textos. Este modelo se apoya en varias estructuras matemáticas como los hipergrafos o el concepto de grafo derivado. La metodología planteada desde esta perspectiva se centra no sólo en un índice cuantitativo sino también en dos estructuras matemáticas peculiares denominadas grafo derivado y grafo de homogeneidad. Estas estructuras son de singular ayuda tanto para detectar el estilo de un autor como para determinar el nivel lingüístico de un texto y, eventualmente, también para detectar similitudes y disimilitudes en textos e incluso el plagio.
Derivative of a hypergraph as a tool for linguistic pattern analysis
(Elsevier, 2022) Criado-Alonso, Ángeles; Aleja, David; Romance, Miguel; Criado, Regino
The search for linguistic patterns together with stylometry and forensic linguistics has in the theory of complex networks, its structures and its associated mathematical tools essential resources for representing and analyzing texts. In this paper we introduce a new model able to analyze the mesoscopic relationships between sentences, paragraphs, chapters and texts. This model is supported by several mathematical structures such as the hypergraphs or the concept of derivative graph. The methodology raised from this perspective focuses not only in a quantitative index but also in two peculiar mathematical structures named derivative graph and homogeneity graph. These structures are of singular help to both: detecting the style of an author and determining the linguistic level of a text and, eventually, also for detecting similarities and dissimilarities in texts and even plagiarism.
Detecting communities in higher-order networks by using their derivative graphs
(Elsevier, 2023-12) Contreras-Aso, Gonzalo; Criado, Regino; Vera, Guillermo; Yang, Jinling
De forma similar a lo que ocurre en el ámbito de los grafos, las comunidades de nodos de un hipergrafo están formadas por grupos de nodos que comparten muchas hiperaristas, de forma que el número de hiperaristas que comparten con el resto de nodos es significativamente menor, por lo que estas comunidades pueden considerarse como compartimentos independientes (o superclusters) del hipergrafo. En este trabajo se presenta un método, basado en el denominado grafo derivado de un hipergrafo, que permite la detección de comunidades de un hipergrafo sin un elevado coste computacional y se presentan varias simulaciones que muestran las importantes ventajas computacionales del método propuesto frente a otros métodos existentes.
Implementing and morphing Boolean gates with adaptive synchronization: The case of spiking neurons
(ELSEVIER, 2022-08-19) Yang, Jinling; Primo, Eva; Aleja, David; Criado, Regino; Boccaletti, Stefano; Alfaro-Bittner, Karin
Boolean logic is the paradigm through which modern computation is performed in silica. When nonlinear dynamical systems are interacting in a directed graph, we show that computation abilities emerge spontaneously from adaptive synchronization, which actually can emulate Boolean logic. Precisely, we demonstrate that a single dynamical unit, a spiking neuron modeled by the Hodgkin-Huxley model, can be used as the basic computational unit for realizing all the 16 Boolean logical gates with two inputs and one output, when it is coupled adaptively in a way that depends on the synchronization level between the two input signals. This is realized by means of a set of parameters, whose tuning offers even the possibility of constructing a morphing gate, i.e., a logical gate able to switch efficiently from one to another of such 16 Boolean gates. Extensive simulations demonstrate the efficiency and the accuracy of the proposed computational paradigm.
Non-backtracking PageRank: From the classic model to hashimoto matrices
(Elsevier, 2019-09) Aleja, David; Criado, Regino; García del Amo, Alejandro; Pérez, Ángel; Romance, Miguel
La centralidad sin retroceso se introdujo como una forma de corregir lo que puede entenderse como una deficiencia en la centralidad de vector propio, ya que la centralidad de vector propio en una red puede aumentar artificialmente en nodos de alto grado (hubs) dado que un hub es central debido a que sus vecinos son también centrales, pero estos, a su vez, son centrales sólo porque son vecinos del hub. Definimos el PageRank sin retroceso como una nueva medida que modifica el conocido PageRank clásico para evitar la posibilidad de que el caminante aleatorio vuelva al nodo inmediatamente visitado (caminata sin rastreo). Pero, como mostramos, esta medida presenta una brecha y una diferencia notable entre el límite de "no penalización por viajes de ida y vuelta" y el cálculo directo del PageRank sin seguimiento. Además, como se muestra en las aplicaciones presentadas, en ciertos casos esta nueva medida produce variaciones notables con respecto a las clasificaciones obtenidas por el PageRank clásico.
On the “alpha”-non bactracking centrality for complex networks: existence and limit cases
(Elsevier, 2019) Criado, Regino; Flores, Julio; García, Esther; García del Amo, Alejandro; Pérez, Ángel; Romance, Miguel
La centralidad sin retroceso se introdujo como un intento de corregir algunas deficiencias de la centralidad de autovector. En este trabajo se introduce la centralidad α-non-backtracking como una extensión que interpola entre la centralidad non-backtracking de las aristas de un grafo dirigido y la centralidad de autovector del grafo lineal dirigido correspondiente. Se demuestra la existencia de esta nueva centralidad α-sin retroceso en términos de la conectividad del grafo original. Demostramos que el límite de la centralidad α-sin retroceso cuando α disminuye a cero existe y está bien definido. Además, coincide con la centralidad sin rastreo cuando se define esta medida. Con las mismas técnicas demostramos también la convergencia de los vectores PageRank al vector eigenvector de centralidad cuando el factor de amortiguación tiende a 1.
On the edges’ PageRank and line graphs
(AIP, 2018) Criado, Regino; Moral, Santiago; Miguel Romance, Ángel Pérez
Two different approaches on a directed (and possibly weighted) network G are considered in order to define the PageRank of each edge of G with the focus on its applications. It is shown that both approaches are equivalent, even though it is clear that one approach has clear computational advantages over the other. The usefulness of this concept in the context of applications is illustrated by means of some examples within the area of cybersecurity and some simulations and examples within the scope of subway networks.
On the Spectrum of two-layer approach and Multiplex PageRank
(Elsevier, 2018-12-15) Pedroche, Francisco; Criado, Regino; García, Esther; Romance, Miguel
En este trabajo presentamos algunos resultados sobre el espectro de la matriz asociada al cálculo del PageRank Multiplex definido por los autores en un trabajo anterior. Estos resultados pueden considerarse una extensión natural de los resultados conocidos sobre el espectro de la matriz de Google. En concreto, demostramos que los valores propios de la matriz de transición asociada a la red multiplexada pueden deducirse a partir de los valores propios de una matriz en bloque que contiene las matrices estocásticas definidas para cada capa. También demostramos que, como ocurre en el PageRank clásico, el espectro no se ve afectado por los vectores de personalización definidos en cada capa, sino que depende del parámetro α que controla el teletransporte. También mostramos algunas relaciones analíticas entre los valores propios e incluimos algunos pequeños ejemplos que ilustran los principales resultados.
Sharp estimates for the Personalized Multiplex PageRank
(Elsevier, 2018-03-01) Pedroche, Francisco; García, Esther; Romance, Miguel; Criado, Regino
PageRank puede entenderse como la distribución estacionaria de una cadena de Markov que se produce en una red de dos capas con el mismo conjunto de nodos en ambas capas: la capa física y la capa de teletransporte. En este trabajo presentamos algunos límites para la extensión de este enfoque de dos capas a redes Multiplex, estableciendo estimaciones nítidas para este PageRank Multiplex y localizando los posibles valores del PageRank personalizado para cada nodo de una red. Se muestran varios ejemplos para comparar los valores obtenidos para ambos algoritmos, el PageRank clásico y el de dos capas.
Temporal metagraph: A new mathematical approach to capture temporal dependencies and interactions between different entities over time
(Elsevier, 2023-10) Iglesias, Sergio; Criado, Regino
Predecir los precios inmobiliarios es una tarea difícil que requiere la consideración de diversos factores y sus interacciones dinámicas a lo largo del tiempo. En este trabajo, basado en la introducción de una nueva estructura matemática denominada metagrafo temporal, utilizamos un enfoque novedoso que aprovecha las propiedades de esta estructura para predecir los precios inmobiliarios en Helsinki integrando la información derivada de los viajes en bicicleta. El concepto de metagrafo temporal capta intrínsecamente las dependencias temporales y las interacciones entre distintas entidades o agentes (nodos del (nodos del metagrafo), lo que nos permite modelar y analizar distintas situaciones reales y, en particular, las relaciones dinámicas entre los desplazamientos en bicicleta y el mercado inmobiliario. Nuestros resultados experimentales demuestran la eficacia del enfoque propuesto, ya que se obtienen predicciones más precisas y fiables que los modelos tradicionales, que se basan únicamente en datos históricos.
Why are there six degrees of separation in a social network?
(American Physical Society, 2023-05-31) Samoylenko, Ivan; Aleja, David; Primo, Eva; Alfaro-Bittner, Karin; Vasilyeva, Ekaterina; Kovalenko, Kirill; Musatov, Daniil; Raigorodskii, Andreii M.; Criado, Regino; Romance, Miguel; Papo, David; Perc, Matjaz; Barzel, Baruch; Boccaletti, Stefano
A wealth of evidence shows that real-world networks are endowed with the small-world property, i.e., that the maximal distance between any two of their nodes scales logarithmically rather than linearly with their size. In addition, most social networks are organized so that no individual is more than six connections apart from any other, an empirical regularity known as the six degrees of separation. Why social networks have this ultrasmall-world organization, whereby the graph’s diameter is independent of the network size over several orders of magnitude, is still unknown. We show that the “six degrees of separation” is the property featured by the equilibrium state of any network where individuals weigh between their aspiration to improve their centrality and the costs incurred in forming and maintaining connections. We show, moreover, that the emergence of such a regularity is compatible with all other features, such as clustering and scale-freeness, that normally characterize the structure of social networks. Thus, our results show how simple evolutionary rules of the kind traditionally associated with human cooperation and altruism can also account for the emergence of one of the most intriguing attributes of social networks.