Fra skydevåben til fisk – følg mønstre for at opdage kausalitet

Matematikere har med succes anvendt en ny, billedlig tilgang til at besvare komplekse spørgsmål, der undrer analytikere, såsom, påvirker mediernes historier om skydevåbenlovgivningen våbensalg? Årsag-og-virkning-forespørgsler som denne dukker op i forskellige felter, fra finans til neurovidenskab, og objektive metoder er nødvendige for at levere pålidelige svar.

Maurizio Porfiri, ved New York University, og Manuel Ruiz Marín, ved Technical University of Cartagena, Spanien, kæmpede matematisk teori til kvantificerbare farverige kort kaldet symbolske gentagelsesplot. I Kaos , Porfiris team har bevist metodens gyldighed.

"Billeder er meget nyttige til at forstå dynamiske systemer. De kan hjælpe os med at identificere begyndelsen af ​​mønstre, og om et system påvirker et andet, sagde Porfiri.

"Vi fremsætter en alternativ tilgang baseret på gentagelse, hvor ofte noget gentager sig, skabe farvede plots, hvor hver specifik farve på grafen fortæller dig stedet for gentagelse."

Tidligere gentagelsesplot af dynamiske systemer var binære sort-hvide, mangler den rige repræsentation og robusthed, som Porfiri har vist muligt med sine nye farverige kort, som ligner Piet Mondrians kunstværk.

Kandidatstuderende Alain Boldini og Mert Karakaya udviklede koden til at undersøge gentagelse i rigtige datasæt, begyndende med at validere teknikken på rigtige data. De anvendte symbolsk gentagelse på tre typer kontrollerede eksperimenter, hvor årsagssammenhængene er veletablerede, og kausaliteterne matchede i hvert enkelt tilfælde.

En konsekvent forbindelse blev også bekræftet mellem våbenlovgivningsartikler og baggrundstjek af skydevåben. Men det Mondrian-lignende plot gjorde det muligt for holdet at gå ud over tidligere analyser, identificere nøglefunktioner fra dataene, f.eks., masseskyderier, der påvirkede skydevåbenets økosystem.

Endelig, holdet flyttede ind i ukendt territorium, at analysere tilbagefald i et datasæt, hvor der ikke eksisterede beviser for en sammenhæng. De undersøgte, hvordan sociale interaktioner hos zebrafisk, et vigtigt dyr for prækliniske modeller for adfærd og sygdom, var påvirket af dyrenes køn.

"Det var spændende at anvende denne teknik på et nyt spørgsmål og opdage, at mænd har en stærk indflydelse på kvinders adfærd, " sagde Porfiri, som gør softwaren frit tilgængelig, så andre forskere kan anvende symbolsk gentagelseskvantificering på deres egne dynamiske systemgåder.

Utilfreds med plotternes nuværende format, han er ivrig efter at anvende netværksteori til at producere let oversættelige grafer. At have mestret interaktioner mellem datapar, som to fisk, Porfiri ønsker at undersøge flere systemer, hvilket betyder flere fisk. Imidlertid, han forudser, at det vil være en stor udfordring at fjerne forstyrrende faktorer og sikre en meningsfuld, men funktionel analyse.