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Computação Não-Convencional
 A computação não-convencional utiliza novos tipos de
substratos (materiais) e a dinâmica ass...
Computação Não-Convencional
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 Algumas visões contemporâneas sobre a natureza
assumem a informação e a computação como a ch...
Info-Computacionalismo
 Dentro deste framework, a realidade é uma hierarquia
de níveis, começando de um nível básico “pro...
Sistemas Naturais
 Os sistemas naturais são sistemas abertos em comunicação
com o ambiente cujo comportamento é emergente...
Sistemas Naturais e
Computacionais
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Informação na Natureza
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Referencial
Ligações causais
entre domíni...
Informação na Natureza
 O conceito de informação referencial implica que a
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Processamento de Informação em Sistemas Naturais

  1. 1. LCoN Meetings Rafael Silveira Xavier Contato: rsixavier@gmail.com São Paulo, março de 2013 Processamento de Informação em Sistemas Naturais
  2. 2. Histórico da Computação  Estudo da computação automática (1940);  Estudo do processamento de informação (1950);  Estudo dos fenômenos envolvendo computadores (1960);  Estudo do que pode ser automatizado (1970);  Estudo da computação (1980);  Estudo dos processos informacionais artificias e naturais (2000). Rafael Silveira Xavier - rsixavier@gmail.com2
  3. 3. Conceitos de Computação Rafael Silveira Xavier - rsixavier@gmail.com3 Computação Máquina de Turing Processamento de Informação a computação está vinculada a processos naturais e artificias de manipulação e análise de representações.
  4. 4. O que é informação?  A palavra informação vem do latim informare que significa dar forma, moldar, organizar.  segundo Floridi (Floridi,2002), informação é um conceito poderoso e elusivo que pode ser associado com diversas explanações, dependendo dos requisitos e intenções.  A maioria das definições de informação envolvem um componente objetivo (os sinais e os objetos representados pelos sinais) e um componente subjetivo (o significado). Rafael Silveira Xavier - rsixavier@gmail.com4
  5. 5. Processamento de Informação  Processamento de informação consiste em realizar um processo sobre um conjunto de informações de entrada (input) com o objetivo de gerar um conjunto de informações de saída (output). Rafael Silveira Xavier - rsixavier@gmail.com5 OUTPUTPROCESSAMENTOINPUT
  6. 6. Máquina de Turing (MT)  Computação como um processamento de strings. Rafael Silveira Xavier - rsixavier@gmail.com PROCESSAMENTO sequência de transições de estado Strings finitas de entrada Strings de saída 6
  7. 7. Limitações de uma MT  Uma MT é provida com uma string finita inicial, mas não pode aceitar outras entradas externas enquanto ela está computando (Peter Wegner, 1998).  Se a entrada não for expressa por uma string inicial finita não é computável.  A semântica de transformação das strings é completamente definida pelos seus elementos.  A condição de parada (terminação/aceitação)só pode ser especificada por um estado final ou por uma repetição infinita de um estado. Rafael Silveira Xavier - rsixavier@gmail.com7
  8. 8. Computação além da MT  O formalismo da máquina de Turing esta ficando insuficiente para explicar os processos computacionais que estão sendo descobertos.  Sistemas reativos: muitos sistemas como sistemas operacionais e servidores web foram projetados para rodar indefinidamente sem parada.  Processamento de Informação na Natureza: Muitos cientistas defendem a existência de processos informacionais na natureza. O que não se sabe que algoritmos geram o processo natural (SERÁ QUE SÃO ALGORITMOS?). É um desafio para a ciência da computação. Rafael Silveira Xavier - rsixavier@gmail.com8
  9. 9. Computação Não-Convencional  A computação não-convencional utiliza novos tipos de substratos (materiais) e a dinâmica associada a cada um dele para realizar computações que não se adequam ao modelo clássico. Esse substratos vão desde buracos negros e efeitos quântico até biomoléculas.  Não universalidade (propósito específico);  The wiring problem (problemas de comunic. em meio não natural);  Codificação da informação (binário nem sempre funciona);  Hidden input/output (interpretação do input/output);  Computation vs. Itself (classificação do que é Comp.). Rafael Silveira Xavier - rsixavier@gmail.com9
  10. 10. Computação Não-Convencional Rafael Silveira Xavier - rsixavier@gmail.com (Stepney, 2012)10
  11. 11. Computação Natural Rafael Silveira Xavier - rsixavier@gmail.com Natural Computing Real World (biology, physics) Languages, tools, applications Computational Model Computer Harware New Insights Abstraction 70 years ??? 11
  12. 12. Natureza Info-Computacional  Algumas visões contemporâneas sobre a natureza assumem a informação e a computação como a chave para entender e explicar a estrutura básica da realidade física. Essas visões tem enfoques distintos, pois vem de diferentes áreas do conhecimento, como a Física, Química, Biologia, Filosofia e Computação.  O que é Computação?  A Natureza realiza computações?  Como a Natureza realiza computações? Rafael Silveira Xavier - rsixavier@gmail.com12
  13. 13. Info-Computacionalismo  Dentro deste framework, a realidade é uma hierarquia de níveis, começando de um nível básico “proto- informação” (fenômenos físicos elementares) como o material do universo, e construindo um número de níveis maiores de organização através de processos computacionais.  Fundamentalmente essa visão trata a estrutura do universo como informacional a e a dinâmica (mudanças de estado) como uma computação(Dodig-Crnkovic, 2011). Rafael Silveira Xavier - rsixavier@gmail.com13
  14. 14. Sistemas Naturais  Os sistemas naturais são sistemas abertos em comunicação com o ambiente cujo comportamento é emergente e complexo, ou seja, os comportamentos globais apresentados pelos sistemas naturais são resultados das interações locais simultâneas de elementos locais.  Segundo Kampis (Kampis, 1991), sistemas biológicos complexos devem ser modelados como “sistemas componentes” cujo o comportamento em um senso geral é computacional extrapolando o modelo de MT.  o hardware define o software e o software define um novo hardware, e assim recomeça o ciclo (Kampis, 1991). Rafael Silveira Xavier - rsixavier@gmail.com14
  15. 15. Sistemas Naturais e Computacionais Rafael Silveira Xavier - rsixavier@gmail.com15
  16. 16. Informação na Natureza Rafael Silveira Xavier - rsixavier@gmail.com16 Informação Referencial Ligações causais entre domínios disjuntos de um sistema (fruto da interação). Não-Referencial Baseado em conhecimento, passível de codificação (armazenável).
  17. 17. Informação na Natureza  O conceito de informação referencial implica que a dinâmica de um sistema não é determinada pelo conjunto interno (armazenado) de informação, mas pelas interações com os outros domínios do sistema que geram mudanças na informação armazenada desencadeando processos causais.  Ao invés de uma dinâmica invariante, tem-se uma dinâmica “auto-modificante”.  Os sistemas tem que decidir como reagir (de uma forma compulsória ou mais elaborada) em relação as modificações em seu meio. (TOMADA DE DECISÃO) Rafael Silveira Xavier - rsixavier@gmail.com17
  18. 18. Como entender a computação na Natureza ? Computação na Natureza Processos em redes de interação Tomada de Decisão Rafael Silveira Xavier - rsixavier@gmail.com18
  19. 19. Proc. Informação na Natureza  Entender os mecanismos das tomadas de decisão em sistemas naturais traz uma nova luz para o entendimento sobre a computação na natureza. Rafael Silveira Xavier - rsixavier@gmail.com19 OUTPUT TOMADA DE DECISÃO INPUT
  20. 20. Replicadores Rafael Silveira Xavier - rsixavier@gmail.com20
  21. 21. Colônia de Bactérias Rafael Silveira Xavier - rsixavier@gmail.com21 Rede de comunicação Extracelular Bactéria Rede de comunicação Intracelular
  22. 22. Modelos: em busca do caminho  Interactions Machines (Wegner,1998): As Interactions Machines estendem as MTs pela adição de ações dinâmicas de entrada/saída (leitura/escrita) que interagem diretamente com o ambiente externo.  Self-Modifying Systems (Kampis,1996): Um SMS é um conjunto de elementos interconectados em que o resultado de uma computação individual de um componente leva a pelo menos uma mudança na computação de outro elemento  Interactions Nets (Lafont,1991): Uma IN é especificada por um conjunto de agente um conjunto de regras de interação. A noção de computação com ointeração Rafael Silveira Xavier - rsixavier@gmail.com22
  23. 23. Onde queremos chegar Natureza como Processador de Informações Física Química Biologia Filosofia Computação Rafael Silveira Xavier - rsixavier@gmail.com23 Trazer um enfoque transdisciplinar para essas visões.
  24. 24. Objetivos  Estudar o processamento de informação em sistemas naturais;  Trazer novas propostas para a Engenharia de Sistemas Inspirados na Natureza;  Colaborar para uma visão transdisciplinar da Computação Natural;  Colaborar para a construção de uma nova forma de interagir e utilizar a Natureza. Rafael Silveira Xavier - rsixavier@gmail.com24
  25. 25. Vídeos para pensar  http://www.ted.com/talks/kevin_slavin_how_a lgorithms_shape_our_world.html  http://www.youtube.com/watch?v=yJpi8SnFXHs Rafael Silveira Xavier - rsixavier@gmail.com25

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