Sistemas complejos adaptativos – Autómatas celulares

by billyr ~ agosto 23rd, 2009. Filed under: Complejidad, Presentaciones.

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Cursos/Talleres de Modelado y Diseño con Herramientas de Complejidad – Parte 6

Wolfram designs

Los sistemas complejos adaptativos están en la médula de las ciencias de la complejidad. Ellos comprenden autómatas celulares (ACs), redes booleanas aleatorias y modelos basados en agentes autónomos, incluyendo vida, sociedades y culturas artificiales.

Sus usos en ciencias sociales han sido diversos; la técnica misma se origina en los modelos de tablero de Sakoda y Schelling. Estos sistemas permiten comprender además las dificultades de predicción en modelos deterministas, la imposibilidad de la retrodicción en escenarios caóticos, la sensitividad a las condiciones iniciales y el surgimiento de orden a partir del azar. Ideas imposibles de comprender de otro modo (irreversibilidad, no-linealidad y emergencia, por ejemplo) resultan transparentes por poco que se comience a trabajar con ellos.

Los modelos de ACs, en particular, son inherentemente relacionales, dinámicos y espaciales. Algunos investigadores los consideran demasiado abstractos; yo mismo pensaba así en una época. Pero la abstracción es el costo a pagar por la disponibilidad de modelos matemáticos robustos y conceptualmente claros que suplantan ventajosamente las oscuridades de los sistemas basados en ecuaciones diferenciales no lineales.

En los últimos años los ACs se han convertido en los formalismos de referencia en los modelos de integración y segregación social en el espacio urbano, planeamiento urbano sustentable, análisis del impacto ecológico, simulación de inundaciones, evacuaciones e incendios, predicción del crecimiento de las ciudades y del uso de la tierra, así como diseño complejo en general.

Bajar presentación en formato PowerPoint Complejidad - Autómatas celulares (ppt) (1923) - 3.09 MB

Alternativamente es posible ver la presentación en la pantalla siguiente. Refrescar el video si ella aparece en blanco y esperar hasta que se redibuje todo. También se puede seleccionar cada slide o ver en pantalla completa usando los controles del plugin.

Materiales adicionales:

  • Las redes booleanas aleatorias constituyen una generalización particular del modelo de autómatas celulares. Aquí ofrezco uno de los pocos programas disponibles. Se debe parametrizar con precaución porque la explosión combinatoria que se manifiesta es ultra-astronómica. Ejecutar RBNLab© de Carlos Gershenson (también requiere runtime de Java)
  • La aplicación canónica de los ACs en geografía tiene que ver con modelos de crecimiento de ciudades a futuro. En este enlace se encuentra el vínculo con la página activa del programa DUEM del University College de Londres.
  • Los modelos microscópicos celulares han demostrado ser esenciales para comprender la dinámica de la ambulación peatonal, tanto en situaciones normales como en emergencias de evacuación y explosiones de pánico. Aquí presento un enlace a un programa celular de simulación de evacuación con Pathfinder.
  • Enlace a modelo de drenaje con paisaje fractal con autómatas celulares y vecindad de Moore.
  • Los tres vínculos siguientes ilustran las prestaciones de los modelos celulares para el análisis y el diseño de circuitos de tráfico.
  • 1) Enlace a simulación de tráfico en la Universidad de Delaware.
  • 2) Enlace a simulación de tráfico en la Universidad de Köln.
  • 3) Enlace a NKS-SJSU de Ruddy Rucker/Henry Jiang –  Traffic Flow Simulator.
  • Un formalismo no es complejo si con él no se pueden crear imágenes de valor estético o componer música. Mediante este vínculo es posible componer música en línea con Automatous Monk [© Paul Reiners, Creative Commons]. El programa requiere Java WebStart. Se pueden seleccionar diferentes ACs de la clasificación de Wolfram. Aprobar todas las opciones del programa. Una vez ejecutándose, presionar el botón de “Compose”. Cuando aparezca la ventana con la composición, seleccionar “Show > Play MIDI”.
  • Para las diferentes piezas de software demostradas en esta presentación, véanse punteros a modelos basados en agentes y autómatas celulares en esta Planilla de punteros a software de complejidad, fractales, caos y redes sociales (3612) - 2.38 MB.
Presentación complementaria: Autómatas celulares en medicina y biología

Bajar presentación anterior en formato PowerPoint editable: Automatas celulares en medicina y biologia (798) - 2.95 MB

Vínculos importantes:

1) Modelo de Greenberg-Hastings. Implementación de modelo epidemiológico SIR y similares:

http://www.physiol.ox.ac.uk/~gb1/cnd/bub/CAs.html

2) Aplicaciones de Autómatas Celulares en diversas ciencias:

http://www.intechopen.com/books/show/title/cellular-automata-innovative-modelling-for-science-and-engineering/

3) Andreas Deutsch: Cellular automaton modelling of biological pattern formation:

http://www.biomodeling.info/simulator/simulator.html

4) Awale.info – Juegos de tablero de la familia del oware/mancala:

http://www.awale.info/?lang=es

 

Ver otras secciones del curso:

Otras páginas del sitio relacionadas con el tema:

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( algoritmo genético – genetic algorithm – fractales – dimensión fractal – simulación – teoría del caos – dinámica no lineal – nonlinear dynamics – cursos – diseño – agent-based modeling )


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