Software development for modelling epidemic spreading in scale-free networks

Abstract

Большинство различных структур в современном обществе можно представить в виде сетей. Было показано, что именно безмасштабные сети наиболее удачно моделируют структуру сети Интернет, а так же большинства социальных и транспортных систем. Многие процессы, происходящие в таких сетях, имеют схожую природу с биологическими и эпидемическими процессами. Эпидемические модели получили широкое развитие и сейчас используются для описания распространения компьютерных вирусов, слухов, идей в обществе, вирусной рекламы, инфекционных заболеваний. Учитывая распространенность эпидемических процессов в природе и обществе, а так же необходимость принимать во внимание структуру сети, представляется востребованным программный сервис, который мог бы просчитывать эпидемический процесс на сети и отображать его по шагам. Результатом работы является программный комплекс, написанный на языке Java, позволяющий проводить моделирование эпидемический процессов, происходящих по различным законам в различных сетях.

Nowadays networks take an important part in modeling of social connections between agents of the society, information technologies, biological and behavioral ecology. Previous studies have shown that scale-free networks are suitable to describe the Internet and social networks. Social networks is an important tool which helps to spread information, rumors between people but also it is an environment where some malicious software, ransomware and other kinds of computer viruses can be propagated. The process of propagation of such software resembles the spreading of biological viruses. Hence classical epidemic models such SIR (susceptible – infected – removed) or SIS (susceptible – infected – susceptible) can be successfully used. At the present time in many studies classical epidemic models are combined with the networks such as scale-free networks. This approach allows properly evaluate real processes of spreading information or computer viruses in scale-free networks or Internet. In Master’s thesis the special software has been designed to model different schemes of propagation on the scale-free networks. This software developed in Java is the instrument which allows user create scale-free networks with defined parameters, construct the own mathematical model of propagation and forecast the impact of spreading virus in defined network.