Complessità e organizzazione, business and complex networks

E<oluzione orizzontale!
23.02.2013!

VALERIO
ELETTI

Perché
interessarsi
alla

complessità

Roma, 23 Febbraio 2013 Valerio Eletti

Focus sulla complessità: perché?

Perché ci dovremmo interessare di complessità ... e di sistemi ... e di reti?

q  se guardiamo verso il FUTURO:
perché sempre più complessi sono e saranno:
§  la società, l’economia e la finanza del nostro mondo globale,
§  gli ambienti naturali e le reti artificiali in cui siano immersi o comunque coinvolti,
§  il mondo del lavoro e i mercati con cui veniamo continuamente in contatto,
§  la sfera di informazioni, di spot pubblicitari e di narrazioni che ci circonda …
§  la medicina, l’organizzazione sanitaria,
§  le cosiddette living technologies, l’intelligenza artificiale, la biologia sintetica …

q  se guardiamo al PRESENTE e al PASSATO:
perché sempre e comunque complessi sono stati molti sistemi
che abbiamo affrontato male, con vistosi fallimenti,
per colpa degli strumenti sbagliati di taglio riduzionista e lineare utilizzati:
§  dallo sviluppo urbanistico e dai problemi del traffico delle nostre città
§  alle interazioni, intersecazioni e scambi fra civiltà nel corso della storia,
§  dalla propagazione di epidemie fisiche, di virus digitali e di credenze e mode
§  fino all’emersione della vita dalla materia e all’emersione dell’intelligenza dalla vita


Focus sulla complessità: perché?

... e in sostanza perché oggi ci possiamo vedere e studiare
come ‘sistemi di sistemi complessi’ che osservano e modificano
(essendone nello stesso tempo modificati, ma probabilmente non osservati)
sistemi di sistemi complessi di ordine superiore (come i fenomeni sociali)
e di ordine inferiore (come i batteri o gli organi del nostro corpo).

L’approccio complesso ci permette infatti di rileggere tutto il mondo,
sia dentro che intorno a noi, in un modo nuovo:
una opportunità capitata, in misura analoga, altrettanto ricca e rivoluzionaria,
soltanto tre secoli or sono, quando nasceva il metodo scientifico ...

Ma prima di procedere
cerchiamo di condividere il significato della parola complessità:
che cosa intendiamo per semplice? ... e per complicato?
... e infine per complesso?
Vediamolo con qualche esempio concreto.


Semplice, complicato, complesso

Primo esempio: supponiamo di avere un obiettivo “semplice”:
centrare un bersaglio disegnato sul pavimento a 5 metri.
E proviamo a raggiungere l’obiettivo usando prima uno strumento “semplice”,
poi uno “complicato” e infine uno “complesso” ...

Primo: immaginiamo di lanciare un sasso:

calcolare con una certa approssimazione dove cadrà
è un’operazione possibile e relativamente semplice.

Etimologia: sine + plico (senza pieghe)

Parole chiave:
-  Lineare
-  Prevedibile
-  Ripetibile
-  Rapporto causa-effetto
-  Inanimato
-  Modello fisico e matematico …



Secondo: immaginiamo di lanciare un aeroplanino:

calcolare con una certa approssimazione dove cadrà
è un’operazione possibile ma complicata.

Etimologia: cum + plico (con piegature)

Parole chiave:
-  S-piegabile (prevedibile, seppure con difficoltà)
-  Lineare (scomponendo il fenomeno nelle sue componenti lineari)
-  Ripetibile (a parità di condizioni iniziali e al contorno)
-  Rapporto causa-effetto
-  Inanimato
-  Paradigma riduzionista (Galileo, Cartesio, Newton)



Terzo: immaginiamo di lanciare un piccione:

calcolare con una certa approssimazione dove andrà
a posarsi è un’operazione impossibile:
lo “strumento” rientra nel campo della complessità.

Etimologia: cum + plècto (intrecciato, tessuto insieme):
“composto di più parti collegate tra loro e dipendenti una dall’altra”

Parole chiave:
-  Intrecciato (non riducibile: l’insieme è superiore alla somma delle parti)
-  Non lineare
-  Non ripetibile né prevedibile
-  Senza più rapporto causa-effetto
-  Fenomeni biologici e sociali
-  Visione sistemica, reticolare, non sequenziale…

... e dunque come possiamo arrivare all’obiettivo in questo caso?


Riflessioni su questi primi esempi

Nei casi in cui maneggiamo strumenti semplici o complicati
per raggiungere l’obiettivo ci basta studiare a tavolino le varie componenti
e poi utilizzare “azioni di forza”: dirette, lineari, top-down,
che ubbidiscono a un progetto preciso, deterministico, e sono prevedibili.

Ma nel caso di uno strumento complesso (biologico o sociale)
tutte queste azioni sono inutili: perfino nel caso di un obiettivo semplice
come quello di centrare un bersaglio a pochi metri di distanza.

In situazioni complesse bisogna usare altre strategie, altri approcci,
tenendo conto delle caratteristiche del fattore vivente:
Invece di lanciare con più violenza il piccione
basta per esempio mettere un po’ di becchime sul bersaglio...

Figurarsi se è complesso, biologico, sociale non solo lo strumento
ma anche l’obiettivo, il fenomeno, l’ambiente.

Vediamo un esempio di questo genere...



Secondo esempio: supponiamo di avere un obiettivo relativamente “complesso”:
gestire un incrocio tra due strade con un traffico
che varia molto a seconda dell’ora e della stagione.
E proviamo a raggiungere l’obiettivo usando

uno strumento “semplice” ............................................................

uno “complicato” ...........................

e uno “complesso” ...............................................................

A voi il commento


La complessità: cos’è?

e quindi eccoci alla domanda centrale: che cosa intendiamo per complessità?

Sotto la ‘parola ombrello’ complessità (sistemi complessi, reti,
complessità algoritmica, auto-organizzazione, soft computing…)
si trova non una nuova disciplina, ma un paradigma culturale nuovo
rispetto ai paradigmi culturali e ai modelli del metodo scientifico classico:

lo intuiamo già dal fatto che negli esempi che abbiamo visto
scompaiono - nel caso del fenomeno complesso - principi basilari
come il riduzionismo, la prevedibilità, il rapporto causa-effetto, la linearità…

Per comprenderne in maniera articolata la natura, le caratteristiche e le proprietà
procediamo in maniera non semplificata, non sequenziale:
procediamo per accumulo di descrizioni, stimoli, concetti chiave
che ricaviamo dalle parole di studiosi e ricercatori di diversi ambiti disciplinari.

vediamo qualche definizione in contesti e discipline diverse.
A voi il compito di appuntare le parole chiave che emergono da queste citazioni


Definizione di carattere divulgativo

Questi sistemi sono formati da numerosi agenti che agiscono insieme.
Possono essere cellule nervose nel cervello oppure individui nell’economia.
Ogni elemento influisce sugli altri e subisce l’influsso degli altri.
(…)
Questi agenti interattivi non sono controllati centralmente;
i comportamenti emergono dalle interazioni stesse
(…)
Il comportamento coerente
del sistema deriva dalla competizione e collaborazione fra gli elementi.
(…)
Ogni livello del sistema serve come mattone per costruire il prossimo livello.
Così un gruppo di cellule formerà un tessuto,
e un gruppo di operai costituirà un team di lavoro,
e così via per ogni livello e per ogni tipo di sistema complesso.
Un fenomeno fondamentale di adattamento di questi sistemi
è che essi si riorganizzano continuamente, mentre imparano.

brano da John Holland (Santa Fe Institute),
Adaptation in Natural and Artificial Systems, Mit Press, Cambridge (Mass. US) 1992,
tradotto e citato a pag.19 di A. Gandolfi, Formicai, imperi, cervelli, Bollati Boringhieri 1999)


Definizione di carattere divulgativo

Cos’è la complessità? Esistono un gran numero di definizioni;
alcune si basano sui concetti di informazione, di entropia (…), di caso o di casualità.
Tutte, sebbene a diversi livelli, esprimono una relazione tra il tutto e le parti del sistema,
per meglio dire sottolineano il fatto che la conoscenza delle parti
non è sufficiente a spiegare il funzionamento del tutto.
(…) La formula ormai consacrata della complessità postula che
“il tutto è maggiore della somma delle parti”.
Che si tratti di turbolenze atmosferiche, di colonie di insetti
o di altre popolazioni animali sottoposte a fluttuazioni erratiche,
dello sviluppo delle malattie epidemiche, dell’evoluzione dei regimi politici,
di reti di telecomunicazioni, di movimenti sociali o di andamento dei mercati azionari,
i sistemi complessi dinamici - insiemi aperti e instabili - non possono essere descritti
attraverso l’analisi classica, che consiste nel segmentare il tutto
e nel cercare di comprenderlo attraverso la scomposizione delle sue funzioni elementari.
Un altro aspetto della complessità è il suo essere costantemente “di confine”
tra due condizioni differenti, talvolta contraddittorie.
La complessità rinvia spesso a una soglia critica, a una frontiera fra caos e ordine.

Réda Benkirane, La teoria della complessità Bollati Boringhieri 2007, pag. 9
(l’edizione originale è del 2002)


Definizioni di emergenza e livelli di complessità

1.  Emergence of complexity occurs in terms of A) function (simple structures causally
underlying functioning of more complex structures), B) development (a single initial cell
growing to aL’emergenza della complessità ha 3 cells), and C) evolutionsviluppo, C) evoluzione.
1.  complex interlocking set of 10 luogo come A) funzione, B) (a universe region
containing no complex systems evolving to one containing gerarchichethem), each occurring
2.  I sistemi complessi sono caratterizzati da A) strutture billions of che delineano
with very different timescales. la causalità, con B) diversi livelli di ordine e di linguaggi,
sia la complessità che
più C) una relazione gerarchica a ciascun livello della struttura gerarchica.
2.  A) hierarchical structures delineating
Complex systems are characterized bymodulari - costituite da combinazioni strutturali di both
3.  Tali strutture gerarchiche sono
complexity and causality with B) different levels of order and descriptive languages, plus C)
componenti più semplici (lower-level) con le loro proprie variabili di stato…
a relational hierarchy at each complessità èstructural azioni sia A) bottom-up sia B) top-down…
4. L’emergenza della level of the dovuta ad hierarchy.
3.  These 5.  I sistemistructures are modular - mirato dell’informazione per controllare leof simpler
hierarchical viventi comportano un uso made up by structural combinations funzioni
(lower-level)fisiche in accordo contheir own state variables, incorporating encapsulation and
components with gli obiettivi di più alto livello. Sono strutturati come A) sistemi di
inheritance, controllo retroattivo chemodification.
enabling reuse and B) possono apprendere grazie a C) la cattura,
4.  Complex emergence is enabledilby A) bottom-up and B)informazioni action, the latter
l’immagazzinamento, recupero e l’analisi delle top-down da utilizzare per mettere
a punto gli obiettivi del sistema nel suo insieme;
occurring byciò comporta D)lower-level actions according to the system structure and
coordinating il riconoscimento di configurazioni
boundary conditions.
ed E) l’utilizzazione di modelli predittivi semplificati.

… segue >

George F.R. Ellis, “True complexity and its associated ontology”,
in Science and ultimate reality. Quantum Theory, Cosmology and Complexity,
edited by Barrow, Davies, Harper for the Cambridge University Press, 2004 (pag. 608)


Riflessione sui livelli gerarchici di complessità

5.  Living systems involve purposeful use of information to control physical
functions in accord with higher-level goals. They are structured as A) feedback control
systems that B) can learn by C) capturing, storing, recalling, and analyzing information
which is used to set the system goals; this involves D) pattern recognition and E) utilization
of simplified predictive models.

Sociology/Economics/Politics
Figure: Psychology
hierarchy of structure Physiology
Cell biology
and causation.
Biochemistry
Each lower level underlies what happens
Chemistry
at each higher level,
Physics
in terms of physical causation.
Particle physics

George F.R. Ellis, “True complexity and its associated ontology”,
in Science and ultimate reality. Quantum Theory, Cosmology and Complexity,
edited by Barrow, Davies, Harper for the Cambridge University Press, 2004 (pag. 608)


Riflessione su reti e complessità

La natura, di norma, non ama le leggi di potenza*.
Nei sistemi più comuni le grandezze seguono una curva a campana,
e le correlazioni decrescono rapidamente secondo le leggi esponenziali.
Ma tutto cambia se il sistema è costretto a subire una transizione di fase.
In questo caso emergono le leggi di potenza:
segno inequivocabile, in natura, che il caos sta facendo posto all’ordine.
La teoria delle transizioni di fase ci dimostrò in modo forte e chiaro
che la strada dal disordine all’ordine è tenuta insieme dalle potenti forze
dell’auto-organizzazione e governata dalle leggi di potenza.
Ci dimostrò che le leggi di potenza non sono un modo come un altro
di definire il comportamento di un sistema.
Sono l’autentico marchio di fabbrica dell’auto-organizzazione dei sistemi complessi.

* Le leggi di potenza esprimono in termini matematici il fatto che nelle reti del mondo reale la
maggioranza dei nodi ha solo pochi link, e questi innumerevoli piccoli nodi coesistono
con pochi grandi hub dotati invece di un numero eccezionalmente alto di link.
(vedi anche legge di Pareto o legge 80/20 o scale free network)

Albert-Laszlo Barabasi,
Link. La scienza delle reti,
Einaudi 2004 (ed. orig. 2002) (pag. 84 e pag. 77)


… e una riflessione di Morin sulla complessità

… concludiamo questa carrellata con un pensiero di Edgar Morin:

Ci sono due aspetti fondamentali della complessità che ritrovo fin dal principio;
da un lato la natura multidimensionale del problema:
il complexus è veramente ciò che viene “tessuto insieme”;
dall’altro lato le contraddizioni irriducibili che nascono da problemi profondi.
(…)
Ho adottato il termine complessità al culmine di un percorso preciso (…)
solo a partire dagli anni 1968-1970, quando ho aggiornato la mia cultura scientifica e biologica,
ho scoperto un certo numero di teorie, alcune tratte dalla cibernetica,
altre sviluppate nella teoria dell’autorganizzazione, giungendo infine alla nozione di
complessità.
(…)
Da questo percorso sono arrivato alla conclusione che, tanto per il pensiero
quanto per l’azione, esisteva una forma di complessità che per le persone significa
confusione, contraddizione, cioè qualcosa che non è possibile descrivere né spiegare.
A quel punto ho capito che la sfida stava esattamente là

Edgard Morin, “Il complesso, ciò che è tenuto insieme”,
intervista raccolta in La teoria della complessità di Réda Benkirane, Bollati Boringhieri 2007
(edizione originale: 2002) (pag. 19 e 20)


Le parole chiave della complessità?

... in conclusione di questa carrellata
andiamo a vedere e analizzare insieme
le parole chiave che secondo voi emergono
da questo accumulo di riflessioni e definizioni di complessità...


Primo identikit della complessità

E confrontiamo le prime impressioni
con l’elenco di parole chiave
(o meglio di proprietà e caratteristiche dei sistemi complessi)
messo a punto da uno dei nostri relatori ormai dieci anni fa,
ma ancora in parte valido

con una notazione:
si tratta di item a volte ridondanti,
a volte non presenti contemporaneamente in tutti i sistemi complessi,
e a volte espressi in maniera non più attuale

… dal Cap. 8 (intitolato “L’identikit di un sistema complesso”)
di Formicai, imperi, cervelli. Introduzione alla scienza della complessità
di Alberto Gandolfi, pubblicato in prima edizione da Bollati Boringhieri nel 1999


Primo identikit della complessità

Elementi dell’identikit di un sistema complesso secondo Alberto Gandolfi:

§  Alto numero di elementi
§  Interazione non lineare fra gli elementi
§  Effetti ritardati (nel tempo e nello spazio)
§  Presenza di feedback negativi e positivi
§  Struttura a rete
§  Sistema aperto
§  Sistema universale (ovvero si ritrovano sistemi analoghi su scale diverse)
§  Sistema dinamico
§  Sistema robusto
§  Sistema creativo e innovativo
§  Imprevedibile
§  A sensibilità differenziata (presenza di punti critici all’interno del sistema)
§  Non controllabile
§  Comportamento spesso discontinuo
§  Fenomeni di auto-organizzazione
§  Strutturazione a livelli gerarchici
§  Autonomia parziale degli elementi
§  Presenza di paradossi nel sistema (p.es.: compresenza di stabilità e instabilità)

In corsivo le caratteristiche e le proprietà che si possono considerare ridondanti


Estensione dei concetti della complessità

Ma questo identikit va preso oggi solo come un primo approccio informale.
Nell’idea di complessità, reti e sistemi complessi adattativi entrano in gioco infatti
anche altri elementi molto importanti, come i concetti di:
§  Centralità dell’informazione (a fianco di spazio+tempo e di energia+materia)
§  Comprimibilità delle info (per una definizione algoritmica della complessità )
§  Comprimibilità delle info (per una riflessione sul binomio comprensione-compressione)
§  Architettura delle reti (rif. a studi di Strogatz, Watts, Granovetter, Barabasi)
§  Approccio non riduzionista e non deterministico
§  Entropia e sua inversione
§  Turbolenza e transizione di fase
§  Margine del caos ed emersione dell’ordine dal disordine
§  Evoluzione e selezione naturale
§  Importanza di imprecisioni ed errori per l’adattabilità (cfr errori di trascrizione nel Dna)
§  Presenza di livelli gerarchici di complessità
§  Autopoiesi e basi della vita (rif. specifico a studi di Varela e Maturana)
§  Vita (e intelligenza) naturale e artificiale
§  Ruolo dell’osservatore in quanto sistema complesso esso stesso
(limiti inevitabili, rapporto osservatore-oggetto osservato,
interferenza dell’osservatore sull’osservazione)


Focus sui concetti chiave della complessità

Analizziamo quindi i concetti centrali:
§  Processi bottom-up
•  Numerosi elementi
•  Poche e semplici regole locali
•  Numerose connessioni fra gli elementi
§  Non linearità
•  Feedback positivi (retroazione destabilizzante)
•  Feedback negativi (retroazione stabilizzante)
•  Effetto farfalla: grandi effetti da piccole cause
§  Transizione di fase al margine del caos
•  Auto-organizzazione
•  Emersione dell’ordine dal disordine
§  Evoluzione dei sistemi aperti
•  Strutture dissipative
•  Sistemi dinamici (non in equilibrio)
•  Evoluzione e selezione naturale

… e poi >>>


Focus sui concetti chiave della complessità

… e infine focalizziamo l’attenzione su una serie essenziale di conseguenze
e di concetti collaterali di cui va presa consapevolezza:

§  Abbandono del principio di “causa-effetto”
§  Abbandono del concetto di “terzo-non-dato”
§  Accettazione di imprevedibilità e indeterminazione
§  Diversità fra complicato (spiegabile) e complesso
§  Interferenza dell’osservatore
§  Comprensione come compressione (di informazioni o di dati)

che cosa può comportare questa serie di consapevolezze nuove
non solo nello sviluppo della scienza
ma anche in concreto nel nostro lavoro di tutti i giorni?
nella visione del mondo da parte di noi osservatori che operiamo al suo interno?
nella costruzione razionale delle tecnologie e delle previsioni scientifiche?

Lasciamo aperta la risposta al pensiero di ciascuno di noi…


Approfondimenti e contatti

Per chi vuole
approfondire la bibliografia di riferimento,
conoscere i siti dei centri di ricerca e studi
su questioni legate alla complessità,
avere notizia di iniziative
riguardanti lo studio della complessità,

ecco l’indirizzo del sito del
Complexity Education Project:

www.complexityeducation.it

e il mio indirizzo email:

valerio.eletti@uniroma1.it

Studi sulla complessità dal 1940 ad oggi


Mappa delle
Teorie della
Complessità.

Prima parte.


Mappa delle
Teorie della
Complessità.

Seconda parte.


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