EL MUNDO DE LAS CIENCIAS DE LA COMPLEJIDAD

EL MUNDO DE LAS CIENCIAS DE LA COMPLEJIDAD Carlos Eduardo Maldonado Nelson Gómez Sistemas cercanos al equilibrio Filo del caos Sistemas complejos Equilibrio Caos Orden (Cristales) Desorden Sistemas alejados del equilibrio Ciencia normal • Distribuciones normales • Ley de los grandes números • Campana de Gauss • Campaba de Bell • Descripciones estadísHcas • Descripciones matriciales • Vectores • Estándares . . . (Vida) (Sol, estrellas) Ciencia revolucionaria Ciencias de la complejidad • Termodinámica del no-­‐equilibrio • Teoría del caos • Teoría de las catástrofes • Geometría fractal • Vida arHficial • Ciencia de redes • Lógicas no-­‐clásicas DISTRIBUCIONES NORMALES GEOMETRIC
PHENOMENA, such
as:
* Gauss Bell
* Statistics
* Normal
distributions
* Standards
* Averages
* Vector analysis
Sistemas cercanos al equilibrio Filo del caos Sistemas complejos Equilibrio Caos Orden (Cristales) Desorden Sistemas alejados del equilibrio Ciencia normal • Distribuciones normales • Ley de los grandes números • Campana de Gauss • Campaba de Bell • Descripciones estadísHcas • Descripciones matriciales • Vectores • Estándares . . . (Vida) Ciencia revolucionaria (Sol, estrellas) (Thomas Kuhn) Ciencias de la complejidad • Termodinámica del no-­‐equilibrio (Ilya Progogine, 1945 y 1977) • Teoría del caos (Edward Lorenz, 1964) • Teoría de las catástrofes (René Tom, 1977) • Geometría fractal (Benoît Mandelbrot, 1977) • Vida arHficial (Christopher Langton, 1987) • Ciencia de redes (L. Barabási, S. Strogatz, D. WaOs, 2001-­‐2003) • Lógicas no-­‐clásicas (varios, desde la década de 1950) (*) Sistemas cercanos al equilibrio Filo del caos Sistemas complejos Equilibrio Caos Orden (Cristales) Desorden Sistemas alejados del equilibrio Ciencia normal • Distribuciones normales • Ley de los grandes números • Campana de Gauss • Campaba de Bell • Descripciones estadísHcas • Descripciones matriciales • Vectores • Estándares . . . (Vida) Ciencia revolucionaria (Sol, estrellas) (Thomas Kuhn) Lógicas no clásicas
Redes complejas
IncerHdumbre Emergencia Imprecisión Auto-­‐organización No-­‐linealidad Adaptación Evolución Atractores Fractalidad Caos Vida artificial
Sistemas cercanos al equilibrio Filo del caos Sistemas complejos Equilibrio Caos Orden (Cristales) Desorden Sistemas alejados del equilibrio Ciencia normal • Distribuciones normales • Ley de los grandes números • Campana de Gauss • Campaba de Bell • Descripciones estadísHcas • Descripciones matriciales • Vectores • Estándares . . . (Vida) Ciencia revolucionaria (Sol, estrellas) (Thomas Kuhn) Filo del caos Sistemas cercanos al equilibrio Sistemas complejos Equilibrio Caos Orden (Cristales) Desorden Sistemas alejados del equilibrio Ciencia normal (Vida) (Sol, estrellas) Ciencia revolucionaria (Thomas Kuhn) • Distribuciones normales • Ley de los grandes números • Campana de Gauss • Campaba de Bell • Descripciones estadísHcas • Descripciones matriciales • Vectores • Estándares . . . Cuerpos simples Trayectorias Sistemas duales 3-­‐cuerpos n-­‐cuerpos muerte TERMODINÁMICA (entropía) (evolución) BIOLOGÍA muerte … vida vida • Sensibilidad a las condiciones iniciales • Presencia de atractores • Cambios de fase . . . VIDA Y AUTOORGANIZACIÓN • Sistema Endocrino • Sistema LinfáHco • Sistema Inmunológico • Sistema Nervioso Central • Sistema Cardiovascular • Sistema Muscular • Sistema DigesHvo • Sistema Respiratorio • Sistema Circulatorio En un organismo saludable (sano) no todo pasa por el cerebro Problemas P =! NP Relaciones entre el universo macroscópico y microscópico Sistemas dinámicos Lógicas No Clásicas
(Lógicas filosóficas)
Lógicas
polivalentes
Lógica difusa
Lógica
paraconsistente
Lógica formal
clásica
Lógica de
contrafácticos
Lógica
epistémica
Lógica de la
relevancia
Lógica libre
Lógica del
tiempo
Lógica modal
Lógica de
fabrica
Lógica
deóntica
Lógicas No Monotónicas
Extensiones a la
lógica clásica
Lógica cuántica
Lógicas Probabilísticas
Alternativas a la
lógica clásica
NUMBER SYSTEM Imaginary emergencias
sorpresas
autoorganización
no linealidad
rupturas de simetría
.
.
.
Un sistema complejo no
es explicable a partir de lo
anterior, de lo inferior, o
de lo causal
Abierto en la cima:
porque aprenden, se
adaptan, exhiben vida
Abierto en la base: porque la complejidad
nace compleja; es decir, no como un
agregado (=suma) de elementos o partes
Sistemas de complejidad creciente
(sistemas irreductibles)
Métodos clásicos
Heurísticas
METAHEURÍSTICAS
Metaheurísticas híbridas
Metaheurísticas
paralelas y distribuidas
configuración:
Instanciar
módulos
Hiperheurísticas
Afinar
parámetros
Metaheurísticas multinivel
Problema
estructural
Problema
paramétrico
Metaheurísticas auto-adaptativas
Computación no convencional
Personalización
de
metaheurísticas
Afinamiento de metaheurísticas
Aprendizaje de máquina
SIA RN CE SD IE Técnicas probabilísHcas Paradigmas de la inteligencia computacional. SI: sistemas difusos, RN: Redes neuronales, SIA: sistemas inmunes arSficiales, CE: computación evoluSva, IE: inteligencia de enjambres. Las flechas representan posibles combinaciones de técnicas para formar sistemas híbridos. Adaptado desde (Engelbrecht, 2007).
Computación
Natural
Computación
inspirada por la
naturaleza
Síntesis de fenómenos
naturales en
computadores
Computación con
nuevos materiales
naturales
Redes Computación Inteligencia de Sistemas Geometría
Vida
Computación Computación
cuántica
neuronales evolutiva
enjambre
inmunes
fractal
con ADN
naturales
artificiales
artificial
COMPLEJIDAD COMPUTACIONAL Dos Hpos de problemas Decidibles P Problemas fáciles: Irrelevantes Indecidibles N-­‐P Problemas Di\ciles: Relevantes N-­‐P Completos N-­‐P Di\ciles No pueden resolverse algorítmicamente, incluso con recursos de [empo y espacio ilimitados • Hipercomputación • Computación no-­‐convencional • Simulación • MetaheurísHcas Knowledge Goods and Services Meta-­‐Engineering Complex Engineered Systems Conven6onal Engineering •  Uncertainty •  Reliability •  Durability •  Systems or soeware that support engineering acHviHes •  “Intelligent” soluHons Classical Engineering • 
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PredicHon Predictability Transparency Stability Reliability Controllability (centralized control) •  Coupling classical engineering with enterprise acHviHes
Reversed systems Engineering Systems of systems engineering Unconven6onal Engineering •  Reuse •  Analysis of exisHng systems •  LinearizaHon of •  “Emergent” soluHons nonlinear systems • 
• 
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Maber and energy Simple and complicated systems (=linear systems) Local research Exact methods Single soluHons Bio-­‐inspired Engineering •  Systems integraHon (verHcal and horizontal) •  Synergy •  CoordinaHon •  Interoperability •  Inaccuracy •  Learning • 
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Scalability Flexibility Evolvability Adaptability Resilience Robustness Self-­‐monitoring Self-­‐repair Self-­‐organizaHon •  Vagueness • 
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InformaHon and compuHng Complex systems (=nonlinear systems) Large-­‐scale research MetaheurisHcs SoluHon space Biology Physics Normal Science (LiOle Science) Sciences of Complexity (Big Science) Arrow of complexifica6on MODELAMIENTO Y SIMULACIÓN Modelo
Modelamiento
Sistema Real
(mundo real)
Aplicación
Simulación
Computador
Comprensión