52. Il metodo MonteCarlo ha qualcosa a che fare con la roulette ? La risposta è affermativa. Ma senza spiegazioni potrebbe lasciar spazio per errate illazioni, perciò aggiungo qualche riga.

La Fisica nucleare calcola i fenomeni prodotti dalla più piccole particelle di materia: elettroni, protoni ecc. Ovviamente non esperimenta una particella alla volta. In generale se ne trattano milioni che vengono studiate con metodi statistici.
Invece di gestire tante particelle che potevano risultare pericolose alla salute e costose in termini di lavoro  e di macchine, gli scienziati, sin dagli anni quaranta, pensarono di simularle. L'idea venne ad Enrico Fermi che propose di utilizzare per lo scopo il computer che allora faceva la prima comparsa. 

 

Cosa fa il computer ?

La tecnica Monte Carlo è alquanto complessa e tutt'oggi  le ricerche proseguono per il suo perfezionamento ed estensione. In estrema sintesi si può dire che l'applicazione genera una sequenza casuale di numeri che simulano i parametri atomici del fenomeno. Adeguati procedimenti matematici, che variano da caso a caso, completano l'esperimento simulato per via informatica.

La generazione di numeri casuali, che è la base del metodo, suggerì il termine "Monte Carlo" che da quando Fermi lo propose, quasi per scherzo, è rimasto fino ad oggi. 

 

Questa tecnica informatica ha avuto il merito di far risparmiare tempo e denaro ai fisici ed anche agli attuariali, ai medici, ai biologi, ai vulcanologi. Chi deve studiare l'andamento di un fenomeno statistico che magari durerebbe anni e secoli, che sarebbe costoso o pericoloso, preferisce riprodurlo con il metodo Monte Carlo

Tutte queste applicazioni hanno un forte carattere specialistico e per fare un esempio più vicino al mondo dei ragazzi ricordiamo i computer games che sono centrati spesso sulla generazione di numeri casuali. Molti prefigurano situazioni a sorpresa. Ad esempio l'arrivo  dei "marziani" viene simulato da una funzione casuale, cioè si predispone un evento (in questo caso fantastico) con un procedimento similare a quello di Monte Carlo.
Nei corsi di informatica gli insegnanti propongono semplici programmi centrati sulla funzione
Random che genera numeri casuali in Pascal, in Basic ed in altri linguaggi di programmazione. Anche essi sono avvicinabili al metodo Monte Carlo (vedi Corso di Informatica, vol 2°, segnalato in margine). 

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Il divieto è molto preciso. Se non viene rispettato può dar luogo a gravi sanzioni fino all'apertura di un procedimento penale per tentato omicidio.Si deve spegnere il cellulare ed anche qualsiasi dispositivo elettronico perchè può interferire con il controllo del volo: perché ?   

La sua domanda è pertinente perché secondo le più ovvie nozioni di telecomunicazione, pericoli di interferenza tra cellulare e radio di bordo non ce ne sono affatto. Le trasmissioni radio utilizzano onde elettromagnetiche le quali hanno una gamma di frequenza che va 

da 1013 Hz (infrarosso)

a   10 Hz (onde lunghe)

 

Questa amplissima gamma è stata da tempo suddivisa in settori in modo che ciascuna fascia di utenti abbia le sue proprie frequenze e non vada a disturbare gli altri (vedi anche risposta 45). Ad esempio le stazioni radiofoniche italiane operano sulla fascia che va dai circa 70 ai 120 MHz. Ogni stazione sceglie la sua frequenza all'interno di questa banda che le è pertinente e non interferisce né con le altre stazioni radiofoniche, né con quelle dei carabinieri, né di altre utenze.
Alle trasmissioni via cellulare ed a quelle degli aerei sono state assegnate apposite bande. Dunque un telefonino non può mai interferire con la radio di bordo dell'aereo, men che meno un computer o un lettore di CD. Perché allora il divieto ?

 

Le ragioni vanno ricercate altrove.
I chip dei moderni apparecchi elettronici lavorano con frequenze che sono dell'ordine dei MHz. Sebbene schermati, riescono ad emettere deboli onde elettromagnetiche all'esterno. Queste hanno poca energia e non sono intercettabili dalla radio, tuttavia un jet per assicurare la altissima sicurezza ai passeggeri è intessuto da chilometri di cavi. Vi passano i comandi che dalla cabina portano al dispositivo periferico e lo mettono in moto. In senso contrario vi scorrono i dati rilevati da un sensore e riferiti ai piloti: in questo modo loro tengono tutto sotto controllo. I cavi che corrono lungo tutta la carlinga hanno però il difetto di comportarsi come antenne radio. Per cui se un dispositivo elettronico qualsiasi casualmente si avvicina, non è escluso che il suo debole segnale venga captato e vada ad interferire con i segnali che scorrono lungo i fili e che assicurano il corretto funzionamento del mezzo. Questo pericolosissimo rischio non è assolutamente accettabile. Da qui il divieto.

 

Ancora una volta facciamo un esempio non strettamente specialistico che ha il vantaggio di poter essere verificato di persona.
L'interferenza tra dispositivi elettronici talora è presente in casa. Io ho un apparecchio telefonico fisso che avvicinato al portatile ne capta le interferenze e le ritrasmette come rumore di fondo. Questo disturbo è molto consistente perché viene amplificato dal telefono ed impedisce ogni comunicazione.

 

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53. Perché i cellulari e computers  devono essere spenti negli aerei?
54. Il programma antivirus è  davvero efficace? Esattamente che fa?  Ho già spiegato (vedi domanda 43) che il "virus" è un programmino speciale atto a produrre danni nel computer che lo ospita.

Ciascun virus poiché compie una originale azione dolosa, esegue sue propie istruzioni. Ciò vuol dire che al suo interno si trova una speciale sequenza binaria che solo lui ha e nessun altro virus. Questa stringa si chiama: firma (o signature) del virus. Dunque il programma antivirale va alla ricerca delle varie firme all'interno del nostro computer e cancella ogni virus che trova. La disinfettazione essendo una normale cancellazione di dati è alquanto semplice. Molto più complesso è il primo lavoro.

A monte richiede lo studio di ogni nuovo virus da parte degli specialisti che devono scoprire ed identificare ogni firma. I virus sono ormai qualche migliaio ed in continua crescita, il lavoro è dunque oneroso. Poi succede cha alcuni virus si rassomigliano perché un creatore, invece di farne uno nuovo, riprende un virus vecchio e lo perfeziona rendendolo più pericoloso. Dunque si creano diverse versioni che possono avere firme simili ma non identiche. Poiché ogni firma genera una ricerca apposita, per accorciare i tempi di scanner, si raccolgono le firme simili complicando la logica del programma antivirus. Ma c'è una ulteriore problema. 

Alcuni creatori di virus, per vanificare l'identificazione della loro opera, hanno preparato virus crittati cioè al programma virale vero e proprio (A) hanno aggiunto un programmino di crittazione (B) il quale opera su (A). Il risultato complessivo è che il virus (A) appare come una sequenza binaria sempre diversa. Ovviamente (B) decritta (A) al momento in cui (A) deve entrare in azione per produrre i danni.
Per sconfiggere questa contromisura gli specialisti ricercano la firma di (B) il quale ovviamente non è crittato. Ma questa firma può essere poco significativa, perché ad esempio anche un programma normale contiene istruzioni di crittazione come (B). Allora impostano il programma antivirale in modo che prima esso lanci il programma (B) il quale decodifica (A) ed infine venga cancellato l'intero virus.

 

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I computer hanno avuto, hanno ed avranno ancora di più nel futuro un ruolo di primo piano negli studi sul genoma.

Il termine genoma fu coniato dal biologo tedesco H. Winkler nel 1920. Il genoma è l'insieme dei cromosomi di una cellula,  ovvero di un individuo. Ogni cromosoma è a sua volta composto da una molecola di DNA formata da due filamenti simmetrici e legati in una doppia elica. Ciascun filamento è una catena di nucleotidi . Per dare un'idea delle dimensioni del genoma umano diciamo che ha circa tre miliardi di nucleotidi. Anche lo studio di genomi più piccini (quello di un moscerino ha circa 120 milioni di nucleotidi) richiede l'ausilio del computer per registrare ed analizzare sequenze così ampie di dati. Sono nate dunque la Bioinformatica e la Biologia che mettono a punto metodologie ed in particolare appositi algoritmi di calcolo per lo studio del genoma. 

 

Per dare un'idea di questo vitale lavoro ricordiamo che ogni nucleotide è composto da uno zucchero, un fosfato ed una base azotata. I primi due elementi si ripetono e l'identificazione del nucleotide, e con ciò di tutto il DNA, si concentra sulle basi che sono quattro: Adenina, Citosina, Guanina e Timina codificate in Bioinformatica con A, C, G, T. Dalle analisi di laboratorio ovviamente non si ottiene una sequenza di DNA intera ma sue parti, per cui si hanno sequenze del tipo:

 TATTTAGCGAT

 TTAGCGATTAACGT

 CGATTAACGTAGTT

Ognuna, nota come read frame, deve essere ricomposta con le altre. Non conoscendo a priori l'esatta combinazione va ricercata la precisa struttura complessiva che poi porta alla struttura di tutto il DNA. Ad esempio le tre read danno 

 

Ovviamente questo lavoro non può essere eseguito se non con l'ausilio dell'Informatica. 

L'esempio riguarda quella parte di lavoro nota come  caratterizzazione statica del genoma la quale è stata di fatto terminata. La notizia ha suscitato grande eco in tutto il mondo. Gli studi ora progrediscono verso la caratterizzazione dinamica la quale illustra la funzionalità e le interrelazioni che sussistono tra le varie parti. A tutt'oggi non si sa ancora come queste contribuiscano alla conformazione dell'individuo, ad esempio. Si sono scoperti geni significativi mentre altre sequenze apparentemente non lo sono.  Un gene è un'isola di informazioni immersa in un mare di non informazioni. O meglio di messaggi che noi non sappiamo decodificare e di cui non capiamo il compito. Il ruolo di queste parti in esubero di DNA ancora non è chiaro. Certamente sono implicati meccanismi di regolazione genica, che permettono l'espressione di precisi caratteri in precise cellule, ma da soli non bastano a spiegare la presenza di milioni di basi non codificanti. 

Possiamo ben dire che abbiamo fatto solo i primi passi in Biologia ed in Bioinformatica.

 

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55. E' vero che i computer hanno rivelato il genoma umano ?