В нашата първа част изследваме въпроса: Какво е комплексна система?
Както ще видите това се оказва труден въпрос, на който да се отговори точно.
Ще започнем със съвсем интуитивен подход като дадем серия от примери за различни феномени на комплексните системи.
Това ще бъде преглед на темите, които ще обхванем в този курс.
След това ще направим списък с някои важни свойства, които са най-често срещани в комплексните системи.
Накратко ще се опитаме да дефинираме понятието комплексност и ще се върнем към този въпрос по-късно в курса.
Ние също ще изследваме основни дисциплини, цели и методологии в областта на изследването на комплексните системи.
В този момент ние ще сме готови за първата серия от гости на курса
т.е. ще интервюирам известни учени в областта на комплексните системи за техните възгледи в тази област
Във втората половина на тази част ще се фокусирам върху NetLogo, симулационната и програмна част от платформата,
която ще използваме, за да илюстрираме много идеи на комплексните системи, представени в този курс.
Готови ли сте да започнем? Хайде!
Мравките могат да послужат като изключително ясен пример. Найджел Франкс, известен изследовател на мравките, написа,
че поведението на единична мравка- войник е изключително просто.
При голям брой обаче поведението им е съвсем различно.
Тук е представен пример на колония от мравки-войници, които строят тунел.
Самотната мравка има просто поведение, но колонията като цяло може да работи в сътрудничество,
за да реализира успешни задачи без централен контрол,
т.е. без някоя мравка или група от мравки да командуват и организират останалите.
С други думи колониите мравки могат да се самоорганизират и построят структури
много по-сложни от всяка самотна мравка.
Тук е даден пример за мравки, които строят мост с телата си, така че останалите членове
от колонията да пресекат разстоянието между две листа.
Това видео показва как мравките правят такъв мост.
Те започват строежа отгоре, движат се по пръчица по целия връх до върха и
като образуват верига с телата си се спускат към земята.
Може да ги видите да се закачват последователно към структурата.
Всяка мравка изпуска химикали, за да комуникира с другите мравки, и като цяло
мостът е построен без какъвто и да било централен контрол.
Вие бихте нарекли това един пример за децентрализирана, самоорганизираща се или само-образуваща се система
Другите социални насекоми произвеждат подобни системи.
Например, тук е представена сложна система образувана от термити.
Служи като гнездо. Главната цел на изследванията на комплексните системи е да се разбере как индивидуалните
прости агенти имат сложно поведение без централен контрол.
В тези примери простите агенти са насекоми, но ние ще видим много други видове.
Друг класически пример на сложни системи е мозъкът. Тук индивидуалните прости агенти са
невроните. Човешкият мозък се състои от 100 милиарда неврони и 100 трилиона връзки
между тези неврони. Всеки неврон е относително проста система, сравнен с целия мозък,
и отново тук няма централен контрол. Някак си огромният ансамбъл но неврони и
и връзки произвежда сложно поведение, което ние наричаме когнитивно (познавателно) поведение, интелигентност, и дори
творчество. Снимките на мозъка показват, че тези неврони се самоорганизират в
различни функционални области. Точно както мравките и термитите, невроните се самоорганизират в сложни
структури, които помагат на видовете животни да функционират и оцеляват. Още една комплексна система е имунната.
Имунната система е разпръсната из тялото,
като включва много различни органи, както е показано на картината и трилиони клетки се придвижват
с кръвните или лимфни потоци като защитават и лекуват тялото от болести.
Например, тази картина е на имунните клетки, тези в синьо, които атакуват ракова клетка
тук в центъра. Както видяхме преди при мравките, клетките на имунната система комюникират помежду си
с помощта на химически сигнали, и работят заедно без централен контрол,
за да координират атаката си върху това, което смятат за заплаха за тялото.
В допълнение популацията на имунните клетки в тялото може да промени, или да се адаптира
в отговор на това, което се случва с тяхното обкръжение.
Този тип адаптация съставлява друга ключова характеристика на комплексните системи.
Друг познат пример на комплексна система е човешкия генетичен код. Тук е представен образа на
човешкия генетичен код. Всяка от тези подобни на червеи структури е хромозома, които образуват 23 двойки.
Вие може да видите, че това е мъжка хромозома, защото има една Х-У двойка.
Всяка от тези хромозоми е направена от хиляди гени. Гените са
ДНК последователности по продължение на хромозомата. има около 25 000
гени, които кодират протеините. С термините на комплексните системи вие можете да мислите за гените като
прости компоненти, които общуват помежду си по децентрализиран начин. Този начин на общуване те
осъществяват посредством генетични регулаторни мрежи. Те контролират размяната на информация, където
под информация се разбира прехвърлянето на протеини. Тук е представена малка регулаторна мрежа,
която е картирана от изследователите. Тук всеки от тези правоъгълници или овали представя
един ген, и стрелката от един ген към друг означава, че първият ген контролира
информацията на втория ген. Оказва се, че човешкият генетичен код е направен от хиляди
мрежи като тази, в които гените взаимодействат помежду си по сложни начини,
и, именно тези взаимодействия са отговорни до голяма степен за нашата собствена (човешка) сложност.
Идеята за мрежовата структура е централна в изучаването на комплексността в природата.
Тук е представена друга мрежова структура - хранителната верига.
Тук, всеки възел или фокусна точка на мрежата е специфична група от животински видове и стрелките
представят кой изяжда кого. Ако от едната група стрелката сочи към друга това означава, че първата
е храна за втората. Например, лисиците са на върха на този характерна
за Аляска хранителна мрежа, тъй като те се хранят с няколко вида животни, но никой не ги яде,
според тази диаграма. Тук е представена една абстрактна диаграма на една дори по-сложна хранителна верига
от залива на Аляска. Когато говорим за мрежи по-късно в рамките на този курс, ще видим някои много
интересни примери на децентрализирани, самоорганизиращи се хранителни вериги, подобна на тази и други видове
мрежи. Вероятно с типа мрежи, с който вие сте най-добре сте запознати е социалната мрежа.
Ето част от от моята собствена социална мрежа. Тези връзки представят приятелските ми отношения.
Моите приятели са свързани с техни приятели и т.н. Социалните мрежи се оказват, че притежават
много интересни структури, които също се проявяват в биологическите и техническите мрежи.
По-късно в този курс ние ще разгледаме задълбочено какви са тези структури и как те са се образуват.
Изследователите на комплексните системи са много заинтересовани в изучаването на големи социални мрежи като
Facebook, за да разберат тяхната структура, как се формират, как те се променят с времето,
и най-интересното е как се предава информацията по тези мрежи. Изследват се и много други въпроси.
Икономиките формират друг тип комплексни системи, в които взаимодействията в мрежата са
фундаментални. Тук виждаме пример от международната финансова мрежа, където
възлите представят финансовите институции, а връзките представят взаимодействията между тях. Например,
ако една банка притежава акции от друга това означава, че те са свързани. Оказва се, че количеството
връзки в такава мрежа, както и качеството на връзките оказват голям ефект
върху стабилността на мрежата, като банкрутиране.
Новата интердисциплинарна област на науката за мрежите, която се появи следствие на изучаването на комплексните системи
изследва тези мрежови феномени от гледна точка на много и различни дисциплини.
Като последен пример, ние ще погледнем към изучаването на градовете като комплексни системи
Често се казва, че, разглеждан по различен начин, градът е жив организъм
Но до каква степен един град прилича на жив организъм и начините, по които е структуриран,
по които расте, мащабите на размера му и как градът оперира? Тези и други въпроси формират основата на бързо нарастващата
област от изследвания в областта на комплексните системи, които ние ще разгледаме в подробности в този курс.