Komplexní systØmy, my„lení o systØmechxpelanek/IV109/slidy/komplexni...efekt zÆsahø do...

transcript

Komplexní systémy Myšlení Shrnutí

Komplexní systémy, myšlení o systémech

Radek Pelánek

Typy systémů

Komplexní systémy

není žádná formální definicenení žádné přesné vymezeníplynulý přechodzávislost na úhlu pohledu, na míře abstrakcepředstavení přes příklady, výčet charakteristik

Typy systémů

Komunikační cvičení s obrázky

dvojicejeden vidí obrázekdruhý obrázek nevidí a má ho nakreslit

cíl:nakreslit obrázek, který vypadá podobně (působípodobným dojmem) – není nutno, aby byl zcela stejnýminimální komunikace

Typy systémů

Obrázek 1

Typy systémů

Obrázek 2

Typy systémů

Obrázek 3

Typy systémů

Složitost

Cvičení ilustruje jeden z pohledů na to, co je to „složitostÿsystému:

Složitost systému = délka popisu vzorů (pravidelností)v systému.

Typy systémů

Neorganizovaná složitost (agregáty)

Organizovaná složitost (komplexní systémy)

Organizovaná jednoduchost (stroje)

počet částí

Typy systémů

Typy systémů – metody řešení

typ systému metoda

organizovaná jednoduchost analytické metodyneorganizovaná složitost statistikaorganizovaná složitost simulace

Typy systémů

Komplexní systém: definice

A system that can be analyzed into many componentshaving relatively many relations among them, so that thebehavior of each component depends on the behavior ofothers. (Herbert Simon)A system that involves numerous interacting agentswhose aggregate behaviors are to be understood. Suchaggregate activity is nonlinear, hence it cannot simply bederived from summation of individual componentsbehavior. (Jerome Singer)A complex system is a highly structured system, whichshows structure with variations. (Goldenfeld andKadanoff)A complex system is one that by design or function orboth is difficult to understand and verify. (Weng, Bhallaand Iyengar)

Typy systémů

Komplexní systém: další definice

A complex system is one whose evolution is very sensitiveto initial conditions or to small perturbations, one inwhich the number of independent interacting componentsis large, or one in which there are multiple pathways bywhich the system can evolve. (Whitesides and Ismagilov)A complex system is one in which there are multipleinteractions between many different components. (D.Rind)Complex systems are systems in process that constantlyevolve and unfold over time. (W. Brian Arthur)

. . . komplexní systém je také populární výraz pro ledasco.

Typy systémů

K problematice definicí. . .

Jak můžeme studovat něco, co nemáme ani pořádnědefinováno?

A co biologie a život?Život je cokoliv, co umře, když do toho pořádně praštíte.(D. Berry)Komplexní systém je cokoliv, čemu pořádně nerozumíme.(R. Pelánek)obecně v tomto kurzu: nebudeme příliš probírat definice,daleko více příklady, charakteristiky, . . .

Typy systémů

Jak můžeme studovat něco, co nemáme ani pořádnědefinováno?A co biologie a život?

Život je cokoliv, co umře, když do toho pořádně praštíte.(D. Berry)Komplexní systém je cokoliv, čemu pořádně nerozumíme.(R. Pelánek)obecně v tomto kurzu: nebudeme příliš probírat definice,daleko více příklady, charakteristiky, . . .

Typy systémů

Jak můžeme studovat něco, co nemáme ani pořádnědefinováno?A co biologie a život?Život je cokoliv, co umře, když do toho pořádně praštíte.(D. Berry)

Komplexní systém je cokoliv, čemu pořádně nerozumíme.(R. Pelánek)obecně v tomto kurzu: nebudeme příliš probírat definice,daleko více příklady, charakteristiky, . . .

Typy systémů

Jak můžeme studovat něco, co nemáme ani pořádnědefinováno?A co biologie a život?Život je cokoliv, co umře, když do toho pořádně praštíte.(D. Berry)Komplexní systém je cokoliv, čemu pořádně nerozumíme.(R. Pelánek)obecně v tomto kurzu: nebudeme příliš probírat definice,daleko více příklady, charakteristiky, . . .

Charakteristiky komplexních systémů

Příklady komplexních systémů

ekosystémytrhypodnebíorganizacemraveništěbuňkaměstoimunitní systém

Příklady nekomplexních systémů

židlepáka, kladkabalónekmotor. . . většina strojů

http://necsi.edu/projects/mclemens/viscss.html

Dynamické

neustále v pohyburovnováha – spíše krátkodobá, aktuální vyváženostdynamických dějůsrovnej:

statická rovnováha: páka, důmdynamická rovnováha: mraveniště, město

Těsně svázané

„Všechno souvisí se vším.ÿsrovnej:

neurony v mozku: tisíce spojenílogické obvody v počítači: řádově desítky vstupů/výstupů

Ovládané zpětnou vazbou

neexistuje rozdělení na příčiny a následkyzměny ovlivňují samy sebesrovnej:

řízení mraveniště, vývoj druhů (ko)evolucířízení robota, návrh strojů

Nelineární

„Potká-li sob soba, mají radost oba. Potkají-li se tři sobi, takse radost násobí.ÿ

efekt zásahů do systému neúměrný velikosti zásahůmalé zásahy – výrazný efekt (vzdálený prostorově čičasově)srovnej:

předpovídání polohy planetypředpovídání počasí

Sebe-organizující se

zpětné vazby jsou schopny vytvářet řád vycházejícíz malých, náhodných impulzůřád vzniklý „zespoduÿ, bez centrálního vedenísrovnej:

řízení mraveniště, vznik vzorů v přírodě (např. mušle)hierarchické řízení organizace, návrh oblečení

Adaptabilní

jednotlivé komponenty/agenti se mění, učí se, vyvíjí se,nahrazují se evolučními procesy, . . .systémy jako celek se vyvíjísrovnej:

živý organismusstroj

Historie

Historické poznámky

tradičně:věda – jednoduché systémy, redukcionistický přístupfilosofie, humanitní obory – složité systémy

do pol. 20. stol.: vědecké nástroje nepoužitelné prostudium komplexních systémůpol. 20 stol.: první metody (buněčné automaty), alenepoužitelné praktickyod 90. let: dostatečně silné a rozšířené počítače ⇒použitelnost metod, rozvoj studia komplexních systémů

Historie

Pohled z 30. let (Bertrand Russel)

. . . jak v oblasti těch největších, tak i nejmenších rozměrů, všude senám zdá, že věda dosahuje svých hranic. [. . .] Zákony změn lzepatrně shrnout do velmi malého počtu obecně platných principů,podle nichž je možno určovat minulost i budoucnost světa, je-liznám kterýkoli sebekratší okamžik jeho dějin. Vědy zabývající sestudiem neživé přírody blíží se tak stadiu dovršení, čímž přestanoubýt zajímavé. [. . .] Teoreticky by bylo možno zaznamenat všechnyúdaje o poloze částic do velké knihy a tu pak uložit spolu spočítacím strojem, který by na pouhé stisknutí knoflíku poskytovaltazateli žádané údaje z libovolného, do záznamu nepojatéhočasového období. Těžko si představit něco méně zajímavého, něcotak vzdáleného onomu vášnivému zaujetí, jímž jsou neseny dílčíobjevy. Je vám, jako kdybyste po namáhavém výstupu na vysokouhoru nenašli na vrcholku nic než v mlze ponořenou restauraci, kdevyhrává rádio a pije se zázvorové pivo.

Historie

Proč se (nejen) Russel mýlil?

kvantová fyzika, neurčitostnerozhodnutelnost, meze formálních systémůchaos, nelinearita, citlivost k počátečním podmínkám

Historie

Role počítačů

Význam počítačů pro studium komplexních systémů:

zpracování rozsáhlých dat (např. genom)nové typy data (statistiky z webu, mailu, telefonů,dokumentů)práce s velkými modely, simulace

Myšlení (nejen o systémech)

intuitivní myšlenísystémové (holistické) myšlení vs. redukcionistické myšleníinduktivní vs. deduktivní myšlenícentralizované vs. decentralizované myšlení

(budou se opakovaně objevovat v dílčích tématech)

Intuitivní myšlení

Intuitivní uvažování

intuitivní uvažování („selský rozumÿ) vystačí většinou ujednoduchých systémůu komplexních systémů děláme chybyvýpočetní modely – mj. pomůcka pro lepší myšlení

Lineární uvažování

příklad: řasy v rybníce

tendence extrapolovat (lineárně) trendyexperiment s prokládáním bodů„Když nárůst koncentrace CO2 v atmosféře o 25 %způsobil nárůst teploty o 0, 5◦C a žádné zásadní změnyklimatu, tak nárůst o dalších 25 % taky nic mocnezmění.ÿ

Lineární uvažování

příklad: řasy v rybnícetendence extrapolovat (lineárně) trendyexperiment s prokládáním bodů„Když nárůst koncentrace CO2 v atmosféře o 25 %způsobil nárůst teploty o 0, 5◦C a žádné zásadní změnyklimatu, tak nárůst o dalších 25 % taky nic mocnezmění.ÿ

Krátkodobý výhled

příklad: kuřáci a tříletý výhledmetafora: vařící se žába („Boiling frogÿ)komplexní systémy: dlouhodobé zlepšení často vyžadujekrátkodobé zhoršení

Zjednodušené uvažování o příčinách

příklad: X protože Ykonsekvence a kauzalita – poté, tedy proto

šaman a déšťkrize v zemi A ⇒ krize v zemi B

korelace a kauzalitazapalovače a rakovinasportovní vybavení a výkonhttp://www.tylervigen.com/spurious-correlations

přehlížení zpětných vazeb

Experiment s kartami

karty: z jedné strany písmeno a z druhé číslohypotéza: karty se samohláskou mají z druhé strany sudéčísloKteré karty je nutno otočit pro ověření platnostihypotézy?

(více informací: „Wason selection taskÿ)

Experiment 2-4-6

trojice číselpravidlo udává, které trojice platné a které ne2-4-6 je platná trojicemůžete se ptát na trojiceúkolem je zjistit pravidlo

Ovlivnění paradigmatem

Struktura vědeckých revolucí – T. Kuhnrozpoznávání karet a nestandardní karty (černá srdcová)optické klamy (The Spinning Dancer)potvrzování místo vyvracenípříklad: experiment s kartami, 2-4-6ovlivnění vstupních informacípříklad: NASA a měření ozónuDarwin a jeho deníček

Neintuitivnost komplexních systémů

požáry v amerických národních parcíchprotipovodňové opatření a zvýšené povodněbudování silnic vedoucí k více zácpámbezpečná auta vedoucí k nebezpečné jízdězákaz potratůzařízení šetřící čas vedoucí k nedostatku časuDDT

Role modelování

výpočetní modely:nás nutí přesně formulovat předpokladyukazují nezkreslené důsledky těchto předpokladůnázorně ilustrují neintuitivní chovánímohou tak pomoci část chyb intuitivního myšlení překonat

Styly myšlení

Deduktivní a induktivní uvažování

deduktivní uvažování

předpoklady ⇒ logicky platné závěrysnadno formálně uchopitelnéneodpovídá lidskému myšlení

induktivní uvažovánízevšeobecňování, odvozování obecných zákonů zkonkrétních příkladů, odhadování vývoje, . . .používáno lidmitěžko formálně uchopitelné

Styly myšlení

Centralizované vs. decentralizované myšlení

intuitivní ∼ centralizovanékomplexní systémy ∼ decentralizovanécentralizované myšlení:

negativní zpětná vazbacentralizované příčinyvýznam „uzlůÿ

decentralizované myšlení:pozitivní zpětná vazbakonstruktivní role náhodyvýznam „vztahůÿ

Systémové myšlení

Systémové myšlení: slogany a metafory

celostní pohled na systémy a na studium vztahů mezijednotlivými částmiVidět les, nejen stromy.žába ve voděslepí výzkumníci a slon

hloubka

šířkaúzce

zaměřenéširoce

zaměřené

mělké

detailní

mnoho mentální modelů

dobrésystémovémodely

probíranémodely

beznadějná cesta

Ilustrace: pohled na dějiny

„klasickýÿ pohledvýznamné osobnosti, jejich činy, výrokylineární vysvětlení událostí

„systémovýÿ pohledstruktura systémuzpětné vazby, provázanost

viz např.

J. Diamond, Guns, Germs, and Steel: The Fates of Human Societies

H. Hobhouse, Seeds of Change: Six Plants That TransformedMankind

Ilustrace: pohled na dobro a zlo

„klasickýÿ pohleddůraz na jednotlivce„bad applesÿ

„systémovýÿ pohleddůraz na pravidla systému„bad barrelsÿ, „bad barrel-makersÿ

Philip Zimbardo:

Stanford prison experiment

TED talk How people become monsters . . . or heroes

kniha The Lucifer Effect: Understanding How Good People TurnEvil

Shrnutí

komplexní systémy jsou „složitéÿintuitivní uvažování – chybymodelování a simulace (v tomto kurzu) především jakonástroj pro lepší uvažování o světě

Komplexní systØmy, my„lení o systØmechxpelanek/IV109/slidy/komplexni...efekt zÆsahø do...

Documents