Jak zdefiniowałbyś "systemy złożone"?
Mówiąc jednym zdaniem
to systemy, które nie pasują do
zwięzłych form reprezentacji
albo opisu. Powinienem to jednak wyjaśnić.
W systemach, które studiują fizycy
można napisać na jednej stronie
kilka pięknych i eleganckich równań,
takich jak prawa zachowania pędu Newtona,
równania pola elektromagnetycznego itd.
Można tak wyjaśnić olbrzymią ilość danych
empirycznych, gdy idzie o genom, mózg,
własności społeczeństwa albo historii, co
jak wiemy, nie mają tak eleganckich i zwięzłych opisów.
A to jest dla mnie dowód,
że mamy do czynienia z systemami złożonymi.
Ale dlaczego tak? Uważam że jest to trudne
ponieważ systemy te pamiętają swoją historię.
Jedną z cech, według mnie, systemu złożonego
jest to że ma on metodę albo mechanizm
pozwalający wyciągać informację
ze środowiska, by wykorzystać je do zachowań
adaptacyjnych - żeby przewidywać i kontrolować.
W konsekwencji muszą być opisywane modelami
które mają inny posmak od tradycyjnie znanych
z nauk matematycznych.
I zwykle będą one wyliczane komputerowo.
Zadam Ci więc pytanie, które zadaję
wszystkim, tzn jaka jest definicja systemu złożnego?
O nie!
Wszyscy tak mówią.
W informatyce teoretycznej nie mówimy, że
systemy są złożone czy proste.
Zwykle mówimy że to pytania są
złożone gdy wymagają znacznych nakładów obliczeniowych
by na nie odpowiedzieć. Wiele czasu,
pamięci i rozmów między ludźmi.
Pewnych ograniczonych zasobów.
Różne pytania mogą mieć różne poziomy obliczeniowego skomplikowania.
Np. jeśli chcesz wiedzieć jak będzie wyglądał system
po "t" krokach od teraz,
możesz na to odpowiedzieć po czasie około t,
przez symulację. Interesującym pytaniem mogłoby być
- czy nie ma dużo szybszego algorytmu?
Może nie ma sposobu, by przeskoczyć historię
systemu. Może podobnie jak chaotyczny system
nie ma zwartego rozwiązania, może nie ma obejścia
dla pracochłonej, krok po kroku symulacji.
Jest to dla mnie bardziej pomocne niż określenia,
prosty czy złożony. Znaczy, nie neguję że często
mamy jasne rozeznanie co do tego, ale za bardziej przydatne uważam
modyfikowanie pytania, by otrzymać odpowiedź
typu "nie albo tak" czy otrzymać konkretną wartość;
A potem możemy rozmawiać o tym jak trudno
obliczeniowo odpowiedzieć na to pytanie
czy wyliczyć daną wartość.
Jest to skomplikowana kwestia.
Nie powiedziałem złożona, tylko troszkę skomplikowana
Jest to związane z dyskusją, którą zapewne będziemy
toczyć na temat informacji. Dlatego mam dokładne pojęcie
co to znaczy, kiedy mówię o naturalnych czy sztucznych
systemach, jako złożonych bądź o bardzo skomplikowanej
wewnętrznej architekturze przyczynowej, zawierającej informację o procesie.
Technikalia, o których powiemy za chwilę zależą od
tego jak mierzymy przechowywaną informację i liczebności struktury.
Informacja jest zamiennikiem próby opisania
złożoności systemu, a różnorakie sposoby przetwarzania
i przechowywania informacji może być powiązana z organizacją systemu.
Jest to kluczowa idea. Oczywiście
myślenie Shannon'a o informacji jako stopniu zaskoczenia,
stopniu nieprzewidywalności w układzie czy jak przypadkowy on jest,
muszą być rozwijane. Większość zatem mojej pracy
polega na próbie nakreślenia różnych typów informacji,
nie tylko informacji Shannon'a.
Dla mnie zatem układ złożony
to układ z interakcjami,
mający w sobie nieliniowe elementy.
Skałaniam się bardziej do pracy nad układami wysoko wielowymiarowymi
i lubię korzystać z metod mechaniki statystycznej
by zrozumieć problemy w tych systemach.
Zwykle interesujące cechy tych systemów podlegają prawom
potęgowania, mają własność skalowania, czy inaczej mówiąc podlegają
albo zawierają obiekty fraktalne, bezpośrednio
w swojej fizycznej budowie albo
w określających je statystykach.
Więc w mojej podstawowej definicji układ złożony składa się z
kliku jednostek, które na początku od siebie się nie różnią ale potem się rozchodzą.
Są w jakiś sposób powiązane przez pewnego rodzaju sieci strukturalne
albo struktury przestrzenne i pobierają informacje przez tę strukturę,
ale czasami otrzymują globalne sygnały czy informacje,
którymi mogą być ceny na rynku, temperatura układu.
W dodatku będąc różnymi i powiązanymi - mogą być niezależne,
tak że działanie jednego czynnika na taki system może
wpłynąć na działanie innego czynnika. W kontekście systemu społecznego
takiego jak ekonomia. Jeśli kupię w sklepie chleb
nie ma znaczenia czy będzie to pełnoziarnisty czy biały.
Nie ma tam silnej zależności, innej niż związek z ceną.
Ale jeśli zdecyduję się spokojnie jechać samochodem zamiast
pojechać autem bardzo szybko, to tego typu rzeczy mają ogromne znaczenie.
Są więc zależne. A w dodatku przy zależnych zachowaniach,
sieciach i różnorodnych czynnikach, czynniki te
dostosowują się i odpowiadają na środowisko, w którym się
znajdują. Nie kierują się one tylko prostymi regułami,
ale jakby się dopasowują. Ta ostatnia część jest filozoficznie
troszkę podchwytliwa, ponieważ adaptacja jest zasadą wyższego rzędu.
Można mieć zatem pierwszorzędną zasadę a potem meta zasadę.
Można powiedzieć że opierają się na konkretnych regułach, ale opierają się także
na meta regułach pozwalających na zachowanie,
umożliwia reagowanie na sygnały globalne jak i lokalne.
Ostanią rzeczą, jaką wspomnę, jest pewien paradoks w definicji układu złożonego
Tzn układ taki może być złożony ale nie musi.
Układ może mieć wszystkie te składniki a i tak znajdzie się w stanie
równowagi. Szczególnie, jeśli spojrzeć a ekonomię, pewne
elementy systemu ekonomicznego są zrównoważone ale inne
już nie. Jeśli spojrzycie na globalne zużycie ropy w czasie,
jest ono dość przewidywalne i stabilne,
za to zmiany cenyropy ropy są złożone, ponieważ
istnieje wiele zależności, które wchodzą w grę.
Czasami z Johnem Hollandem żartujemy sobie, że
powinniśmy je nazwać układami będącymi w stanie generować złożoność.
To nie brzmi zadziwiająco
No, tak, na ten temat wielu dyskutowało.
Wydaje mi się, że większość ludzi się zgodzi
ze stwierdzeniem, że układ złożony zbudowany jest
z wielu współgrających części - gdzie
układ jest czymś więcej niż sumą części.
Wykazuje zachowania emergentne,które nie są sumą zachowań
swoich części. Inni dodają do tego nieco więcej
elementów, ale mnie to prawdopodobnie wystarcza.
To układ współpracujących ze sobą części wykazujących zachowania emergentne.
Dobrze, to całkiem proste. Pewnie rozłożenie tego na czynniki pierwsze
zajmuje troszkę więcej czasu.
Przedstawię wam swoją definicję układów słożonych , jednak
muszę powiedzieć, że wiele ważnych idei
takich jak cnota i życie są trudne do zdefiniowania
i myślę, że układy złożone też należą do tej kategorii.
Bynajmniej, tego typu układy, które nazywam złożonymi
mają wiele reagujących ze sobą składników,
a same zależności powiązane są
nietrywialnymi i nieliniowymi zależnościami
i to prowadzi układ do nieprzewidywalnego zachowania. Może
słyszeliście to już wcześniej, ale to ważne. Wszystkie
elementy albo się uczą albo w pewnym sensie
zmieniają swoje zachowanie podczas zachowań
układu.
To zaś prowadzi do wielu interesujących dynamik.
To ogólnie mam na myśli kiedy myślę o
układach złożonych.
Uważasz zatem, że adaptacja jest kluczową cechą zachowania takiego układu?
To kluczowe dla układów, które mnie przede wszyskim interesują.
Tak, to uczciwe postawienie sprawy.
Myślę, że moja definicja jest podobna do definicji innych ludzi.
W tej definicji układ złożony, to coś z dużą
ilością współgrających części, gdzie sposób w jaki współgrają
jest mierzalnie różny od ich osobniczego zachowania.
Więc jest to związane z fenomenem emergencji.
I możemy się spierać co te słowa dosłownie znaczą.
Tak na przykład może to znaczyć coś troszkę innego dla różnych ludzi
ale nie wydaje mi się szczególnie unikalna.
Systemy złożone bywają rzeczami, które
różnią się od prostszych, zwykle fizcznycznie
jednorodnych, dążą do zawierania elementów
wywodzących się z różnych kategorii. Na przykład
ludzie i firmy w mieście różnią się od siebie. Nie są tym samym.
Próbują być, Mają rozmyte granice, jakkolwiek nie wszystkie z nich.
Więc miasto czy ekosystem mogą się ciągle rozwijać.
Zwykle największa trudność w ich przewidywaniu
powodowana jest to, że mają całe łańcuchy przyczynowo-skutkowe.
Powoduje to pewną cykliczność, więc informacja zwrotna
zarówno pozytywna jak i negatywna generuje
trudności co najmniej takie jak w układach fizycznych,
które podlegają prostemu i nieliniowemu reżimowi
i mogą odpowiadać w sposób najmniej przewidywalny.
Są to ciągle definicje robocze mówiące czym uład złożony
może być, ale jeszcze daleka droga do tego, by powiedzieć czym faktycznie
są. Od ekosystemu po organizmy. Od miast po mózgi.
Układ złożony jest tym,
co zawiera przeolbrzymią liczbę czynników,
które współdziałają zwykle nieliniowo,
z czego ewoluuje wielopoziomowe zachowanie.
Charakteryzują je także zachowania emergentne,
które, myślę, są równie ważne, i pozwalają odróżnić je
do od układów, które nazywamy prostymi czyli np.
ruchem planet wokół słońca, z jednej strony. Z drugiej
nie można ich zamknąć w kilku prostych
równaniach, a jest to nierozerwalnie związane
z faktem, że te układy się adaptują i ewoluują.
Uważam, że jest to jedna z najważniejszych
różnic między układami tradycyjnymi - z którymi
ukrytymi pod płaszczykiem fizyki.
miałem do czynienia przez większość swojej kariery -