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.