Экскурсия по теории сложности

В этом посте поделимся впечатлениями о книге Мелани Митчелл «Экскурсия по теории сложности».

Мелани Митчелл – профессор компьютерных наук в государственном университете Портланда, также она занимает позицию внешнего исследователя в институте сложных систем Санта Фе. Митчелл занимается машинным обучением, искусственным интеллектом и, конечно же, изучением сложных систем.

Обложка книги М. Митчелл. Источник изображения

Хотя про сложные системы и теорию сложности в последнее время говорят много и часто, эти понятия пока не имеют устоявшихся определений. В своей книге Митчелл отмечает, что для сложных систем характерны следующие особенности:

1.   Сложное коллективное поведение. Например, взаимодействия между муравьями в муравейнике, между клетками в организме, между пользователями в Фейсбуке и Твиттере - все они характеризуется коллективностью своего поведения.

2.   Передача информации – участники системы обмениваются между собой информацией. Например, муравьи общаются между собой с помощью специальных химических сигналов. Посредством нервной системы информация распространяется по клеткам организма. Ну а в Фейсбуке и Твиттере пользователи комментируют друг друга, ставят лайки, общаются в личных сообщениях и т.д.

3.   Адаптация – сложные системы эволюционируют, приспосабливаясь к изменениям окружающей действительности. Так, муравьи сигнализируют друг другу при опасности. При попадании в организм инфекции у нас поднимается температура, и организм борется с заболеванием. Пользователи онлайн-сетей сообщают друг другу о чрезвычайном положении.

          Именно эти три ключевые характеристики сложных систем и разбираются в книге. Митчелл демонстрирует выдающийся кругозор, оперируя понятиями как из теоретической информатики, так и из эволюционной биологии. При этом у читателей (хотя в этом случае мы, конечно, говорим только за себя) появляется более целостное и глобальное видение науки. Эволюция теперь не воспринимается как отличительная особенность живых организмов, она оказывается присущей и другим типам агентов – компьютерным программам, экономическим системам, социальным сетям.

Отдельное внимание в книге уделяется вычислениям, особенно истории становления вычислений – работам фон Неймана, Тьюринга, Вольфрама. Это неудивительно, ведь Митчелл - специалист именно в области компьютерных наук. В книге описывается понятие генетического алгоритма и клеточных автоматов.

Результаты алгоритма клеточного автомата. Источник изображения

Митчелл не ставит перед собой задачей написать учебник по сложным системам, в ее книге можно найти лишь пару формул. Как написала сама Митчелл, «мой редактор сказал мне, что каждое уравнение сократит число читателей вдвое» (стр. 28). Скорее «Экскурсию» можно воспринимать как длинное и интересное эссе об истории становления и развития нового научного направления.

Хотя книга и написана в 2009 году, она явно не потеряла своей актуальности, интерес к сложным системам в научном сообществе растет год от года. В 2015 году на платформе Complexity Explorer (про которую мы уже писали здесь) вышел курс Митчелл «Введение в теорию сложности». В нем Митчелл очень подробно объясняет основные положения теории сложных систем, много внимания уделяется практическому агентному моделированию в NetLogo.