Grandes desafios da Computa

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Grandes desafios da Computação A construção de
uma terceira cultura
Workshop grandes desafios da Computação, São
Paulo, maio de 2006

• Gilberto Câmara
• INPE

Licença de Uso Creative Commons Atribuição-Uso
Não-Comercial-Compartilhamento http//creativecomm
ons.org/licenses/by-nc-sa/2.5/br/
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Desafio

• Como evitar que a Computação fique aprisionada
  num mundo à parte?
• Como aproveitar o imenso potencial de
  interdisciplinaridade da Computação?
• Como recolocar a Computação no centro dos avanços
  científicos?

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Hipóteses de trabalho

• Modelagem computacional é uma nova forma de fazer
  ciência
• A Computação pode ser a base da terceira
  cultura
• O problema central da Computação é o problema da
  representação

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• Precisamos de grandes desafios

Que tal ajudar a salvar o planeta?
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Grandes desafiosModelagem computacional para a
Ciência do Sistema Terrestre
source NASA
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(No Transcript)
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O problema fundamental

• Como o ambiente da Terra está mudando, e quais as
  consequências para a nossa civilização?
• Precisamos ter a capacidade de coletar e entender
  informação sobre o sistema terrestre
• Precisamos fazer previsões ambientais que
  identifiquem problemas críticos de
  sustentabilidade e vulnerabilidade do nosso
  planeta

Fonte IGBP
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Foco Converter dados em conhecimento
fonte NASA
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Earth as a system
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Visão de Longo Prazo Modelos Integrados
Mudanças Climáticas Aumento de
temperatura Mudanças nos níveis de
precipitação Aumento do nível do
mar Variabilidade e eventos extremos
Sistemas Humanos e Naturais Recursos terrestres
e aquáticos Ecossistemas e biodiversidade Áreas
povoadas e infra-estrutura Sistemas
agrícolas Saúde humana
Adaptação
Vulnerabilidade
Desenvolvimento Sócio-econômico Mudanças
demográficas Crescimento Econômico Tecnologia Polí
ticas Públicas e Instituições
Emissões e Concentrações Gases do efeito estufa
e aerosóis Queima de combustíveis fósseis e
mudanças de cobertura
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A construção da terceira cultura

• Terceira cultura
• Uso de ténicas quantitativas para tratar
  problemas biológicos, sociais, econômicos, e de
  Ciências Humanas em geral
• Exemplos
• Psicologia evolucionista
• Biologia computacional
• Modelagem de processos sócio-econômicos
• Sustentabilidade do planeta Terra
• Hipótese
• Modelos computacionais são fundamentais para
  criar a terceira cultura

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Qual a Dimensão do Nosso Desafio?
fonte John Barrow
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Modelagem Computacional como nova Ciência

• O que exatamente acontece quando buscamos
  representações computacionais para conceitos de
  ciências humanas e sociais?
• Será que o ambiente computacional engendra
  processos de descoberta e invenção distintos das
  metodologias tradicionais das ciências sociais?

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Conhecimento como Construção

• Conceitos de Ciências Humanas
• Teorias gerais sobre os fenômenos
• Conceitos organizadores de sua pesquisa (como
  exclusão ou vulnerabilidade).
• Dos conceitos para a representação computacional
• Modelos inferenciais quantitativos.
• Uso dos resultados numéricos
• Corroborar ou ajudar a rejeitar conceitos
  sociológicos qualitativos.

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Conhecimento como Construção
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Problema da Representação

• Como conceber representações adequadas para os
  problemas reais?
• Hipótese Os limites de minha representação são
  os limites de meu mundo
• Quão complexas precisam ser as representações?
• Make everything as simple as possible, but not
  simpler." (Einstein)

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Como representar a realidade?
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O Problema da Representação
Como representar a realidade no computador?
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O Problema da Representação
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O Problema da Representação
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O Problema da Representação
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Relógios, Nuvens ou Formigas?

• Relógios
• Paradigmas lei de Newton (leis físicas que
  governam o mundo
• Nuvens
• Modelos estocásticos
• Suporte Teoria de sistemas caóticos
• Formigas
• Modelos emergentes
• Suporte teoria de sistemas complexos
• Exemplos automata celulares

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Um problema concreto Amazônia
fonte Greenpeace
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Interação homem-natureza na Amazônia
fonte Greenpeace
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A Luta pela Terra na Amazônia
Madeira
Competição pelo Espaço
Source Dan Nepstad (Woods Hole)
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Novas Fronteiras (Becker, 2004 2005)
Terra do Meio São Félix do Xingú
BR-163
Sul do Amazonas
Prodes 2003/2004 (INPE, 2005)
Estudos Avançados nº 53 (Beker, B. 2005)
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A estrutura do espaço é heterogênea
Ambientes definidos de forma recorrente
É possível construir modelos multiescalas
Porções distintas do espaço podem ter escalas
diferentes
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Representações múltiplas
Sistemas de agentes
Automatos Celulares
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Modelagem em Espaços Celulares
superfície discreta de células retangulares
multivaloradas possivelmente não contíguas
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Diferentes Atores, Diferentes Padrões
Fonte (Escada 2003)
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Diferentes Atores, Diferentes Padrões

• Factors affecting location of changes
• Small Farmers (500 m resolution)
• Connection to opened areas through roads network
• Proximity to urban areas
• Medium/Large Farmers (2500 m resolution)
• Connection to opened areas through roads network
• Connection to opened areas in the same line of
  ownerships

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Amazônia em 2015?
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Modelagem Computacional e Terceira Cultura

• Formigas (Sistemas Adaptativos Complexos)
• Componentes simples (agentes)
• Padrões emergentes de interação entre agentes
• Desafios
• Como estabelecer uma teoria matemática rigorosa
  de sistemas adaptativos complexos?
• Como representar a realidade?

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Grande desafio em Computação

• Representar e modelar a complexidade da
  natureza, das relações sociais e da interação
  homem-natureza

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Por onde começar?

• Modelagem Computacional
• Modelagem Computacional como base para a terceira
  cultura
• Essencial para problemas reais no Brasil
• Exige fundamentos de CC
• Tendência internacional (Towards 2020 Science)
• Futuro da Computação no Brasil
• Trazer de volta a Modelagem Computacional para a
  comunidade de Computação