Le logiche del supporto                        decisionale nei sistemi complessi                                 INTELLIGE...
Semeion: dicono di noi
Semeion: dicono di noi                                ANSA 20 settembre 2011Sole 24 Ore del 1 aprile 2010
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Caos e rumore
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Dal Riduzionismo al                                                  Sistemico  La sua dinamica globale NON è data dalla s...
La formalizzazione         “Nella logica formale una contraddizione è l’inizio di una disfatta, ma nell’evoluzione        ...
Le simmetrie della natura                                             “La geometria euclidea è incapace di                ...
Frattale: chi era costui?Why is geometry often described as cold and dry? One reason lies in itsinability to describe the ...
Frattale: chi era costui?"Figura geometrica o oggetto naturale con una parte della sua forma ostruttura che si ripete a sc...
Il punto di vista del                                                    SemeionEdgar Morin, è arrivato ad affermare (1985...
Le Artificial Neural                                                  NetworkTradizionalmente, il termine rete neurale vie...
Artificial Adaptive SystemsOttimizzazioni                                                      Clusterizzazione           ...
Applicazioni: ImagingCaso II: Arteria poplitea - dopo       Angiografia originale   CM-REM + Quot   CM Anti Squashed REM
Lato=sProiezione=obl*************Lesione 1Micro=             Massive Adiposo – opacità stellata (0086b1_1 ) – Elab. 2Massi...
Lato=sProiezione=obl*************Lesione 1Micro=Massiva=os         Massive Adiposo – opacità stellata (0086b1_1 ) – Elab. ...
Lato=dProiezione=cc    Massive Adiposo – rotondeggianti reg-irregolari BENIGNE (1187b1_2 ) – Elab. 3*************Lesione 1...
Applicazioni: predizioni e…                  «viaggio nel tempo»α = +4α = -4         Tempo T0 + 1 anno                    ...
Applicazioni: a proposito di                 nascosto …
ACF : ClockSources                        Standard                        Fusion                        ACF               ...
ACF: LandscapeSources: IR - Visible                                    ACF: Net Wave
ACF: House(14)Sources: IR - Visible                                         ACF Net Wave
ACF: House(21)Sources: IR - Visible                                         ACF Net Wave
ACF: Tree (18)Sources: IR - Visible                                         ACF Net Wave
Applicazioni: a proposito di                                            nascosto …Simulazioni sui 52 punti di CORVARA defi...
Applicazioni: a proposito di                                    nascosto …Misura     Data    Nr      Est               Nor...
Applicazioni: a proposito di                        nascosto …Simulazione TWISTING THEORY su             CORVARA          ...
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  1. 1. Le logiche del supporto decisionale nei sistemi complessi INTELLIGENT DATA MININGin collaborazione con CSI Ricerca & Ambiente Centro Ricerche delle Scienze della Comunicazione - Semeion
  2. 2. Semeion: dicono di noi
  3. 3. Semeion: dicono di noi ANSA 20 settembre 2011Sole 24 Ore del 1 aprile 2010
  4. 4. Complicato vs complesso Sistema complicato Sistema complesso Oltre 200.000 componenti elementari Si conoscono le proprietà di ogni singolo componente, si conoscono le regole di All’inizio era una cellula … relazione, è noto il target finaleè un enorme puzzle …
  5. 5. Complicato vs complessoSistema complessi di eccellenza: comportamento della natura• Il clima della terra / Meteorologia, …• L’ecosistema / Geologia, Geomatica, Sismologia …• Lo studio dei fluidi / Termodinamica, vetri di Spin, risonanza stocastica, …• La sociologia / Psicologia sociale, Scienze della Comunicazione, …• L’economia / Analisi di mercato,• …. Interdisciplinità attuata utilizzando un linguaggio comune: la visione sistemica del pensiero umano formalizzato attraverso I modelli matematici
  6. 6. Caos e rumoreL’approccio storico:Se qualcosa non si capisce per la suacomplessità o non esiste oppure è CAOSIl nostro approccio sistemico:Studiare il rumore e il CAOS nella loro interdisciplinità
  7. 7. Caos e rumore
  8. 8. Da Laplace a LorenzL’idea che sta alla base della meccanica classica è che se si conosce la naturadelle forze, conoscendo lo stato presente del sistema in oggetto, il suofuturo ed il suo passato diventano calcolabili.Pierre Simon de Laplace, nel 1776, ipotizza lesistenza di un sistemadinamico in grado di regolare, in modo rigidamente deterministico eprevedibile, lintero Universo.La smentita a questo approccio si ha nel 1963 con la pubblicazione di duearticoli: quello del meteorologo americano Edward Lorenz e quello del1976 di Robert May, un fisico inglese che studiò modelli per lEcologia.
  9. 9. Da Laplace a LorenzIl 29 dicembre 1979, il fisico Edward Lorenz presentò allaConferenza annuale della American Association for theAdvancement of Science, una relazione in cui ipotizzava come ilbattito delle ali di una farfalla in Brasile, a séguito di una catenadi eventi, potesse provocare una tromba d’aria nel Texas.L’insolita quanto suggestiva relazione, diede il nome alcosiddetto butterfly effect, effetto farfalla.In effetti, Alan Turing, in un suo saggio del 1950: Macchinecalcolatrici e intelligenza, anticipava il futuro "effetto farfalla"...«Lo spostamento di un singolo elettrone per un miliardesimo di centimetro,a un momento dato, potrebbe significare la differenza tra due avvenimentimolto diversi, come luccisione di un uomo un anno dopo, a causa di unavalanga, o la sua salvezza»
  10. 10. Metafora o realtà?Leffetto farfalla è solo una suggestiva speculazione, oppureha un riscontro reale?Nel corso di un programma di simulazione del clima, Lorenzfece un’inaspettata quanto importante scoperta. Una dellesimulazioni climatiche si basava su dodici variabili, incluserelazioni non lineari. Lorenz scoprì che ripetendo la stessasimulazione con valori leggermente diversi (una serie di dativeniva prima arrotondata a sei cifre decimali, esuccessivamente a tre), l’evoluzione del "clima" elaborata dalcomputer si discostava nettamente dai risultati precedenti: aquella che si configurava appena una perturbazione, dopo unaeffimera somiglianza iniziale, si sostituiva un modello climaticocompletamente diverso.
  11. 11. Il livello di complessità Il livello di complessità di un sistema dipende dal numero delle relazioni che esso ha con l’ambiente che lo circonda: Complessità = f (Relazioni(ambiente)) (kurt lewin teoria del campo 1951) È una regione compatta entro lo spazio tempoSistema complesso Le regole apparenti che governano le sue dinamiche sono soltanto uno degli effetti delle dinamiche stesse nell’evolversi del tempo La sua dinamica globale è indecidibile dal punto di vista locale La sua dinamica globale NON è data dalla somma delle dinamiche dei suoi componenti È un sistema complesso è adattivo (si difende per vivere di più: Evoluzionismo)
  12. 12. Il concetto META La sua dinamica globale è indecidibile dal punto di vista localeNel 1931 l’austriaco Kurt Gödel scrive 11 teoremi, in 23 pagine, che minano leconoscenze scientifiche dell’epoca.L’aritmetica NON è completa,È impossibile dimostrare la non contraddittorietà nell’abito dell’aritmeticastessa (Aristotele: A e ~A non possono coesistere)Metodo: formalizza i paradossi ovvero dimostra delle contraddizioni purbasandosi su un processo di deduzione di premesse coerentiNel IV secolo a.c. Eubulide di Mileto introdusse il primo dei paradossi: IlMentitore cretese(Disobbediscimi! Il piè veloci di Achille, ecc…) Aritmetica Scienza META-…..
  13. 13. Il concetto METALa sua dinamica globale è indecidibile dal punto di vista locale Il SUK visto dall’interno Il SUK visto dall’alto
  14. 14. Il concetto META La sua dinamica globale è indecidibile dal punto di vista locale Il SUK visto dall’alto Aggiungere una dimensione in più (altezza) Aggiungere una prospettiva di osservazione Osservare le dinamiche delle relazioniLa meta-osservazione ci permette di vedere: Le forme interne Le costanti I movimenti Le forme Le durate Le simmetrie Le ripetitività Le dimensioni Le frequenze Il sistema nel suo complesso
  15. 15. Dal Riduzionismo al Sistemico La sua dinamica globale NON è data dalla somma delle dinamiche dei suoi componentiAi primi del ‘900, in pieno positivismo, in Germania nasce la scuola dellaGestalt.I Gestaltisti rifiutano le concezioni teoriche della dottrina degli elementi efondano la Teoria della Forma detta "la risposta tedesca alla psicologia diWundt".Il metodo di Wundt, era molto simile a quello della chimica: scomporre ognifenomeno nei suoi aspetti elementari per ottenere unità semplici nonulteriormente riducibili.Gli psicologi della Gestalt invece affermano che la qualità propria del tutto nonè data semplicemente dalla somma degli elementi che costituiscono il tuttostesso, ma è data dalle relazioni che intercorrono tra i vari elementi checompongono il tutto.Si tratta dunque di una visione dinamica. Il tutto è più della somma delle parti
  16. 16. La formalizzazione “Nella logica formale una contraddizione è l’inizio di una disfatta, ma nell’evoluzione del sapere, segna il primo passo del progresso verso la vittoria” (Whitehead) Nel 1963 Lotfi Zadesh pubblica Linear System Theory Teoria Automatica (Sistemistica) Sistemi stocastici Nel 1966 Lotfi Zadesh pubblica Fuzzy« Il mare è l’acqua più pura e più impura: set theory per i pesci essa è potabile e conserva la vita, per gli uomini è imbevibile ed esiziale. » (Eraclito V sec. a.c.) « Finché le leggi della matematica si riferiscono alla realtà, non sono certe, e finché sono certe, non si riferiscono alla realtà. » (Albert Einstain, Sidelights on Relativity)
  17. 17. Le simmetrie della natura “La geometria euclidea è incapace di descrivere la natura nella sua complessità, in quanto si limita a“Il libro della natura è scritto in lingua descrivere tutto ciò che è regolare.matematica ed i suoi caratteri sono Tutti gli oggetti che hanno una formatriangoli, cerchi ed altre figure perfettamente sferica, oppure…geometriche, senza i quali mezzi è mentre osservando la naturaimpossibile intenderne umanamente vediamo che le montagne non sonoparola; senza questi è un aggirarsi dei coni, le nuvole non sono dellevanamente per un oscuro labirinto.” sfere, le coste non sono dei(Galileo Galilei – Opere) cerchi, ma sono oggetti geometricamente molto complessi.” (Benoit Mandelbrot - Les objects fractals 1975”)
  18. 18. Frattale: chi era costui?Why is geometry often described as cold and dry? One reason lies in itsinability to describe the shape of a cloud, a mountain, a coastiline or a tree.Clouds are not spheres, mountains are not cones, coastlines are not circles,and bark is not smooth, nor does lightning travel in a straight line(Benoit Mandelbrot - La geometria della natura)
  19. 19. Frattale: chi era costui?"Figura geometrica o oggetto naturale con una parte della sua forma ostruttura che si ripete a scala differente, con forma estremamente irregolareinterrotta e frammentata a qualsiasi scala e con elementi distinti di moltedimensioni differenti".Benoit Mandelbrot (les objects fractales,1975) Autosimilarità Ripetitività …… Infinità
  20. 20. Il punto di vista del SemeionEdgar Morin, è arrivato ad affermare (1985 – La sfida della complessità) chese si potesse definire la complessità in maniera chiara, ne verrebbeevidentemente che il termine non sarebbe più complesso. Importanza dell’osservatore1. Un sistema è una regione compatta dello spazio-tempo;2. Un sistema è generato dalla interazione locale, cooperativa e competitiva, delle sue unità atomiche nel tempo.3. Le regole di un sistema sono l’effetto di questa dinamica in un lasso di tempo.4. Un sistema è complesso quando gli effetti globali delle sue interazioni locali sono altamente non lineari (completamente imprevedibili tramite analisi di causa-effetto).5. Un sistema complesso non segue delle regole, ma le genera nel tempo. Un sistema complesso è quindi anche adattivo.
  21. 21. Le Artificial Neural NetworkTradizionalmente, il termine rete neurale viene utilizzato come riferimento aduna rete o ad un circuito di neuroni biologici, ma se ne è affermato l’usoanche in matematica, con riferimento ai modelli matematici delle reti neuraliartificiali (ANN), che rappresentano linterconnessione tra elementi definitineuroni artificiali, ossia costrutti matematici che in qualche misura imitano leproprietà dei neuroni viventi. Una rete neurale artificiale èun’interconnessione di un gruppo di nodi, chiamati neuroni: è un sistemaadattativo, uno strumento di modellazione che cambia la propria strutturasulla base delle informazioni che scorrono attraverso la rete durante la fase diapprendimento.
  22. 22. Artificial Adaptive SystemsOttimizzazioni Clusterizzazione Classificare Generazione / e predire prototipi Legami nascosti BP … Constraint SOM … Satisfaction ACM … Network, ACS, …
  23. 23. Applicazioni: ImagingCaso II: Arteria poplitea - dopo Angiografia originale CM-REM + Quot CM Anti Squashed REM
  24. 24. Lato=sProiezione=obl*************Lesione 1Micro= Massive Adiposo – opacità stellata (0086b1_1 ) – Elab. 2Massiva=osMalign=mGeometria= X,Y,R 4331709 118 ORIGINAL CM QUOT
  25. 25. Lato=sProiezione=obl*************Lesione 1Micro=Massiva=os Massive Adiposo – opacità stellata (0086b1_1 ) – Elab. 3Malign=mGeometria= X,Y,R 4331709 118 ORIGINAL CM QUOT + REM
  26. 26. Lato=dProiezione=cc Massive Adiposo – rotondeggianti reg-irregolari BENIGNE (1187b1_2 ) – Elab. 3*************Lesione 1Massiva=orr ORIGINAL CM QUOT + REMMalign=bGeometria= X,Y,R1283 996 147*************Lesione 2Massiva=orrMalign=b1107 996 118*************Lesione 3Massiva=orrMalign=b14601172 176*************Lesione 4Massiva=orrMalign=b16361055 59*************Lesione 5Massiva=orrMalign=b1695 525 59
  27. 27. Applicazioni: predizioni e… «viaggio nel tempo»α = +4α = -4 Tempo T0 + 1 anno Tempo T0: (l’anno prima)
  28. 28. Applicazioni: a proposito di nascosto …
  29. 29. ACF : ClockSources Standard Fusion ACF Net Wave
  30. 30. ACF: LandscapeSources: IR - Visible ACF: Net Wave
  31. 31. ACF: House(14)Sources: IR - Visible ACF Net Wave
  32. 32. ACF: House(21)Sources: IR - Visible ACF Net Wave
  33. 33. ACF: Tree (18)Sources: IR - Visible ACF Net Wave
  34. 34. Applicazioni: a proposito di nascosto …Simulazioni sui 52 punti di CORVARA definiti da 26 campagne di misuraperiodo settembre 2001 – ottobre 2008 condotte da ISPRA, Università diModena e Provincia Autonoma di Trento e BolzanoObiettivo:• determinare l’insieme di punti (aggiuntivi sul territorio) che permettono di migliorare il percorso a minima energia MST che connette la struttura dei punti usati come capisaldi ai tempi T0 e T26 (questo percorso è detto MMST).• individuare i 2 punti aggiuntivi detti rispettivamente Armonico e TWC che hanno particolare significato topologico.
  35. 35. Applicazioni: a proposito di nascosto …Misura Data Nr Est Nord M01 09_2001 1 720399.95400000 5158735.54500000 M01 09_2001 2 720515.75000000 5158536.52700000 M01 09_2001 3 720620.68900000 5158588.64500000 M01 09_2001 4 720620.99800000 5158510.16600000 M01 09_2001 5 720865.48400000 5158469.83500000 M01 09_2001 6 720763.71500000 5158383.11700000 M01 09_2001 7 720920.85100000 5158261.04800000 M01 09_2001 8 721094.43800000 5158173.13800000 M01 09_2001 9 721239.46600000 5158201.26600000 M01 09_2001 10 721423.78200000 5158099.24600000 M01 09_2001 11 721173.02500000 5158023.62000000 M01 09_2001 12 721288.81300000 5157917.91000000 M01 09_2001 13 721507.58000000 5157949.05800000 M01 09_2001 14 721651.37700000 5157966.15700000 M01 09_2001 15 721848.99500000 5158007.99400000 M01 09_2001 16 721987.18300000 5158085.97200000 M01 09_2001 17 722045.69100000 5157955.01400000 M01 09_2001 18 721973.57400000 5158183.12100000 M01 09_2001 19 721821.89700000 5158281.65000000 M01 09_2001 20 721983.42600000 5158459.55600000 M01 09_2001 21 722367.95700000 5158087.19900000 M01 09_2001 22 722543.03400000 5158057.81800000 M01 09_2001 23 722577.47500000 5158210.37500000 M01 09_2001 24 722675.80400000 5158297.01300000 M01 09_2001 25 722933.39900000 5158270.36100000 M01 09_2001 26 722782.60100000 5158219.62300000 M01 09_2001 27 722912.27100000 5158371.00000000 M01 09_2001 28 722863.11200000 5158488.70800000 M01 09_2001 29 723255.39700000 5158594.49400000 M01 09_2001 30 723297.35500000 5158443.88600000 M01 09_2001 31 723451.05900000 5158004.24100000 M01 09_2001 32 723461.25800000 5157886.76300000 M01 09_2001 33 723268.88800000 5157581.14900000 M01 09_2001 34 722698.65800000 5158864.91400000 M01 09_2001 35 722422.94300000 5158989.20400000 M01 09_2001 36 721806.73300000 5158959.16000000 M01 09_2001 37 721780.04100000 5158712.03400000 M01 09_2001 38 722337.05800000 5158166.72800000 M01 09_2001 39 721297.58900000 5158686.96800000 M01 09_2001 40 721407.46600000 5158584.70900000 M01 09_2001 41 721140.71000000 5158464.19300000 M01 09_2001 42 721079.40100000 5158577.35200000 M01 09_2001 43 721133.95200000 5158804.36800000 M01 09_2001 44 720838.10700000 5158834.61900000 M01 09_2001 45 720829.98700000 5158711.10100000 M01 09_2001 46 720702.37900000 5158734.99200000 M01 09_2001 47 720982.24300000 5158563.49300000
  36. 36. Applicazioni: a proposito di nascosto …Simulazione TWISTING THEORY su CORVARA Alta sollecitazio ni Alta sollecitazioni

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