Per comprendere il funzionamento di un ecosistema, gli ecologi osservano le specie che vi convivono. Raccolgono così, nel corso di più anni, dati sulla presenza / assenza delle specie. Come estrarre informazioni da queste successioni di 0 e 1, in particolare per capire quali specie influenzino la sopravvivenza di altre (attraverso predazione, parassitismo, mutualismo…)? Qui siamo ben lontani dai «Big Data», perché ottenere questi dati è costoso… Sono dunque rari! Occorre monitorare l’area considerata abbastanza a lungo per essere (all’incirca) certi che le specie siano presenti o assenti. L’idea è quindi di favorire l’apprendimento delle interazioni all’interno di una comunità di specie grazie al formalismo dei grafi e all’integrazione di conoscenze «esperte» in un modello della dinamica delle specie.
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Grafi e probabilità -----------------------
Un grafo delle interazioni ecologiche è uno strumento topologico di modellizzazione che, per ogni specie, elenca tutte le altre specie di cui influenza la sopravvivenza, positivamente o negativamente, da un dato istante a quello successivo. In modo informale, i vertici di questo grafo rappresentano le specie e un arco orientato del grafo rappresenta l’influenza di una specie su un’altra. Questo grafo delle interazioni può essere usato per modellizzare nel tempo la dinamica della comunità di specie. La sua struttura serve a costruire una particolare rete bayesiana, detta dinamica (vedi Tangente 182), che descrive le probabilità di presenza di tutte le specie all’istante t in funzione dell’elenco delle specie presenti all’istante t – 1. Queste probabilità sono rappresentate in modo conciso, sfruttando proprietà di indipendenza tra alcune specie: si suppone infatti che la presenza di una specie all’istante t dipenda soltanto dalla presenza, all’istante precedente, di poche altre specie (genericamente dette genitori).
L’ipotesi che ogni specie sia influenzata solo da poche altre consente un notevole risparmio di risorse, ma l’apprendimento di un tale modello può restare difficile, soprattutto quando si dispone di pochi dati reali. Se ciascuna delle n specie possiede k genitori, il numero di parametri da considerare è n × 2k, e purtroppo non è pensabile che il numero di anni di osservazione sia dello stesso ordine di grandezza (senza contare che il numero massimo di genitori, k, non è noto a priori).