Tom de GreefHet Tijdperk van ComplexiteitCollege 1
http://www.tue-tm.org/complexity/
Verbindingen
Schema van de ondergrondse infrastructuur van het TU/e terrein toont de noodzakelijke verbindingen tussen gebouwen, onderzoeksfaciliteiten en de buitenwereld.
Verbindingen
• Tussen faculteiten• Tussen disciplines
• Tussen campus en stad• Tussen wetenschap & technologie en maatschappij
• Essentieel voor het functioneren van de universiteit • Essentieel voor het functioneren van een academicus
Academische Vorming
Wie van alles een beetje weet, is een dilettant. Wie van een beetje alles weet is een vakidioot.Academisch gevormd is degene die veel weet over een klein gebied en in staat is om die kennis in een groter geheel te plaatsen
Guenther Rohpol, techniekfilosoof en ingenieur
Academische Vorming
• Kundigheid in een technische discipline• Bekwaamheid in onderzoeken en ontwerpen• Een wetenschappelijke benadering van problemen• Teamwork met mensen uit andere disciplines• Oplossingen die aan technische en maatschappelijke eisen
voldoen• Communicatie over problemen en oplossingen met vakgenoten
en leken
De maatschappij verlangt veel van een academisch opgeleide ingenieur:
De Minor
• Kennismaking met een andere discipline• Leren om disciplines te verbinden en te overschrijden
Academische Vorming vindt plaats gedurende de hele opleiding.
De minor is een belangrijke stap naar verbreding:
Het programma Academische Vorming in de minor (universiteitscolleges + lezingen Studium Generale) is gemaakt om hieraan bij te dragen.
Complexe Systemen
Wat betekent het woord complex?
com (samen) + plectere (vlechten, weven)
Complexe Systemen
Veel voorbeelden in…
Voorbeelden
Voorbeelden I
HersenenVerkeer
Diffusie van technologie Internet
Voorbeelden II
MierenCel
Organisaties
Simon (1981):
A complex system is seen as a hierarchic system, i.e. a system composed by subsystems that in turn have their own subsystems, and so on...
H.A. Simon, The Sciences of the Artificial, MIT Press
Definitie complex systeem?
Mitchell (2009):
A system in which large networks of components with no central controland simple rules of operation give rise to complex collective behavior,sophisticated information processing, and adaptation via learning or evolution.
M. Mitchell, Complexity A Guided Tour, Oxford Press
Definitie complex systeem?
• Geen uniforme definitie: Internet, levende cel, aandelenkoers, turbulentie in vloeistoffen
• Karakteristieke kenmerken complexe systemen Groot aantal componenten Veelvoud van interacties De interacties tussen de componenten zijn sterk niet-lineair Zelforganiserend Informatieverwerkend Adaptief Robuust Fragiel
Kenmerken Complexe Systemen (I)
Groot aantal componenten (actoren)
• Actoren zijn sterk heterogeen
Aandeelhouders (106)De overheid (1)
Banken (30)
Kenmerken Complexe Systemen (II)
Veelvoud van interacties
• Zwakke en sterke interacties• Interacties zijn dynamisch, d.w.z. tijdsafhankelijk• Geen relatie grootte interactie en effect op systeem
door sterke niet-lineariteit (bijv. amplificatie of negatieve feedback)
Financiële Crisis Azië 1997
Thaise Bath
Roepie
Pesos
Kenmerken Complexe Systemen (III)
Interacties zijn sterk niet-lineair
• Extreme gevoeligheid complex systeem t.o.v. begincondities
• Onvoorspelbaarheid
• Bifurcaties
• Terugkoppeling (feedback)
Kenmerken Complexe Systemen (IV)
Zelforganisatie• Interacties tussen de componenten op lokaal niveau zorgen voor het
ontstaan van orde (patroon) op globaal niveau.
• Geen centrale leider!
• Entropie, een maat voor de orde van een systeem, daalt.
• Energie dissipatie (ver buiten thermodynamisch evenwicht)
Convectie cel Mierenspoor
Kenmerken Complexe Systemen (V)
Verwerken informatie
• Zonder informatieverwerking geen zelforganisatie!
• Simpel op microscopisch niveau complex op macroscopisch niveau
Pos
itie
Kenmerken Complexe Systemen (VI)
Adaptief
• Componenten (actoren) kunnen zich aanpassen
• Feedback omgeving
• Evolutie door competitie en coöperatie
• Interacties met andere actoren veranderen
Kenmerken Complexe Systemen (VII)
Robuust Fragiel
• Gelijkblijvende functie onder externe verstoringen
• Interacties componenten veranderen door externe verstoring
• Geoptimaliseerd op algemene externe verstoringen
• Fragiel t.o.v. zeldzame externe verstoringen
-Robuust: Atmosferische drukschommelingen
- Fragiel: Elektronische verstoringen
Kenmerken Complexe Systemen
Veelvoud van interacties
Zelforganiserend
Adaptief
Robuust Fragiel
Groot aantal componenten
Niet-lineair
Simpele regels
Informatieverwerkend
Simpel, Gecompliceerd en Complex
Simpel Gecompliceerd Complex
Oorsprong Complexe Systemen
• Wetenschappers geloofden dat de toekomst compleet voorspelbaar is (demon van Laplace, 1814).
• Door analyze van deelstystemen kan het hele systeem begrepen worden (Descartes: reductionisme).
• Natuurverschijnselen kunnen worden gereduceerd tot eenvoudige oorzaak en gevolg relaties.
Oorsprong Complexe Systemen
• Poincaré, Lorenz: Chaos
• Wiener, Von Neumann, Simon, von Bertalanffy: Cybernetics
Systeem benadering: feedback en informatie staan centraal
Convergentie van Disciplines
BiologyMeteorology
Mathematics
Chemistry
Psychology
SociologyPhysics
Computer Science
EcologyEconomics
Subdisciplines
Biologie
Econophysica
Systeem biologie
EconomieChemie
Synthetische biologie
Systeem chemie
Netwerken
Micro-macro Onvoorspelbaarheid
Drie Thema’s
Netwerken
College 3 : Sociale Netwerken (3 Oktober)
College 4 : Biologische Netwerken (10 en 17 Oktober)
College 7 : Dynamica op Netwerken (12 en 19 December)
Micro-Macro
College 6: Micro-Macro (28 november en 5 december)
Moleculen Mensen
Onvoorspelbaarheid
Deterministisch
College 2: Chaos (19 en 26 september)
College 5: Overlevingslandschappen (14 en 21 november)
Stochastisch
Chaos Overlevingslandschappen
Overzicht en Achtergrondinformatie
7 colleges + 5 begeleide zelfstudies
Begeleide zelfstudies onderdeel tentamen: geen uitwerkingen!
Begeleide zelfstudies en sheets beschikbaar op de website: http://www.tue-tm.org/complexity/
Materiaal in reader en sheets.
Tentamen: 23 Jan – 4 februari
Tentamen in Nederlands
Leerdoelen
AlgemeenBeschrijven van karakteristieke eigenschappen van complexe systemen.
Formuleren van nieuwe wetenschappelijke stromingen en hun relatie m.b.t. het begrip complexiteit.
Micro-MacroInterpretatie van gedrag op macroschaal als gevolg van interacties op microschaal d.m.v. simulatie studies.
NetwerkenFormuleren van belangrijke maten in de theorie van complexe netwerken.
Analyseren van de topologie van netwerken m.b.v. grafentheorie.Samenvatten van verschillende netwerkgenerende algoritmes.
Analyseren van dynamica op netwerken toegepast op verspreiding van epidemieën en adoptie van nieuwe producten.
OnvoorspelbaarheidAnalyseren van deterministische chaos in simpele dynamische systemen.
Begrijpen van stochastische invloeden en padafhankelijkheid op de zelforganisatie van een complex systeem. Begrijpen van adaptieve complexe systemen d.m.v. overlevingslandschappen.
Maandag 12 september: Introductie college, Rutger van Santen en Tom de Greef.
Maandag 19 en 26 september: College en begl. zelfstudie Chaostheorie, Kees Storm. Maandag 3 oktober: College Netwerken I, Chris Snijders.
Maandag 10 en 17 oktober: College en begl. zelfstudie Netwerken II, Tom de Greef.
Maandag 24 oktober VRIJ
Maandag 14 en 21 november: College en begl. zelfstudie Fitness landscapes, Koen Frenken
Maandag 28 november en 5 december: College en begl. zelfstudie Simulatiestudies, Chris Snijders en Kees Storm.
Maandag 12 en 19 december: College en begl. zelfstudie Netwerkdynamica Tom de Greef en Koen Frenken
Data Colleges en BZ
De roep om complexiteit onderzoek
Nature 2009, 460, 685
Science 2009, 323, 892
Nature 2009, 460, 680
Science 2009, 325, 406
Top Related