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Perché interessarsi alla complessità

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E<oluzione orizzontale
                         23.02.2013


                                      VALERIO ELETTI

                                      “Perché interessarsi alla
                                      complessità”




                                        E<oluzione orizzontale
Roma, 23 Febbraio 2013                                            Valerio Eletti
Focus sulla complessità: perché?


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

        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 …

        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


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Roma, 23 Febbraio 2013                                                                             Valerio Eletti
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.



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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 …


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Semplice, complicato, complesso


 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)




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Semplice, complicato, complesso


 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?


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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...


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Semplice, complicato, complesso

 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


                                                   E<oluzione orizzontale
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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


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Roma, 23 Febbraio 2013                                                              Valerio Eletti
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)



                                                    E<oluzione orizzontale
Roma, 23 Febbraio 2013                                                                                      Valerio Eletti
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)



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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
        growingL’emergenza della complessità haof 103 come A)and C) evolution (a universe region
           1.      to a complex interlocking set luogo cells), funzione, B) sviluppo, C) evoluzione.
        containing no complex systems evolving to onestrutture gerarchiche chethem), each occurring
           2.    I sistemi complessi sono caratterizzati da A) containing billions of delineano
        with very different timescales. causalità, con B) diversi livelli di ordine e di linguaggi,
                 sia la complessità che la
                 più C) una relazione gerarchica a ciascun livello della struttura gerarchica.
 2.     Complex systems are characterized by A) hierarchical structures delineating both
           3.    Tali strutture gerarchiche sono modulari - costituite da combinazioni strutturali di
        complexity and causality with (lower-level) con le loro order and descriptive languages, plus C)
                 componenti più semplici B) different levels of proprie variabili di stato…
        a relational hierarchy at each level of dovuta ad azioni sia A) bottom-up sia B) top-down…
           4.    L’emergenza della complessità è the structural hierarchy.
 3.     These hierarchical structures areun uso mirato dell’informazione per controllare le funzioni
           5.    I sistemi viventi comportano modular - made up by structural combinations of simpler
        (lower-level) components withobiettivi di più alto variables, incorporating encapsulation and
                 fisiche in accordo con gli their own state livello. Sono strutturati come A) sistemi di
        inheritance, enabling reuse andpossono apprendere grazie a C) la cattura,
                 controllo retroattivo che B) modification.
 4.     Complex emergence is enabled by A) bottom-up and B) top-down action,per mettere
                 l’immagazzinamento, il recupero e l’analisi delle informazioni da utilizzare the latter
                 a punto gli obiettivi del sistema nel suo insieme;
        occurring by coordinating lower-level actions according to the system structure and
                 ciò comporta D) 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)


                                                 E<oluzione orizzontale
Roma, 23 Febbraio 2013                                                                               Valerio Eletti
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)


                                                  E<oluzione orizzontale
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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)


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… 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)


                                                   E<oluzione orizzontale
Roma, 23 Febbraio 2013                                                                                   Valerio Eletti
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...




                                              E<oluzione orizzontale
Roma, 23 Febbraio 2013                                                                   Valerio Eletti
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


                                                   E<oluzione orizzontale
Roma, 23 Febbraio 2013                                                                                Valerio Eletti
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

                                              E<oluzione orizzontale
Roma, 23 Febbraio 2013                                                                                       Valerio Eletti
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)



                                              E<oluzione orizzontale
Roma, 23 Febbraio 2013                                                                         Valerio Eletti
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 >>>


                                                    E<oluzione orizzontale
Roma, 23 Febbraio 2013                                                          Valerio Eletti
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…

                                                  E<oluzione orizzontale
Roma, 23 Febbraio 2013                                                                      Valerio Eletti
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
                                         E<oluzione orizzontale
Roma, 23 Febbraio 2013                                            Valerio Eletti
Studi sulla complessità dal 1940 ad oggi




                                        E<oluzione orizzontale
Roma, 23 Febbraio 2013                                              Valerio Eletti
Mappa delle
                                                  Teorie della
                                                  Complessità.

                                                  Prima parte.




                         E<oluzione orizzontale
Roma, 23 Febbraio 2013                                 Valerio Eletti
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                                                  Seconda parte.




                         E<oluzione orizzontale
Roma, 23 Febbraio 2013                                 Valerio Eletti

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Perché interessarsi alla complessità

  • 1. E<oluzione orizzontale 23.02.2013 VALERIO ELETTI “Perché interessarsi alla complessità” E<oluzione orizzontale Roma, 23 Febbraio 2013 Valerio Eletti
  • 2. Focus sulla complessità: perché? Perché ci dovremmo interessare di complessità ... e di sistemi ... e di reti?  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 …  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 E<oluzione orizzontale Roma, 23 Febbraio 2013 Valerio Eletti
  • 3. 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. E<oluzione orizzontale Roma, 23 Febbraio 2013 Valerio Eletti
  • 4. 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 … E<oluzione orizzontale Roma, 23 Febbraio 2013 Valerio Eletti
  • 5. Semplice, complicato, complesso 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) E<oluzione orizzontale Roma, 23 Febbraio 2013 Valerio Eletti
  • 6. Semplice, complicato, complesso 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? E<oluzione orizzontale Roma, 23 Febbraio 2013 Valerio Eletti
  • 7. 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... E<oluzione orizzontale Roma, 23 Febbraio 2013 Valerio Eletti
  • 8. Semplice, complicato, complesso 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 E<oluzione orizzontale Roma, 23 Febbraio 2013 Valerio Eletti
  • 9. 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 E<oluzione orizzontale Roma, 23 Febbraio 2013 Valerio Eletti
  • 10. 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) E<oluzione orizzontale Roma, 23 Febbraio 2013 Valerio Eletti
  • 11. 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) E<oluzione orizzontale Roma, 23 Febbraio 2013 Valerio Eletti
  • 12. 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 growingL’emergenza della complessità haof 103 come A)and C) evolution (a universe region 1. to a complex interlocking set luogo cells), funzione, B) sviluppo, C) evoluzione. containing no complex systems evolving to onestrutture gerarchiche chethem), each occurring 2. I sistemi complessi sono caratterizzati da A) containing billions of delineano with very different timescales. causalità, con B) diversi livelli di ordine e di linguaggi, sia la complessità che la più C) una relazione gerarchica a ciascun livello della struttura gerarchica. 2. Complex systems are characterized by A) hierarchical structures delineating both 3. Tali strutture gerarchiche sono modulari - costituite da combinazioni strutturali di complexity and causality with (lower-level) con le loro order and descriptive languages, plus C) componenti più semplici B) different levels of proprie variabili di stato… a relational hierarchy at each level of dovuta ad azioni sia A) bottom-up sia B) top-down… 4. L’emergenza della complessità è the structural hierarchy. 3. These hierarchical structures areun uso mirato dell’informazione per controllare le funzioni 5. I sistemi viventi comportano modular - made up by structural combinations of simpler (lower-level) components withobiettivi di più alto variables, incorporating encapsulation and fisiche in accordo con gli their own state livello. Sono strutturati come A) sistemi di inheritance, enabling reuse andpossono apprendere grazie a C) la cattura, controllo retroattivo che B) modification. 4. Complex emergence is enabled by A) bottom-up and B) top-down action,per mettere l’immagazzinamento, il recupero e l’analisi delle informazioni da utilizzare the latter a punto gli obiettivi del sistema nel suo insieme; occurring by coordinating lower-level actions according to the system structure and ciò comporta D) 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) E<oluzione orizzontale Roma, 23 Febbraio 2013 Valerio Eletti
  • 13. 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) E<oluzione orizzontale Roma, 23 Febbraio 2013 Valerio Eletti
  • 14. 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<oluzione orizzontale Roma, 23 Febbraio 2013 Valerio Eletti
  • 15. … 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) E<oluzione orizzontale Roma, 23 Febbraio 2013 Valerio Eletti
  • 16. 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... E<oluzione orizzontale Roma, 23 Febbraio 2013 Valerio Eletti
  • 17. 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 E<oluzione orizzontale Roma, 23 Febbraio 2013 Valerio Eletti
  • 18. 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 E<oluzione orizzontale Roma, 23 Febbraio 2013 Valerio Eletti
  • 19. 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) E<oluzione orizzontale Roma, 23 Febbraio 2013 Valerio Eletti
  • 20. 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 >>> E<oluzione orizzontale Roma, 23 Febbraio 2013 Valerio Eletti
  • 21. 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… E<oluzione orizzontale Roma, 23 Febbraio 2013 Valerio Eletti
  • 22. 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 E<oluzione orizzontale Roma, 23 Febbraio 2013 Valerio Eletti
  • 23. Studi sulla complessità dal 1940 ad oggi E<oluzione orizzontale Roma, 23 Febbraio 2013 Valerio Eletti
  • 24. Mappa delle Teorie della Complessità. Prima parte. E<oluzione orizzontale Roma, 23 Febbraio 2013 Valerio Eletti
  • 25. Mappa delle Teorie della Complessità. Seconda parte. E<oluzione orizzontale Roma, 23 Febbraio 2013 Valerio Eletti