52. Il metodo MonteCarlo ha qualcosa a che fare con la roulette ? La risposta è affermativa. Ma potrebbero insorgere strane illazioni se questa risposta non venisse completata, perciò aggiungiamo un commento.

La Fisica nucleare calcola i fenomeni prodotti dalla più piccole particelle di materia. Di solito gli esperti non esperimentano una particella alla volta, ma ne trattano molte insieme che vengono studiate con metodi statistici.
Invece di gestire tante particelle che potevano risultare pericolose alla salute e costose in termini di lavoro, 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 agli inizi l'applicazione generava una sequenza di numeri casuali che simulavano i parametri del fenomeno atomico. 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 a Fermi il gioco della roulette ed il nome di Monte Carlo che lui propose quasi per scherzo e che è rimasto fino ad oggi. 

 

Questa tecnica informatica ha il merito di far risparmiare tempo e denaro ai fisici ed anche agli attuariali, ai medici, ai biologi, ai vulcanologi ed a tantissimo altri professionisti. 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.

Ogni applicazione del metodo Monte Carlo ha un forte carattere specialistico e non possiamo entrare nei dettagli. Per portare casi più vicini al mondo dei ragazzi ricordiamo i computer games che propongono situazioni a sorpresa e che dunque si basano sulla generazione di numeri casuali. Ad esempio l'arrivo dei "marziani" viene simulato da una funzione casuale, cioè si predispone un evento, in questo caso fantastico, con un procedimento del tipo Monte Carlo.
Nei corsi di informatica gli insegnanti spesso propongono esercizi centrati sulla funzione Random la quale genera numeri casuali e che è compresa nel linguaggio Pascal, Basic ed in altri linguaggi di programmazione. Anche la funzione Random può essere avvicinata al metodo Monte Carlo. 

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anno 2002
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 ?   

Secondo le più ovvie nozioni di telecomunicazione, pericoli di interferenza tra cellulare e radio di bordo non ce ne sono affatto. Ogni stazione radio utilizza una sua propria frequenza all'interno della banda che le è pertinente e non interferisce 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 bande diverse. 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 è intessuto da chilometri di cavi nei quali passano i comandi che vanno dalla cabina piloti ai dispositivi, ad esempio mettono in moto i flap. In senso contrario scorrono i dati rilevati dai sensori e visualizzati ai piloti. Tutti questi cavi hanno 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 dell'aereo. Questo pericolosissimo rischio non è assolutamente accettabile. Da qui il divieto.

Comunque sistemi di protezione sono allo studio per poter usare nel futuro un cellulare dall'interno dell'aereo.

 

 

 

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anno 2002

 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 esegue sue proprie istruzioni per compiere l'azione dolosa, 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 è alquanto semplice se ci limitiamo a vedere le azioni che compie e che consistono nel cercare e cancellare dati.

Molto più complesso è il lavoro che il programma antivirale presuppone da parte degli specialisti. Essi devono compiere l'analisi accurata di ogni nuovo virus per scoprire ed identificarne la firma. I virus sono ormai qualche migliaio ed in continua crescita, il lavoro è dunque oneroso. Poi succede che 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, gli esperti 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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anno 2002
I computer hanno avuto, hanno ed avranno ancora di più nel futuro un ruolo di primo piano negli studi sul genoma.

Il genoma è l'insieme dei cromosomi ed è caratteristico della specie. Il termine fu coniato dal biologo tedesco H. Winkler nel 1920.

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 dei genomi più piccini (quello di un moscerino ha circa 120 milioni di nucleotidi) richiede l'ausilio del computer al fine di poter registrare ed analizzare sequenze così ampie di dati. E' nata dunque la Bioinformatica che definisce metodologie ed in particolare mette a punto appositi algoritmi di calcolo per lo studio del genoma, nonché di altri aspetti della Bilogia. 

 

Per dare un'idea del lavoro richiesto dal genoma ricordiamo che ogni nucleotide è composto da uno zucchero, un fosfato ed una base azotata. Questa ultima può essere di quattro tipi: Adenina, Citosina, Guanina e Timina codificate con A, C, G, T.
I genetisti in laboratorio non riescono ad avere l'intero DNA ma lavorano su frammenti, identificate dalle sequenze dei nucleotidi del tipo:

 TATTTAGCGAT

 TTAGCGATTAACGT

 CGATTAACGTAGTT

Ogni sequenza, nota come read frame, deve essere ricomposta con le altre per arrivare a capire la struttura di tutto il DNA. Dalle le tre read frame sopra riportate si deduce la sequenza complessiva in fondo alla figura: 

 

Ovviamente l'esempio è didattico mentre in generale il lavoro di ricomposizione delle parti viene eseguito con l'ausilio di impegnativi calcoli. 

L'esempio riguarda quella parte di lavoro nota come  caratterizzazione statica del genoma la quale è stata di fatto terminata per l'uomo. 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 in modo esauriente - ad esempio - come queste contribuiscano alla definizione dei tratti caratteristici dell'individuo, ed alla produzione di malattie genetiche.

 

Sono state scoperte sequenze in grado di spiegare alcuni tratti biologici - tali sequenze sono chiamate geni - altre sequenze del DNA apparentemente non sono significative. Si potrebbe dire che 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 codificate. 

Possiamo ben dire che abbiamo fatto solo i primi passi nella Bioinformatica.

 

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anno 2002

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