Sistemas Complexos e Redes

Complexidades
FEUP, 2012-5-31

Francisco Restivo
frestivo@braga.ucp.pt
sites.google.com/site/frestivo

O que me interessa
• Sinais
• Sistemas
• Sistemas inteligentes
• Sistemas complexos
• Sistemas sociais complexos
• Dinâmicas sociais
• Redes

Francisco Restivo, frestivo@braga.ucp.pt 2

De que vamos falar
• Redes
• Complexidade
• Sistemas complexos
• Comportamentos caóticos
• Organizações
• Visualização de informação
• Detecção de situações anormais


Redes que mudaram o mundo


Mais…


Complexidade
• As colónias de insectos
• O cérebro
• O sistema imunitário
• O mercado
• A World Wide Web

Sistemas constituídos por um grande número de
unidades muito simples, de onde emerge
“inteligência”, “consciência”, uma vida própria


Colónias de formigas


Marco Dorigo


Cérebro

http://www.codeproject.com/KB/IP/AnatomyOfASearchEngine1.aspx

http://mybrainnotes.com/brain-cortex-neurons.html

• Conhecimento está na rede!


NeuroDimension


Pombos de Watanabe


Sistema imunitário
At the center of your
immune system are
billions of
macrophages. They
circulate through
every part of your
body looking for
something foreign to
kill and remove from
your body. In this
picture, a macrophage
(colored in purple) has
located bacteria
(colored in green) and
is killing it. The red
spot, upper left, is a
red blood cell.

http://purehealthsystems.com/beta-glucan.html


Os mercados

http://worlds-financial-markets.blogspot.com/2007/05/south-sea-bubble.html
South Sea Bubble
The mania started in
1711, after a war which
left Britain in debt by 10
million pounds. Britain
proposed a deal to a
financial institution, the
South Sea
Company, where
Britain’s debt would be
financed in return for
6% interest. Britain
added another benefit
to sweeten the deal:
exclusive trading rights
in the South Seas.

"I can calculate the movement of the stars, but not the madness of men“, Newton


A grande depressão

http://www.alamo.edu/pac/faculty/pmyers/hist1302/1302Theme11.htm

• Quinta feira negra: 24-10-1929
• Terça-feira negra: 29-10-1929

S&P 500 Crashes


World Wide Web

http://www.beyondthemap.ca/english/explore_web.html http://networkexplorers.com/pt/index.php?pag_name=social_Network.php

http://www.dwell.com/articles/design-and-history-of-tahrir-square.html


Sistemas complexos
• Sistemas baseados em redes de componentes
• Sem controlo central
• Com regras de operação simples
• Um sistema de informação sofisticado
• Capacidade de adaptação por aprendizagem ou
evolução

• Comportamentos emergentes
• Auto-organização

Pode medir-se a complexidade?
• Há várias propostas
• Ainda não há uma ciência/teoria da
complexidade

• Estão-se a definir os conceitos básicos:
informação, computação, ordem, vida …


Santa Fe Institute


Comportamentos caóticos
• O comportamento colectivo é a soma de
muitas decisões individuais
• As pessoas dividem-se em dois grupos
– As que pensam que a história se repete
• Vou pelo outro caminho, que este ontem estava mau
• Vou ao mesmo restaurante, que ontem serviu bem
– As que pensam que a história não se repete
• Vamos pelo mesmo caminho, um dia não são dias
• Vamos a outro restaurante, que pode ser melhor


Equação logística
1

0.9

0.8

0.7

0.6

0.5

0.4
yn 1 Ryn (1 yn )
0.3

0.2 R 4; y1 0.2
0.1

0
1 11 21 31 41 51 61 71 81 91 101 111 121 131 141 151 161 171 181 191

0.200000000


Bifurcação

http://brain.cc.kogakuin.ac.jp/~kanamaru/Chaos/e/logbif.html


Sensibilidade ao valor inicial
1

0.9

0.8

0.7

0.6

0.5

0.4

0.3

0.2

0.1

0
1 11 21 31 41 51 61 71 81 91 101 111 121 131 141 151 161 171 181 191

0.200000000 0.200000001


Espaço das fases


Padrões semelhantes

producão energia TIC
Vasco Teles, Francisco Restivo, A Dynamic Systems Approach to Production Management in the
Automotive Industry, APMS 2010

Organizações
• São sistemas complexos
• Com um grande dilema
– Centralizar / descentralizar
– Conservar / inovar
• No mundo global


Ciência das redes
• Área científica em grande desenvolvimento


BarabásiLab


AmaralLab


FAS.research


FAS.research cases


NetDraw


Um olhar sobre a Europa


NodeXL


O concelho de Braga


Medidas de centralidade
Betweenness Closeness Eigenvector Clustering
Vertex Degree Centrality Centrality Centrality PageRank Coefficient
Esposende 1 0.000 0.024 0.014 0.397 0.000
Barcelos 4 12.833 0.034 0.063 1.163 0.333
Vila Verde 4 6.138 0.037 0.081 1.047 0.500
Braga 6 17.962 0.045 0.118 1.511 0.400
Famalicão 3 3.619 0.037 0.062 0.842 0.667
Amares 5 7.033 0.042 0.108 1.237 0.500
Lanhoso 5 9.224 0.045 0.114 1.242 0.500
Guimarães 5 20.831 0.043 0.092 1.360 0.300
Bouro 3 2.271 0.034 0.065 0.797 0.667
Vieira 5 10.581 0.038 0.096 1.259 0.400
Fafe 5 15.888 0.040 0.087 1.306 0.400
Vizela 1 0.000 0.029 0.021 0.381 0.000
Cabeceiras 3 1.619 0.031 0.049 0.846 0.667
Celorico 2 0.000 0.028 0.031 0.612 1.000


User generated contents

http://blog.learnlets.com/?p=1084


eigenFACTOR


SCImago


RAMA


MVDi


Visual complexity


Gephi


Detecção de situações anormais
• Alterações climáticas
• Mudanças de hábitos de consumo
• Segurança

• O padrão escondido por detrás de tudo o que
fazemos…


A acção humana


Mais alguns livros


FIM
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