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COMPLESSITA

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Title: COMPLESSITA


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Applicazioni del Caos e complessita
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LA SCIENZA DELLA COMPLESSITA'
Lo studio dei sistemi complessi riguarda
l'emergere di proprietà collettive in sistemi con
un gran numero di componenti in interazione tra
loro. Questi elementi possono essere atomi o
batteri in un contesto fisico o biologico, oppure
persone, macchine o imprese in un contesto
economico. La scienza della complessità cerca di
scoprire i presupposti e il comportamento
emergente dei sistemi complessi, elementi spesso
invisibili agli approcci tradizionali,
focalizzandosi sulla struttura delle
interconnessioni e della architettura generale
dei sistemi, piuttosto che sui loro singoli
componenti.
Istituto sui Sistemi Complessi Prof. L.
Pietronero http//www.isc.cnr.it/ita/aboutisc/inde
x.html
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  • La scienza tradizionale si basa su un
    ragionamento riduzionistico per cui se sono noti
    tutti i fattori che concorrono a creare una
    situazione, è possibile prevederne il risultato e
    viceversa.
  • È facile però rendersi conto che per una cellula
    o per le dinamiche socio-economiche si è di
    fronte ad una nuova situazione in cui la
    conoscenza delle proprietà degli elementi
    individuali non è sufficiente per descrivere la
    struttura nel suo insieme.
  • Possiamo rappresentare questa situazione come lo
    studio della "architettura" della materia e della
    natura. Essa dipende in qualche modo dalle
    proprietà dei "mattoni", ma possiede poi
    caratteristiche e leggi fondamentali che non
    possono essere ricollegate a quelle dei singoli
    elementi.

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  • A partire dai sistemi fisici più tradizionali,
    come quelli critici in cui competono ordine e
    disordine, questi comportamenti emergenti si
    possono identificare in molti altri sistemi,
    dall'ecologia e dai sistemi immunitari
    all'economia e dell'imprenditoria. La scienza
    della complessità si prefigge l'obiettivo di
    comprendere questi sistemi.
  • Quali "regole" ne governano il comportamento?
    Come si adattano ai cambiamenti? Come apprendono
    in modo efficiente e come ottimizzano il loro
    stesso comportamento?

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L'auto-organizzazione al lavoro
  • Un importante esempio dello scenario descritto è
    lo sviluppo di reti complesse quali Internet o il
    World-wide-web, che rappresentano oramai la base
    delle comunicazioni personali, commerciali e
    militari a livello planetario.
  • Esse hanno però l'incredibile caratteristica di
    non essere state progettate da nessuno! L'usuale
    approccio "top down" della progettazione di una
    rete telefonica o satellitare è sostituito da una
    dinamica "bottom up" in cui nuovi server si
    aggiungono alla rete o ne vengono eliminati.
  • Questo tipo di dinamica presenta aspetti di
    auto-organizzazione ed evoluzione biologica che
    richiedono una visione completamente nuova e
    interdisciplinare.

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Alla ricerca di informazioni rilevanti
  • Un aspetto caratteristico della nostra società,
    sia per le attività scientifiche che per quelle
    economiche e sociali, è la necessità di
    orientarsi nella enorme quantità di dati
    accessibili per estrarne Informazioni Rilevanti.
    Questo problema epocale richiede lo sviluppo di
    una Teoria dell'Informazione con caratteristiche
    innovative in cui la teoria della Complessità e
    dei Fenomeni Critici possono giocare un ruolo
    cruciale.
  • Un esempio di questo tipo di processo è
    rappresentato dal motore di ricerca Google, il
    cui funzionamento è ispirato dalla fisica
    statistica e che è il più efficace per definire
    una gerarchia particolarmente utile della lista
    dei siti identificati.

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Termodinamica
  • Il secondo principio della termodinamica
    stabilisce che lentropia (disordine) del mondo
    tende verso un massimo, che corrisponde ad uno
    stato in cui lenergia e completamente degradata
    e non e piu in grado di compiere lavoro.
  • Questo principio e apparentemente in
    contraddizione con levoluzione biologica
    (creazione di strutture complesse).
  • La teoria del caos e lo studio delle non
    linearita dei sistemi naturali hanno permesso di
    spiegare questa incongruenza introducendo le
    strutture dissipative nei sistemi aperti possono
    crearsi nuove forme ordinate, a condizione che
    flussi di energia e materia le mantengano
    (Prigogine, 1986).

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Chi e sano e caotico
  • Regolarita e sinonimo di buona salute? Stati
    patologici e vecchiaia sono associati a
    comportamenti irregolari?
  • Sembra di no. Al contrario, ad esempio,
    landamento temporale della frequenza cardiaca di
    un soggetto sano a riposo non e affatto
    regolare si hanno fluttuazioni in cui si
    riconosce un comportamenteo caotico (Mackey,
    Glass, 1977).
  • Lo stesso fenomeno e stato riscontrato nelle
    variazioni del livello ormonale e
    nellelettroencefalogramma (West, 1991).

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  • In soggetti malati si osserva un comportamento
    molto regolare, oaddirittura costante, delle
    funzioni fisiologiche poco prima di un arresto
    cardiaco la frequenza cardiaca ha un andamento
    periodico o costante.
  • La fibrillazione cardiaca e un fenomeno
    sostanzialmente periodico.
  • Il comportamento caotico consente dei vantaggi
    funzionali e una maggiore flessibilita di quelli
    periodici e questo permette allorganismo di
    rispondere ai diversi stimoli esterni senza
    subire danni.
  • Analogamente agli oggetti autorganizzati, che
    riescono ad ottimizzare lo sfruttamento delle
    risorse disponibili.

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Accenni ad altre applicazioni. Il caos
spazio-temporale
  • Il Dictyostelium discoideum è unameba che,
    qualora venga soggetta a inedia (carenza di cibo)
    non muore al contrario, questi organismi
    rispondono al vincolo aggregandosi verso un
    centro di attrazione. Liniziale omogeneità viene
    rotta, lo spazio diventa strutturato. Il
    risultante corpo pluricellulare è in grado di
    muoversi, presumibilmente per cercare condizioni
    più favorevoli.
  • Il processo di aggregazione viene chiamato
    chemiotassi, movimento concordatodi un gran
    numero di cellule, in risposta ad uno stimolo
    biochimico, che dà luogo ad nuovi livelli di
    organizzazione.

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Ciclo vitale del Dictyostelium discoideum
  • http//www.zi.biologie.uni-muenchen.de/zoologie/di
    cty/dicty.html

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La chemiotassi
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Lorganismo pluricellulare
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(No Transcript)
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Una simulazione
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Natura complessa
  • Le strutture della natura sono spesso molto
    complesse, sia dal punto di vista dinamico che
    geometrico.
  • Il motivo di questa complessita risiede nella
    necessita di adattamento e di ottimizzazione
    nello sfruttamento delle risorse.
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