web analytics
نوشته قبلی نوشته بعدی سیستم‌های پیچیده – ۱
نوشته شده در آموزشی تجربیات علمی عمومی

سیستم‌های پیچیده – ۱

دانشجوی ارشد بیوفیزیک محاسباتی ام در دانشگاه تورنتو. مقطع کارشناسیم رو در دانشگاه شریف فیزیک خوندم با ماینور علوم‌کامپیوتر. از دوره راهنمایی برنامه‌نویسی میکردم و در دانشگاه هم ادامه دادمش. به کاربرد‌های علوم کامپیوتر در سایر علوم (مثل بیوانفورماتیک یا فیزیک محاسباتی) علاقه‌مندم و در همین زمینه‌ها میخوام ادامه‌تحصیل بدم. بقیه‌ی علاقه‌هام شامل تحلیل داده، علوم اجتماعی محاسباتی، اقتصاد و بازار بورسه.

سیستم‌های پیچیده – ۱ منتشر شده در 3 ژوئن 2018۲ دیدگاه

دانشجوی ارشد بیوفیزیک محاسباتی ام در دانشگاه تورنتو. مقطع کارشناسیم رو در دانشگاه شریف فیزیک خوندم با ماینور علوم‌کامپیوتر. از دوره راهنمایی برنامه‌نویسی میکردم و در دانشگاه هم ادامه دادمش. به کاربرد‌های علوم کامپیوتر در سایر علوم (مثل بیوانفورماتیک یا فیزیک محاسباتی) علاقه‌مندم و در همین زمینه‌ها میخوام ادامه‌تحصیل بدم. بقیه‌ی علاقه‌هام شامل تحلیل داده، علوم اجتماعی محاسباتی، اقتصاد و بازار بورسه.

یک «سیستم پیچیده» اصلا چی هست؟

هنوز هیچ تعریف دقیق و کمّی برای این سوال وجود نداره. بنابراین هنوز دقیقا مرز بین یک سیستم ساده و یک سیستم پیچیده رو نمیدونیم. اما به طور شهودی، به سیستم‌هایی که از اجزای بسیار زیادی تشکیل شده‌ان و این اجزا با همدیگه در تعامل‌ان (اغلب تعاملات غیرخطی دارن)، میگیم سیستم‌های پیچیده. این سیستم‌ها میتونن بیولوژیکی باشن (مثل مغز آدم که از حدود ۱۰۰ میلیارد نورون تشکیل شده) یا میتونن اجتماعی باشن (مثل افراد یه جامعه که با همدیگه در تعامل‌ان) یا اقتصادی باشن (مثل شبکه‌ی بنگاه‌های اقتصادی که با هم معامله میکنن) یا هر چیز دیگه.

سیستم‌های پیچیده چه ویژگی‌هایی دارن؟

مهمترین خصلت در سیستم‌های پیچیده که خیلی هم جالب و قابل توجهه، اینه که هر جزء از سیستم داره کار خیلی ساده‌ای رو انجام میده. هیچ قدرت مرکزی‌ای هم از درون یا بیرون، سیستم رو کنترل نمیکنه. اما در رفتار کلی سیستم، یه الگوی پیچیده ظهور (Emerge) میکنه. یه جمله‌ی معروفی از ارسطو هست که افراد توی این رشته زیاد مثال میزننش:

.The Whole is Greater than the Sum of its Parts

یعنی: «کل»، بیشتر از جمع اجزائشه.

یه مثال ساده‌ش، دسته‌ی پرنده‌هاست. ببینین مثلا پرنده‌ها گروه‌هایی به شکل زیر تشکیل میدن:

اینجا میتونین ویدیوی حیرت‌انگیز پروازشون رو هم ببینین. اما این الگوی زیبا در پرواز این پرنده‌ها، بدون هیچ قدرت مرکزی شکل گرفته. خود پرنده‌ها هم ازینکه دارن همچین الگویی شکل میدن بی‌خبرن. بلکه فقط هر پرنده، داره از ۳ تا قانون ساده زیر پیروی میکنه:

  1. سعی میکنه به سمت تراکم پرنده‌های اطرافش بره (Cohesion).
  2. سعی میکنه هم‌تراز با بقیه پرنده‌های اطرافش حرکت کنه (Alignment).
  3. اگه به یکی از همسایه‌هاش بیش از اندازه نزدیک شد، برای اینکه بهش نخوره تغییر جهت میده (Separation).

نتیجه این میشه که الگوی حیرت‌انگیزی که دیدین در پروازشون شکل میگیره (پیشنهاد میکنم ویدیوش رو حتما ببینین). اگه باور ندارین که این ۳ تا قانون میتونن اون الگو رو شکل بدن، میتونین شبیه‌سازیش رو اینجا مشاهده کنین.

به عنوان یه مثال دیگه، همون مغز رو در نظر بگیرین. مغز از حدود ۱۰۰ میلیارد نورون تشکیل شده. هر نورون فعالیت ساده‌ای (در مقایسه با خود مغز) انجام میده. اونم اینه که اگه نورون‌های اطرافش بهش بیشتر از یه حدی تیزه (Spike) بزنن، خودش هم شرو میکنه به تیزه زدن و روی نورون های اطرافش تاثیر میذاره. در نهایت با همین رفتارها میشه مدل‌هایی ساخت که حافظه و تصمیم‌گیری و یادگیری درونشون اتفاق بیفته. یعنی رفتارهای پیچیده‌ی مغز رو میشه با فعالیت‌های ساده‌ی اجزاش توضیح داد (برای اطلاعات بیشتر در همین زمینه، به این کتاب مراجعه کنین).

از جالب‌ترین خصلت‌هایی که میتونن در رفتار کلی سیستم ظهور کنن:

  1. سازماندهی سلسله‌مراتبی: سیستم‌های پیچیده ممکنه خودشون رو به شکل سلسه‌مراتبی سازماندهی کنن. یه مثال معروفش، سازماندهی بیولوژیکی در سطح بدن ماست که هر سیستم چطور از زیر سیستم‌های مختلفی تشکیل میشه. اینکه اعضای تشکیل‌دهنده‌ی هر سیستم پیچیده، خودشون چقدر سیستم‌های پیچیده‌ای باشن و این عمق تا کجا ادامه داشته باشه‌ هم از روش‌های تعریف پیچیدگیه و مفاهیمی مثل بُعد فراکتالی اینجا ظاهر میشه. مثلا «جامعه» از موجودات زنده تشکیل شده. «موجودات زنده» از دستگاه‌هایی مثل گوارش و گردش خون و عصبی و … تشکیل شده‌ان. «دستگاه‌» ها از بافت‌ها تشکیل شده‌ان. «بافت‌ها» از اجتماع سلول‌ها تشکیل شده‌ان و … .
  2. پردازش اطلاعات: سیستم‌های پیچیده میتونن از محیط اطرافشون اطلاعات بگیرن و از این اطلاعات برای تصمیم‌گیری استفاده کنن. دقت کنین که پردازش اطلاعات و تصمیم‌گیری فقط در سطح کل سیستم انجام میشه و نه در سطح اجزا.
  3. دینامیک پیچیده: سیستم‌های پیچیده معمولا دارای دینامیک پیچیده هم هستن. یعنی در طی زمان (یا حتی مکان) تغییر میکنن. مثلا ارزش سهام شرکت‌های مختلف در بازار بورس مدام در حال تغییره. یا سیستم غذایابی مورچه‌ها که یک فعالیت جمعی براشون حساب میشه، الگوهای پیچیده و مختلفی رو در طی زمان طی میکنه.
  4. تکامل و یادگیری: همه‌ی این سیستم‌ها (چه بیولوژیکی باشن چه هرنوع دیگه)، روند تکاملی دارن (دقیقا به همون معنای داروینی) و این روند تکاملی معمولا به خاصیت سازگاری با محیط و یادگیری منجر میشه. یعنی سیستم با هدف بقای خودش یا در نتیجه‌ی انتخاب طبیعی، تن به اصلاحات میده.

ادامه‌ی این مطلب رو در نوشته‌ی بعدی (سیستم‌های پیچیده – ۲) دنبال کنین.


 

دانشجوی ارشد بیوفیزیک محاسباتی ام در دانشگاه تورنتو. مقطع کارشناسیم رو در دانشگاه شریف فیزیک خوندم با ماینور علوم‌کامپیوتر. از دوره راهنمایی برنامه‌نویسی میکردم و در دانشگاه هم ادامه دادمش. به کاربرد‌های علوم کامپیوتر در سایر علوم (مثل بیوانفورماتیک یا فیزیک محاسباتی) علاقه‌مندم و در همین زمینه‌ها میخوام ادامه‌تحصیل بدم. بقیه‌ی علاقه‌هام شامل تحلیل داده، علوم اجتماعی محاسباتی، اقتصاد و بازار بورسه.

2 دیدگاه

  1. عالی بود توضیحاتت. کسی به این سوال جواب دقیقی داده که چی میشه که کل از اجزاش بیشتر میشه؟ وقتی توی علم میگیم ساعت از عقربه هاش تشکیل شده، همچنان ساعت ساعته و مفهوم ساعت انگار چیزی بیشتر از ساعته اما این فرآیند چیه دقیقا؟ یعنی اگه من یه میز که چهارتا پایه داره، زیرش رو کامل پر کنم، همچنان به این میگم میز، وقتی کنار میز رو هم بپرونم همچنان بهش میگم میز، ولی یه نفر از همین مکعب چوبی میتونه پرنده ی چوبی بسازه که دیگه میز نمیگم بهش. کسی نظریه تئوریک و دقیقی یا توجیهی برای این داره؟ دانشگاه بحث میکنیم اگه حال نداری تایپ کنی 🙂

    1. خب اینکه «کل از اجزاش بیشتره» دقیقا بخاطر تعاملات غیرخطی اجزا با همه. یعنی اصن تعامل غیرخطی دقیقا ینی همین. اینطوری Interactionهای بین Agentها هم علاوه بر خود Agentها دارن در شکل‌دهی هویت سیستم مشارکت میکنن.
      ولی اینکه میز اگه لبه‌ش لب‌پر بشه باز هم میزه، به نظرم بیشتر فلسفیه و به Interaction بین اجزاء میز ربطی نداره. اما من متاسفانه زیاد فلسفه بلد نیستم 🙁

پاسخی بگذارید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *