hakank.blogg

augusti 14, 2007

Mark Buchanan: The Social Atom

Boken som här skrivs om är alltså Mark Buchanan The Social Atom: Why the Rich Get Richer, Cheaters Get Caught, and Your Neighbor Usually Looks Like You (ISBN: 9781596910133).

Det är en mycket trevlig bok som går igenom flera av de områden som intresserat mig under de senaste åren (länkar nedan görs nästan undantagsvis till egna skriveriansamlingar). Såsom

* agentbaserad modellering (multi-agent), applåder, trafikköer, panik
* spelteori, fångarnas dilemma
* Axtells och Axelrods simuleringar av sociala fenomen: hur uppstår diskriminering. (Axelrod har studerat mycket mer än fångarnas dilemma.)
* econophysics/sociophysics: dvs att använda fysikaliska modeller för att undersöka ekonomiska/sociala fenomen
* kognitiva illusioner
* Brian Arthurs El Farol-experiment som sedan extensivt studerats vidare (Minority Game).
* power laws, Paretos lag ("20% av befolkningen äger 80%") och andra om ojämlikheter. Power laws och fraktaler som fingeravtryck på komplexa fenomen. Men notera kritiken av ett aningslöst användande av power laws: Kritik kring power law-forskning.

Några saker som tas upp i boken:
- En komplicerad händelse kan ha enkla orsaker (och vice versa), vilket datasimuleringarna visar tydligt. Utifrån några enkla regler i en minivärld uppstår fenomen som är snarlika de komplexa fenomen som vi ser i vår värld.

(Jag saknar möjligen en referens till systemdynamik här för diskussion om relationer mellan dynamisk orsak och verkan.)

- Boken beskriver många experiment, såväl empiriska psykologiska/sociologiska experiment som datorsimuleringar. Datorsimuleringarna bygger mycket på enkla (ibland rent fysiska) modeller: för att förstå ett fenomen gäller det att skala av allt som inte är relevant för fenomenet. Man kan här notera att Buchanan är fysiker.

- Kritik av traditionella ekonomiska modeller: Sådana modeller tenderar av missa målet och bli ointressanta att arbeta med i praktiken, t.ex. de förutsätter att vi är fullständigt rationella varelser; att de förutsätter att sakernas tillstånd ska komma i jämvikt. Ett kännetecken på sociala fenomen är att de är dynamiska (icke-jämvikt). Vi tenderar att göra felaktiga bedömningar (kognitiva illusioner).

- Vi känneteckas att vara adaptiva, dvs vi lär oss t.ex. genom att helt enkelt starta någonstans och därefter bedöma resultatet; kanske genom imitation av andra. Mycket skrivs om just detta.

- En förutsättning för våra samhällen är vår fantastiska förmåga att samarbeta, även utan att det gynnar oss direkt (flera exempel och experiment beskrivs här). En tes som förs fram är att vi på något sätt är genetiskt skruvade till detta. Naturligtvis tas även nackdelarna med denna adaptivitet upp: krig, diskriminering, börskrascher, och andra hysterier såsom Hola-hola-ringar (eller varför inte ett mer modernt fenomen: Facebook).

- Man bör komma ihåg att de sociala modellerna som beskrivs oftast inte kan förutsäga vad som händer med en specifik individ, företag eller grupp (dvs "atom") i ett händelseförlopp. Det är snarare de statistiska sambanden som kan prognosticeras.

Några värderingar av boken
* Det är bra och lättlästa förklaringar av experiment och simuleringarna. De senare är översiktligt beskrivna emellanåt så man måste gå till källorna för att få mer detaljer (vilket säkert är meningen).

* Introduktionen till kapitlen är beskrivning av en aktuell eller känd företeelse (t.ex. olika krig eller oroshärdar) som sedan används som inramning för kapitlet. Detta programmatiska upplägg känns ibland krystat.

* Boken har en notapparat där de flesta källorna finns och där fotnoten är tydligt markerad i löptexten. (Sådant råkar jag tycka vara viktigt i PopSci-litteratur.)

* Jag blev faktiskt förvånad av att det pratades väldigt lite specifikt om small world-fenomenet.

Det näst sista omdömet: Även om jag läst en hel del av det som avhandlas i boken var den inspirerande att läsa, framför allt kring de många simuleringar som gjorts. En del av de mer ekonofysiska experimenten kände jag inte till så det ska bli skoj att gå till källorna där. Alternativt att läsa om Schelling, Axelrod och Axtell.

Slutligen: En bok vars introduktion börjar med Thomas Schelling (mer specifikt dennes nydanande modell av segregering) kan helt enkelt inte vara dålig.

Bokblogg finns naturligtvis, finurligt nog döpt som boken The Social Atom. Se t.ex. The physics of crowds.

Buchanan har även skrivit boken Nexus om komplexa nätverk.

Tidigare skrivet här om Mark Buchanan
Social Network Analysis och Complex Networks - En liten introduktion

Trender fungerar som magneter?

Hur mycket väger pengar? - Nu även med lite granularitetsforskning

Komplexa system och software engineering

Och apropå det så beställdes i morse biografin över Schelling Thomas Schelling And The Nuclear Age - Strategy as Social Science (ISBN: 9780714685441).

Posted by hakank at 09:56 EM Posted to Agentbaserad modellering | Kognitiva illusioner | Komplexitet/emergens | Social Network Analysis/Complex Networks | Spelteori och ekonomi | Comments (2)

januari 24, 2007

Stadsplanering och hälsa

[Till avdelningen att kolla in lite mer på. Speciellt nu när vardagsmotionsavståndet till arbetet är 7 minuters gångväg i stället för tidigare 10 + busstur + 20.]

Science News: Weighing In on City Planning:

[Lawrence] Frank is part of an emerging area of cross-disciplinary science that's examining the relationship between the shapes of our cities and the shapes of our bodies.

He and other researchers have evidence that associates health problems with urban sprawl, a loose term for humanmade landscapes characterized by a low density of buildings, dependence on automobiles, and a separation of residential and commercial areas. Frank proposes that sprawl discourages physical activity, but some researchers suggest that people who don't care to exercise choose suburban life. Besides working to settle that disagreement, researchers are looking at facets of urban design that may shortchange health.

As scientists investigate the relationship between sprawl and obesity, a compact style of city development sometimes called smart growth might become a tool in the fight for the nation's health. However, University of Toronto economist Matthew Turner charges that "a lot of people out there don't like urban sprawl, and those people are trying to hijack the obesity epidemic to further the smart-growth agenda [and] change how cities look."

Vissa resultat verkar kanske vara självklara, men det som är självklart behöver inte vara sant, och en god forskare studerar "självklara" samband.

In 2004, Frank and his colleagues produced additional connections among urban form, activity, and obesity. The data on more than 10,500 people in the Atlanta area indicated that the more time a person spends in a car, the more obese he or she tends to be. But the more time people spend walking, the less obese they are.

...

But Brownson, Ewing, and others caution that these associations don't prove that sprawl causes laziness or weight gain. Most of the studies provide only a snapshot of different people at a single time. Such studies can't prove that living amid sprawl leads to inactivity; it may also be that inactive people choose to inhabit areas where driving is the easiest way to get around.

In other words, people with different health habits and different propensities to gain weight may sort themselves into different kinds of neighborhoods.

En alternativ teori till att boende i en tätort orsakar viktökningar är att personer med vissa hälso-vanor och tendens till viktökning "sorterar" sig till tätbebyggelser.

That's what Turner suggests is going on. Turner conducted a study that tracked people over time, as some of them moved from one neighborhood to another. He and his collaborators found no change in weight associated with moving from a sprawling locale to a dense one, or vice versa.

"We're the only ones that have tried to distinguish between causation and sorting ... and we find that it's sorting," he says. "The available facts do not support the conclusion that sprawling neighborhoods cause weight gain."

Vidare teorier och referenser finns i artikeln.

Se även
Seatte Times: 2 studies: Urban sprawl adds pounds, pollution
Intervju med Reid Ewing
Matthew Turner publikationer
Bok av Howard Frumkin, Lawrence Frank, and Richard Joseph Jackson: Urban Sprawl and Public Health -
Designing, Planning, and Building for Healthy Communities (ISBN: 1559633050).

Posted by hakank at 08:43 EM Posted to Komplexitet/emergens | Sport, idrott, hälsa

augusti 22, 2005

IT Conversations: Stephen Wolfram

IT Conversations: Stephen Wolfram

For three centuries scientists have looked to mathematics to understand how nature works -- and to create the foundations for technology. But based on his surprising discoveries about simple computer programs, Wolfram, creator of Mathematica and author of A New Kind of Science, has developed a radically new approach. Stephen Wolfram not only addresses many fundamental questions about science and the universe, but also suggests major new directions for technology.
...

Se även
Stephen Wolfram
A New Kind of Science (Bokus, ISBN: 1579550088), som jag köpte för nästan exakt två år sedan, men har ännu inte läst hela
A New Kind of Science Online
Andra böcker av Wolfram (Bokus-länk)
Mathematica.

P.S. IT Conversations har ett gäng RSS-flöden.

Posted by hakank at 05:11 EM Posted to Komplexitet/emergens | Matematik | Systemutveckling | Comments (3)

juli 22, 2005

Math Matters videoföreläsningar

Som tidigare skrivits tycker jag om videoföreläsningar i matematisk kopplade ämnen (och naturligtvis även andra ämnen i intressesfären). Via MathForge hittades idag Math Matters IMA Public Lecture Series.

Där finns t.ex.
* James D Murray: The Marriage Equation - A Practical Theory for Predicting Divorce and a Scientifically-Based Marital Therapy, den teori om olika typer av giftermål som Murray beskriver i boken Mathematics Of Marriage - Dynamic Nonlinear Models (Bokus, ISBN: 0262572303) skriven tillsammans med John M Gottman (Gottman står som huvudförfattare). Murray har också ett kapitel om detta i sin Mathematical Biology - Spatial Models and Biomedical Applications (Bokus, ISBN: 0387952284). Malcolm Gladwell skrev också en del om teorin i sin Blink (Bokus, ISBN: 0316001058. Cf t.ex. min recension av denna bok.)

* Steven Strogatz: Sync: The Emerging Science of Spontaneous Order. Strogatz har skrivit en intressant populärvetenskaplig bok om just detta Sync (Bokus, ISBN: 0786887214) - som jag märkligt nog inte recenserat men rekommenderar storligen - men framförallt skrivit den fantastiska läroboken om dynamiska system Nonlinear Dynamics and Chaos - With Applications to Physics, Biology, Chemistry and Engineering (Bokus, ISBN: 0738204536). Se även kategorierna Komplexitets/emergens och Social network analysis/complex networks där Strogatz nämns från tid till annan. I föreläsningen får man bl.a. se den eldflugors synkronisering, ett fenomen som väl kan ses som paradigmfallet av synkronisering och var det som fick Strogatz (tillsamman med Duncan Watts) att studera komplexa nätverk.

* Benoit Mandelbrot: Fractals/Multifractals in Finance, the Internet & Other "Wild" Aspects of Man's Works

* Richard A. Tapia: Math at Top Speed: Breaking Myths in the Drag Racing Folklore

* Bruce Schneier: Natural Laws of Digital Content: the Folly of Copy Protection on the Internet

Se även Recordings of IMA Talks som innehåller ett flertal föreläsningar i diverse ämnen, vad jag kan se inte alls lika populariserande hållna.

I samma anda kan här rekommenderas MIT:s OpenCourseWare som har vissa videoföreläsningar, bl.a. den som just nu tar upp en hel del av min tid: Differential Equations med föreläsaren Arthus Mattuck.

Posted by hakank at 07:33 FM Posted to Agentbaserad modellering | Komplexitet/emergens | Matematik | Social Network Analysis/Complex Networks

maj 06, 2005

Trender fungerar som magneter?

I New Scientist News-artikeln One law rules dedicated followers of fashion skriver Mark Buchanan om två forskare som studerat sociala trender genom att jämföra dem med hur magneter fungerar. De fenomen som studerats var Europeiska födelsetal i slutet på 1900-talet, mobiltelefoners snabba spridning samt applåder.

Fads, fashions and dramatic shifts in public opinion all appear to follow a physical law: one of the laws of magnetism.

Quentin Michard of the School of Industrial Physics and Chemistry in Paris and Jean-Philippe Bouchaud of the Atomic Energy Commission in Saclay, France, were trying to explain three social trends: plummeting European birth rates in the late 20th century, the rapid adoption of cellphones in Europe in the 1990s and the way people clapping at a concert suddenly stop doing so. In each case, they theorised, individuals not only have their own preferences, but also tend to imitate others.
...
To model the consequences of imitation, the researchers turned to the physics of magnets. An applied magnetic field will coerce the spins of atoms in a magnetic material to point in a certain direction. And often an atom's spin direction pushes the spins of neighbouring atoms to point in a similar direction. And even if an applied field changes direction slowly, the spins sometimes flip all together and quite abruptly.

Vad jag kan se är det följande (ganska tekniska) paper som refereras:
Quentin Michard, Jean-Philippe Bouchaud: Theory of collective opinion shifts: from smooth trends to abrupt swings (PDF)

Bland referenserna till studien fanns Collective Intelligence: the invisible revolution, en wiki för en kommande bok som verkar intressant.

Från dess sammanfattning: The aim of this paper is to provide the key concepts underlying collective intelligence and to explore how modern organizations and individuals can concretely learn how to increase their collective intelligence, i.e. their capability to collectively invent the future and reach it in complex contexts. This will draw the guidelines of a universal governance, provide an outline of the next democracies and help us forecast an economy in which competition and collaboration as well as values and value are reconciled.

Se även
Wikipedia Ising model
Artikelförfattaren Mark Buchanan har bl.a. skrivit Nexus, en trevlig bok om forskning kring denna typ av fenomen. Den och andra böcker inom samma område beskrivs på Social Network Analysis och Complex Networks - En liten introduktion

I kategorierna Agentbaserad modellering och Komplixitet/emergens finns liknande anteckningar, t.ex. Applåder och panik.

Uppdatering
Några andra svenska bloggare har uppmärksammat detta:
Erik Stattin: [Hitta på rubrik om barnafödande, mobiltelefoner och konsertapplåder]
Malin Sandström: Jag skulle egentligen ha blivit teoretisk fysiker...

Ett annat tips är att kolla in det relativt nya interdiciplinära forskningsområdet Econophysics (en.wikipedia) som bl.a. studerar liknande fenomen. T.ex. följande sajter som har flera trevliga undersektioner:
Econophysics (www.unifr.ch/econophysics/)
Econophysics.org.

Relaterat: Liggande i bokhögen har jag My Life As A Quant - Reflections on Physics and Finance (Bokus, ISBN: 0471394203) av Emanuel Derman, som verkar vara mycket intressant. Ett kanske sent tack till Ulf R. för tipset: Tack Ulf för tipset!

Posted by hakank at 09:51 FM Posted to Komplexitet/emergens

maj 01, 2005

The long tail of programming languages

Charles Simonyis (Intentional Software) skriver i The long tail of programming languages om att användningen av programspråk förhåller sig till varandra som en long tail (cf power laws). Man har använt statistiken från TIOBE Programming Community Index for April 2005 (se kommentar nedan).

Vilka slutsatser drar man så av denna långa svans?
* Generella programspråk tenderar av användas mest eftersom de är generella (vilket ju verkar rimligt)

* Det finns språk som ofta är bättre än generella att lösa problem i en specifik domän (nischen), t.ex. Prolog för logikprogrammering.

* Det är svårt för nya programspråk att lyckas slå igenom ordentligt eftersom det krävs bra miljöer för professionell utveckling.

Här är några reflexioner angående detta.

Förutom dessa mer rationella skäl finns det andra saker som gör att användningen fluktuerar. T.ex. Ruby:s Ruby on rails har gjort att fler har fått upp ögonen för Ruby; Pugs som är en trevlig Perl 6-implementation skriven i Haskell - som redan efter några månaders utveckling fungerar förvånansvärt bra - har gjort att Perl-användare blivit intresserade av Haskell och säkerligen också föranlett ett nyuppväckt intresse för Perl. Hmm, kan det vara detta som är orsaken till Perls ökning?

När det gäller TIOBE-jämförelsen av programspråk bör man notera att man studerar hur ofta ett språk nämns. Från sajten: The popular search engines Google, MSN, and Yahoo! are used to calculate the ratings. Observe that the TPC index is not about the best programming language or the language in which most lines of code have been written.

Med denna stora brasklapp i A4-format på skrivbordet kan man notera att omnämningen (användningen?) av C++ och Java har minskat jämfört med förra året. Lennart Frantzell kommenterade i Är Java-språket på fallrepet?, såvitt jag kan se utan referens till denna undersökning (varken direkt eller indirekt). Så här får han lite mer vatten på sin kvarn.

[Det skulle f.ö. vara intressant med en undersökning som studerar hur förändringar i omnämnande av ett programspråk är kopplat till förändringar av dess användningen. Troligen är det här skillnad i förändringsstruktur mellan "professionellt" användande och "privat" användande där förändringar i "professionellt" användande har dels större tröghet och dels andra krav på ett programspråk än privat utveckling. Gränsen mellan dessa två håller dock på att försvinna mer och mer i och med open source-projekten.]

En sista kommentar. I artikeln står det Many developers who must use Java or C# at work during the day go home to use Ruby or Python on their personal projects at night.

Man kan nu börja hoppas på att programspråksmoneteismen ("jag tror på ett enda programspråk och det är min gud") håller på att försvinna och att vi till slut inser att olika programspråk har olika fördelar i olika situationer/domäner.

Det är inte meningen att här starta något religionskrig om programspråk, speciellt eftersom jag numera är programspråksagnostiker (eller möjligen programspråkstaoist). Av bl.a. historiska och repositoriska skäl har jag naturligtvis ett par favoriter men kollar gärna in både nya och gamla programspråk. I går hittades t.ex. en referens till ett språk som heter Fornax (från 1994) som verkar intressant eftersom det kombinerar flera av mina favoritsyntaktiska socker; tyvärr hittades inte någon implementation.

Ingången till denna anteckning var Lambda the Ultimate:s The long tail of programming languages, vilken också bör läsas.

Posted by hakank at 10:05 FM Posted to Komplexitet/emergens | Statistik/data-analys | Systemutveckling

december 02, 2004

Livets logik och geners ordning

Swedish Research News skriver rapporterar om ett pressmeddelande från Lunds universitet The logic of life brings order to our genes

It is tricky enough to get a soccer team of eleven players to cooperate and work as one – but what would it be like if there were 25,000 players on the field? What would the rules be like, and how many referees would it take to make sure that the rules were followed? As it happens, our genomes consist of networks of roughly 25,000 interacting genes, and these networks are obviously very stable and resilient to changed conditions. Out of billions of cells, not a single one falls into chaos. How can order be maintained?

This is a question that scientists have been pondering since the 1960s, and it may now have been answered by theoretical physicists at Lund University. In the most recent issue of the Proceedings of the National Academy of Sciences USA, professor Carsten Peterson and his collaborators Björn Samuelsson and Carl Troein demonstrate how this is possible [...]. The American physician and scientist Stuart Kauffman – a pioneer in the field, who formulated and attempted to solve the problem as early as 1967 – is their co-author.

Papret som refereras är
Stuart Kauffman, Carsten Peterson, Björn Samuelsson, Carl Troein: Genetic networks with canalyzing Boolean rules are always stable (PDF)

Se vidare
Stuart Kauffman
Carsten Peterson
Björn Samuelsson
Carl Troein
(De tre sistnämnda från Avdelningen för teoretisk fysik i Lund)

Se även Livets logik ger ordning åt gener (forskning.se)

Posted by hakank at 07:48 EM Posted to Komplexitet/emergens | Comments (4)

oktober 13, 2004

Frank Schätzing "Der Schwarm"

Hörde precis (med ena örat) på P1:s Biblioteket om vilka böcker som ligger i topp på olika länders bibliotek. Det verkar som Dan Browns Da Vinci-koden toppar många, men i Tyskland var det en bok som verkade intressant, och som jag inte hört talas om tidigare: Der Schwarm av Frank Schätzing (som jag inte känner till sedan tidigare). Det är alltså från tyska Amazon så: Altavisa-översättning .

Boken handlar tydligen om hur naturen "gör uppror", men exakt hur svärmeriet - som var det som triggade mitt intresse - kommer in vet jag inte riktigt, mest pga av mina uschla tyskakunskaper.

Det finns även en snygg men lite obegriplig tyskspråkig sajt: DerSchwarm.com.

Någon som känner till boken eller kan förklara svärmeriet lite mer?

Posted by hakank at 07:10 EM Posted to Komplexitet/emergens | Comments (5)

augusti 18, 2004

Fraktaler i Shakespeares texter

Ali Eftekhari: Fractal geometry of literature: first attempt to Shakespeare's works
Abstract:
It was demonstrated that there is a geometrical order in the structure of literature. Fractal geometry as a modern mathematical approach and a new geometrical viewpoint on natural objects including both processes and structures was employed for analysis of literature. As the first study, the works of William Shakespeare were chosen as the most important items in western literature. By counting the number of letters applied in a manuscript, it is possible to study the whole manuscript statistically. A novel method based on basic assumption of fractal geometry was proposed for the calculation of fractal dimensions of the literature. The results were compared with Zipf's law. Zipf's law was successfully used for letters instead of words. Two new concepts namely Zipf's dimension and Zipf's order were also introduced. It was found that changes of both fractal dimension and Zipf's dimension are similar and dependent on the manuscript length. Interestingly, direct plotting the data obtained in semi-logarithmic and logarithmic forms also led to a power-law.

Posted by hakank at 08:49 EM Posted to Komplexitet/emergens

juli 04, 2004

Trafikköer

Häromdagen funderade Jeroen Wolfers i Bilköns dynamik kring bilköer, varför de uppstår och hur man ska kunna komma rätt med dem. I en kommentar länkade jag till några tidigare anteckningar om detta fascinerande fenomen.

New Scientist skriver idag mer om traffikköer i Bad driving the secret to traffic forecasts:
A traffic simulation system is helping drivers by predicting jams on Germany's autobahn network up to an hour before they happen. The secret of its success is to take into account the way real drivers - and their cars - behave.
...
But this synchronised flow is unstable. One car pulling into another lane and forcing the driver behind to brake hard is enough to start traffic bunching up. This can quickly develop into a jam that propagates backwards through the traffic like a wave. Failure to predict this "pinch effect" has stymied past attempts to model traffic flow.

Now Michael Schreckenberg and colleagues at the University of Duisburg-Essen in Germany have developed a computer model that successfully reproduces the pinch effect. "It is the first model to reproduce all known traffic states," says team member Robert Barlovic.

Systemet används i Tyskland, på Verkehrsinformationssystem autobahn. (Det finns en engelsktextad version för den som inte är så hemma på tyska: klicka på "english version" längst ner i vänsterspalten.)

Det har till viss del fallit på eget grepp eftersom bilförarna nu utnyttjar informationen som lämnas av systemet till att planera sin bilkörning vilket man tydligen inte hade räknat med (min fetning nedan):

Its forecasts, which predict conditions up to an hour ahead, are displayed on the web at www.autobahn.nrw.de. More than 90 per cent of time, it correctly predicts traffic density.

But the website has already become a victim of its own success, admits Schreckenberg. Some of the 300,000 people a day who are visiting the site are replanning their journeys on the basis of its forecasts, and this is beginning to make the forecasts themselves less accurate. And soon it could get even worse when the website becomes available on 3G cellphones, he says.

So the researchers are now trying to adjust the way the traffic information is provided to drivers to take this destructive effect into account. One idea, says Schreckenberg, might actually be to provide less complete traffic information to encourage drivers to adopt more varied strategies for evading congestion, so they do not all flock to the same exits.

Detta visar, om inte annat, att komplexa system är ... komplexa och väldigt svåra att förutse i sin helhet. Jag undrar om inte Thorvald med sin systemdynamiska känsla skulle insett dessa problem i ett långt tidigare skede. För mer i ämnet systemdynamik se t.ex. översiktsidan Systemdynamik - System Dynamics.

Se även:
Forskningsgruppens publikationer finns via menyvalet "Publications" eller via sidan för Robert Barlović. T.ex.
Mechanical restriction versus human overreaction triggering congested traffic states (PDF).
Pinch Effect in a Cellular Automaton (CA) Model for Tra c Flow (PDF)
Adaptive Traffic Light Control in the ChSch Model For City Traffic (PDF).

Posted by hakank at 10:02 FM Posted to Agentbaserad modellering | Komplexitet/emergens

juni 25, 2004

Om syftenas beräkningar

A Calculus of Purpose (PLos Biology) diskuterar ändamålsförklaringar inom biologin.

Why is the sky blue? Any scientist will answer this question with a statement of mechanism: Atmospheric gas scatters some wavelengths of light more than others. To answer with a statement of purpose—e.g., to say the sky is blue in order to make people happy—would not cross the scientific mind. Yet in biology we often pose “why” questions in which it is purpose, not mechanism, that interests us. The question “Why does the eye have a lens?” most often calls for the answer that the lens is there to focus light rays, and only rarely for the answer that the lens is there because lens cells are induced by the retina from overlying ectoderm.
...
[O]ne can begin to discern several of the elements that, when present together, elevate investigations in computational biology to a level at which ordinary biologists take serious notice. Such elements include network topologies anchored in experimental data, fine-grained explorations of large parameter spaces, identification of “useful” network behaviors, and hypothesisdriven analyses of the mathematical or statistical bases for such behaviors. These elements can be seen as the foundations of a new calculus of purpose, enabling biologists to take on the much-neglected teleological side of molecular biology. “What purpose does all this complexity serve?” may soon go from a question few biologists dare to pose, to one on everyone's lips.

Posted by hakank at 08:45 FM Posted to Komplexitet/emergens

juni 20, 2004

weblogs.se nere - en bra sak?

Naturligtvis saknar jag weblogs.se, liksom som flera andra att och hoppas att systemet ska återuppstå snart. Men det kan finnas något bra med denna typ av omruskningar i ens rutiner, speciellt om avbrottet blir långvarigt ("det kommer nog att ta ett tag" som Erik Stattin skriver i Living Without Weblogs.se).

Kanske weblogs.se har fungerat för bra för att intressanta förändringar och utmaningar ska ske i den svenska bloggorsfären? Kanske avbrottet leder till nya verktyg, nya idéer och nya möten?

Man tvingas nu att hitta nya vägar, och nya vägar leder till nya ställen att besöka. T.ex. har jag på de senaste dagarna hittat flera nya och intressanta bloggar som kommer att bevakas (huvudsakligen i Bloglines men även via Sweblogs.com).

I bloggantecknigen ovan länkar Erik till sin bevaknings-lista (kan importeras i Bloglines), och vad jag förstår kommer den att uppdateras regelbundet. Finns det andra sätt att blii informerad om nya bloggar?

Tyvärr kräver både Bloglines och Sweblogs att bloggarna har RSS-filer (eller motsvarande format), vilket alla bloggar inte har, såsom t.ex. Mats Andersson. Tänk på dem också!

Nu är weblogs.se onåbarhet självklart inte en stor katastrof, men för oss som använder systemet dagligen (kanske timligen eller minutligen) kan avbräcket kännas ordentligt.

Jochen Fromm skriver i The Emergence of Complexity att utveckling av nya emergenta fenomen ("system") sker genom en dynamik mellan skapande och katastrofer. (Bokens recenseras kort i Jochen Fromm: The Emergence of Complexity).

Så, låt oss nu skapa nya emergenta fenomen!

Posted by hakank at 04:55 EM Posted to Blogging | Komplexitet/emergens | Comments (6)

juni 19, 2004

Kontext i musiken

I Nature-artikeln Tunes create context like language skriver Philip Ball om forskning som studerat musikstycken med hjälp av tekniker som användas för t.ex. naturliga språk (Zipf's law). Finns det språklikande kontext i musiken?

Några citat från artikeln:
Ever felt as though a piece of music is speaking to you? You could be right: musical notes are strung together in the same patterns as words in a piece of literature, according to an Argentinian physicist.
...
Physicist Damian Zanette of the Balseiro Institute in Bariloche, Argentina, used this idea to test whether different types of music create a semantic context in a similar fashion.

Om skillnaden mellan tonal och icke-tonal musik:

Zanette says the finding implies that the reason many people find it unsatisfying to listen to atonal music is not simply because its harmonic and melodic structures are unfamiliar, but because the meaning or context of the piece is constantly changing.

Papret som refereras är
Damian H. Zanette: Zipf's law and the creation of musical context

Abstract:
This article discusses the extension of the notion of context from linguistics to the domain of music. In language, the statistical regularity known as Zipf's law -which concerns the frequency of usage of different words- has been quantitatively related to the process of text generation. This connection is established by Simon's model, on the basis of a few assumptions regarding the accompanying creation of context. Here, it is shown that the statistics of note usage in musical compositions are compatible with the predictions of Simon's model. This result, which gives objective support to the conceptual likeness of context in language and music, is obtained through automatic analysis of the digital versions of several compositions. As a by-product, a quantitative measure of context definiteness is introduced and used to compare tonal and atonal works.

Posted by hakank at 09:19 FM Posted to Komplexitet/emergens

maj 30, 2004

Jochen Fromm: The Emergence of Complexity

I mitten av mars läste jag en tidig version av Jochen Fromms bok The Emergence of Complexity. Boken var så intressant att jag mailade frågor, språkligheter och glada tillrop till författaren, varpå en trevlig maildiskussion uppstod.

Nu har boken kommit i tryck och jag tänkte härmed göra lite reklam för den. Via förlagets sida om boken kan man ladda ner en outskrivbar PDF-version av boken. Gör gärna det! (Läs t.ex. gärna Acknowledgements, sid iii.)

Uppdatering: Mer info om boken finns här, se även extended abstract.

Abstract från Jochen Fromms site:
This book considers the question how complex systems suddenly emerge during the course of evolution and why the long-winded evolution of systems and species is interspersed with short phases of fast revolutions. Based on an agent based view of complex systems, the author gives well illustrated explanations for the emergence of complexity and describes how systems become more and more complex. From ancient cultures to modern states and from the earliest primitive organisms to self-conscious human beings, the text explores the widest range of phenomena with the fewest possible principles.

All Multi-Agent Systems have a natural system boundary, the agent itself. As the word "emergence" suggests, the emergence of complexity is always possible at system boundaries, which enable the transfer of complexity between different systems. Fitness barriers set the boundaries of evolution. Revolutions in evolution are possible because evolution gets stuck from time to time when a large fitness barrier is reached. Evolution waits until massive catastrophes break these barriers or single agents are able to cross them through a tunneling process.

Boken är en fascinerande resa inom en mängd områden: agenter, komplexa adaptiva system, self-organized criticality, biologi, geologi, historia, psykologi, kvantfysik, arkitektur etc där författaren försöker att koppla ihop olika typer av komplexa system till ett enhetligt begrepp. Det är alltså ett försök till ett systembygge inom det stora område som kallas för komplexa adaptiva system (eller emegenta system).

Man bör nog inte läsa boken som en introduktion i komplexa system. Flera begrepp förutsätts att man känner till även om de ges en kort förklaring när de introduceras, såsom Per Baks "Self Organized Criticality". Däremot diskuteras begreppen "agent" (Multi-Agent Systems, MAS) och "komplexa adaptiva system" (complex adaptive system, CAS) detaljerat och med en hel del exempel, t.ex. hur pyramider har utvecklats och hur ritualer förhåller sig till andra fenomen.

Det är en spekultiv skrift och det är ibland svårt att veta "spekulations-status" på de teorier som framförs eller citeras. Det är inte mycket matematiska formalismer eller detaljerade genomgångar av data, vilket kan ses både som en fördel och en nackdel.

Styrkan i boken är försöken att göra en enhetlig analys mellan de många olika typer av emergenta fenomen i världen, i så skilda områden som psykologi, arkeologi, sociologi, fysik, biologi etc, och det ofta ganska korta beskrivningar på teorier som är relevanta varpå sedan lämnas en litteraturrefererens. Det finns flera instruktiva tabeller som visar hur olika typer av emergens/komplexitet kan vara relaterade till varandra, t.ex. tabell 13 (sidan 99) i avsnitt 4.3 "The social meaning of rituals" som visar relationer mellan olika typer av nivåer i ett urval sociala grupper.

Dynamiken mellan skapande (evolutionär utveckling) och förstörelse (stora katastrofer) för att åstadkomma emergenta fenomen betonas. Båda är nödvändiga för att komplexa adaptiva system ska uppstå. Ett avsnitt diskuterar de olika katastrofer på jorden som lett fram till människans medvetande och kultur. En annan princip som betonas är co-evolution som förklarare ägget-och-hönan-problem med att ingendera egentligen kom först utan de har utvecklats tillsammans. Speciellt intressant här är relationen/samverkan mellan rn agent och det CAS denne lever i, samt relationen mellan olika nivåer av CAS.

Några exempel på teorier som diskuteras.

Psykologen Erich Fromms teori om "att ha" och "att vara" används för att förklara olika relationer mellan agent och komplexa adaptiva system. Man skulle här eventuellt kunna jämföra med OO-begreppen "is-a" och "has-a", något som dock inte diskuteras i boken. Däremot tas översiktigt upp andra exempel från systemutvecklingsvärlden, t.ex. design patterns. Jochen Fromm skrev dock i höstas ett läsvärt paper som handlar mer om detta: Evolution of programming - Computer science as a Complex Adaptive System (PDF).

"Flow activities" (beskrivs i kapitel 4.6 "Rituals and 'Flow -Activities'") används för att beskriva "enande projekt" över lång tid, t.ex. byggande av pyramider, som ses som en av de viktigaste orsakerna till att en civilisation växer fram. Denna teori är från Mihaly Csikszentmihalyi som beskriver den bl.a. i boken Flow. Både Peter Lindberg och Niklas Johansson har nämnt denna bok tidigare.

Det som egentligen gjorde att jag mailade till Jochen var hans kommentarer om skratt/humor och insikt kopplat till komplexa system, som finns på sidan 22 (min fetning): There are many similarities between Per Bak's famous sandpile model and the process of insight. As friction between tectonic plates is the cause of earthquakes and friction is the cause of avalanches in sandpile models, incongruities and fractures in meaning are the cause of insights and laughter. Insight and laughter are mental earthquakes.

I tabell 3 "Self-Organized Criticality (SOC) in different systems" på sidan 22, får sålunda skratt och insikt sin plats i systemet jämte jordbävningar, laviner och regn. I kapitel 6 "Levels and Boundaries" jämförs sedan skratt/insikt och andra mentala revolutioner med Kuhns paradigmteori. T.ex. nämns John Morreall; se nedan för fler länkar.

Det är alltså en fascinerande bok om det mesta i tillvaron, och som inspirerar eller manar till vidare läsning vadhelst man tycker är intressant. Jag hoppas att det kommer en ännu tjockare bok där Jochen får bre ut sig ordentligt med fler förklaringar och mer detaljerade exempel. Och där humor och insikter beskrivs mer.

Se vidare:
Jochen Fromm
Complex Adaptive Systems, Jochen Fromms sida om CAS.
Mad scientists, strange brains and other geniuses
Mailinglistan CAS-Group, som nu även har ett RSS-flöde.

Mer om John Morreall
John Morreall Amazon-länk till Morrealls böcker
Humorworks.com
The Rejection of Humor in Western Thought.

Posted by hakank at 12:19 EM Posted to Komplexitet/emergens

maj 20, 2004

Skippa trafiksignalerna?

Salon-artikeln Why don't we do it in the road? (registrering eller "day pass" krävs) handlar om att skippa trafiksignalerna. Några citat ur artikeln:

A new school of traffic design says we should get rid of stop signs and red lights and let cars, bikes and people mingle together. It sounds insane, but it works.
...
"One of the characteristics of a shared environment is that it appears chaotic, it appears very complex, and it demands a strong level of having your wits about you," says U.K. traffic and urban design consultant Ben Hamilton-Baillie, speaking from his home in Bristol. "The history of traffic engineering is the effort to rationalize what appeared to be chaos," he says. "Today, we have a better understanding that chaos can be productive."
...
Reversing decades of conventional wisdom on traffic engineering, Hamilton-Baillie argues that the key to improving both safety and vehicular capacity is to remove traffic lights and other controls, such as stop signs and the white and yellow lines dividing streets into lanes. Without any clear right-of-way, he says, motorists are forced to slow down to safer speeds, make eye contact with pedestrians, cyclists and other drivers, and decide among themselves when it is safe to proceed.
...
[T]he ability of traffic to move smoothly through the built environment, depends on performance of your intersections, not on your speed of flow between intersections." And intersections, he says, work much more efficiently at lower speeds. "At 30 miles per hour, you frequently need control systems like traffic signals, which themselves mean that the intersection is not in use for significant periods of time. Whereas at slower speeds vehicles can move much more closely together and drivers can use eye contact to engage and make decisions. So you get much higher capacity."

Artikeln länkar även till boken Roundabouts: An Informational Guide.

Posted by hakank at 06:09 EM Posted to Komplexitet/emergens | Comments (1)

maj 14, 2004

Forum för Stephen Wolfram "A New Kind of Science"

Den som tycker om Stephen Wolframs bok The New Kind of Science (boken finns online här) är troligen också intresserad av The NKS Forum där boken och relaterade saker diskuteras.

Se även Reference materials samt Stephen Wolfram Publications där andra skrifter av Wolfram finns online.

Tidigare anteckningar:
Wolframs "A New Kind of Science"
Stephen Wolfram i "Senate Subcommittee on Science, Space, and Technology".

Posted by hakank at 09:47 EM Posted to Komplexitet/emergens

april 15, 2004

Mer om Howard Becker, improvisationens etikett samt annat

I förrgår skrevs blogganteckningen The Etiquette of Improvisation som innehöll utdrag från Howard S Beckers essä The Etiquette of Improvisation. Peter Lindberg och jag har diskuterat en del liknande saker tidigare så det var det inte helt oväntat att han också skrev kommentar.

Enär det finns så lite om denna essä på nätet gjordes en googleresearch. Här nedan är en del av det som hittades, både direkt relevant men även andra saker som verkar skoj.

Tidskriften Mind, Culture, and Activity, Volume 7, number: 3 2000 har flera titlar som anspelade på Beckers skrift, tydligen efter en workshop kring denna. Tyvärr är dessa artiklar inte tillgängliga fritt på nätet, varpå sökningen fortsatte.

En kort summering av de Becker-relaterade skrifterna finns i en abstract (något redigerad):

Howard Becker is a sociologist of work and practice, who in a long and fruitful career has written about the work of schoolteachers, jazz musicians, medical students, undergraduates, artists and actors, among other groups. He has also written extensively about social science methodology. A student of Chicago School sociologist Everett Hughes, he shares the Chicago School-Pragmatist emphasis on egalitarian analyses, empirical study, and understanding the ³definition of the situation² as developed by members of a social group. The titles of his books and articles often indicate aspects of these commitments. "Doing Things Together" (a selection of collected papers, 1986) talks about a range of activities from map-making to jazz playing. "Boys in White" (1961) tells about the socialization and tribulations of medical students. One of his best-known works, "Outsiders: Studies in the Sociology of Deviance" (1963) was pivotal in establishing social theories of deviance that refused to label any community of practice as "sick" or "dysfunctional." Everyone is an outsider somewhere.

The symposium revolves around a short essay on the nature of improvisation in jazz, especially drawing on Becker¹s own experience as a jazz musician in Saturday night pickup bands in Chicago in the 1940s and 50s. Here, as in much of his work, Becker investigates the tensions and affinities between rules and freedom, between membership and outsider status, between credibility and rank. The comments are by Debra Cash (an anthropologist and dance critic), Keith Sawyer (a psychologist studying creativity and improvisation), and Karen Ruhelder (a computer scientist and serious amateur choral conductor) and Fred Stolzfus (a teacher of choral conducting in a prestigious university music department). The conversation comes to replicate aspects of the discussion about improvisation including 'yes, and' and 'no, but' interchanges. The respondents use Becker's jazz improvisation case to extend the range of examples to other cases, improvisational theater and dance, conducting, and everyday conversation.

Susan Leigh Star
Making Music With Cases: Symposium on the Work of Howard S. Becker

Se även:
Första kapiteln från Sorting things out: classification and its consequences (Amazon-länk)
How things (actor-net)work: Classification, magic and the ubiquity of standards
En annan bok: The Cultures of Computing

Följande medförfattaren Geoffrey C. Bowker hittas bland annat Biodiversity Datadiversity (PDF).

R. Keith Sawyer:
Improvisational Cultures: Collaborative Emergence and Creativity in Improvisation
Se vidare:
Improvisation
Emergence
Articles
Abstracts

Debra Cash
Response to Becker's "The Etiquette of Improvisation"
Hittade ingen hemsida, däremot omnämns hon i PeopleFlow: Shared documents and ad hoc workflow (IBM Watson Research Center). En kort bio. Tydligen är hon nu på National Public Radio.

Karen Ruhleder, Fred Stoltzfus
The Etiquette of the Master Class: Improvisation on a Theme by Howard Becker

Avslutningsvis följer ett citat från Howard Beckers essä A New Art Form: Hypertext Fiction:

All art works involve the cooperation of everyone whose activity has anything to do with the end result.
...
All the people who cooperate in making a work of art do that by using mutually understood conventions. All sorts of aspects of art works are governed by conventional understandings as to how they can be done. Some common examples are: musical scales, which are a conventional choice of just a few from all the tones available; the three act play; the sonnet; the history painting; and so on. Such questions as size and shape, length and appropriate subject matters are all decidable by reference to conventional understandings as to how things should be done. Conventional knowledge is what makes it possible for musicians who have never seen each other to play as though they had known each other for years. It is what makes it possible for knowledgeable viewers or listeners to respond to a painting or musical work. Because you know what ought conventionally to happen, you can be surprised by an innovation which would otherwise be meaningless. It meant nothing special to hear Bob Dylan play electric guitar unless you knew that he had always played acoustic guitar. Using conventions makes it easier for people to cooperate and get the work of art done. Changing or ignoring them makes it harder and lessens the possibility of getting others to cooperate.

Becker har skrivit boken Art Worlds (Amazon) som, vad jag förstår, handlar om just detta.

Posted by hakank at 09:02 EM Posted to Komplexitet/emergens

april 13, 2004

The Etiquette of Improvisation

The Etiquette of Improvisation, av Howard S. Becker, innehåller en hel del intressanta tankar om jazzimprovisation som naturligtvis kan överföras till andra områden. Speciellt tankarna om självorganisation är fascinerande.

...
Why did we torture ourselves and each other that way? The etiquette of jam sessions required it. This very strict etiquette told us that the number of choruses the first player played set the standard others should follow. To play more would be rude, pushy, self-aggrandizing; to play less hinted that the first player had gone too far and, worse, that the following players who played less had less to say. (It usually happened that the fist soloist played too many choruses, hoping to get something going even though he had started slowly.)

No one taught us these rules, nor had we read them in an etiquette column in Downbeat. We learned them by quietly observing, as youngsters, what older players did, and noting what happened when someone (usually a novice or some other unsocialized type) failed to obey these rules.
...
A rudimentary sociological theory suggests that etiquette is a way of providing for the systematic, formal expression of recognized and accepted relations of rank. That includes unequal relations, as when children are told not to speak until they are spoken to or when southern blacks were required to get off the sidewalk for whites or poor people were enjoined from wearing clothing that was "beyond their station." It also includes relations of equality: fictitious, as when good party manners require people to pretend that everyone present is of the same social class whether they are or not; or real, as in the obligations of friends to one another. Etiquette is particularly important when people think that everyone involved in some situation ought to be equal but really isn't.
...
The agreement to keep some things fixed and vary others made it possible for a group to sound like it knew, collectively, what it was doing: to not get lost, to have some idea of what might be coming next, to interpret what the others did as hints of a direction the collective effort might take. Equally important, agreement on these matters made it possible for a knowledgeable audience--whose members knew the songs the players used as a ground for improvisation and the limits of current performance practice--to listen to what was played and appreciate it, understand how the players were creating variations within a body of rules and known elements.

Consider what happens when all the participants ignore the past, ignore reputations, ignore everything but the contribution people make to the collective effort. The rule in conventional improvisation is to treat everyone's contribution as equally good. The rule in these situations is to treat everyone's contribution as potentially better than all the others. Whenever anyone does something clearly better, everyone else drops their own ideas and immediately joins in working on that better idea. People do not move gingerly, gradually converging on some sort of amalgam of hints and implications, thus respecting the fiction of equality.

To be able to do that, everyone involved must have much the same idea of what the better looks like, a common criterion for knowing it when it appears. That suggests that they will have shared a past in which those criteria and their application have been worked out and applied in many cases, which in turn suggests their long-term participation in an organized world in which the kind of activity they are improvising is common, probably a professional or quasi-professional world in which ties of occupation bring people together in joint projects.

Becker har skrivit andra intressanta essäer, t.ex.
Italo Calvino as Urbanologist
Children's Conceptions of Money: Concepts and Social Organization
"Foi por Acaso": Conceptualizing Coincidence"

Posted by hakank at 01:02 EM Posted to Komplexitet/emergens

april 06, 2004

Philip Anderson "More is different" funnen

Ibland hittar man saker snabbt. Andra saker tar lång tid att hitta.

En sak som har tagit lång tid att hitta publikt på webben var Science-artikeln "More is different" av Philip Anderson (skriven 1972), som i höstas eftersöktes i Philip Anderson "More is different". Här (PDF) är Andersons artikel. Den var inte riktigt som förväntat, men är en klassiker.

Den hittades under slumpartade former på en av Duncan Watts kurser: Networks and Complexity in Social Systems .

Posted by hakank at 10:05 FM Posted to Komplexitet/emergens | Comments (2)

mars 30, 2004

Steven Strogatz: The physics of crowds

I Nature-artikeln The physics of crowds recenserar Steven Strogatz Philip Ball's bok "Critical Mass: How One Thing Leads to Another", som uppmärksammades för ett tag sedan.

Recensionen avslutas med en jämförelse med Cladwells "The Tipping Point" (som också skrivits om tidigare):

Speaking of which, the title Critical Mass: How One Thing Leads to Another struck me as uncannily (or perhaps intentionally?) close to the title of Malcolm Gladwell's recent bestseller, The Tipping Point: How Little Things Can Make a Big Difference. Both books deal with collective phenomena in society, or what Gladwell calls social epidemics, but the resemblance ends there. Gladwell's book is fluffy and full of entertaining anecdotes, but is often unconvincing. Ball's is substantial, impeccably researched and generally more persuasive. For anyone who would like to learn about the intellectual ferment at the surprising junction of physics and social science, Critical Mass is the place to start.

Uppdatering
För att komma åt artikeln räcker att man gör en kostnadsfri registrering.

Uppdatering 2
Det har inkommit rapporter om problem trots registrering. En annan länk att testa är denna.

Kommer du inte åt artikeln kan du kontaka mig så bör vi kunna lösa det på något sätt.

Posted by hakank at 02:27 EM Posted to Komplexitet/emergens

mars 06, 2004

Myror i rusningstid

I Nature-artikeln Ants avoid traffic jams berättas om myrors lösning på trafikstockningar: knuffa undan andra myror på en annan väg.

When it comes to traffic congestion, ants prefer the no-nonsense approach - they barge others out of the way, forcing them to take an alternative route.
...
[P]roblems can arise when too many ants try to use the route, says Vincent Fourcassié of the Université Paul Sabatier in Toulouse, France. His team found that ants are surprisingly good at avoiding congestion, simply by shoving each other off the main highway and on to back streets.

Det finns praktisk nytta med dessa studier.

Similarly simple rules could be used to manage the flow of data through networks such as telephone systems, says Peter Bentley, a computer scientist at University College London. "Congestion is a big issue," he says. "You have to work out the best route for data."

Many scientists rely on the behaviour of ants or other natural systems to give them clues as to how to design computer systems that avoid overcrowded networks.

Trots detta ska vi vara snälla mot varandra i trafiken.

Papret som refereras är Audrey Dussutouri, Vincent Fourcassié, Dirk Helbing Jean-Lous Deneubourg: Optimal traffic organization in ants under crowded conditions. Tyvärr har ingen publikt tillgänglig källa hittats. Ett kort abstrakt finns här.

Se även t.ex. den tidigare blogganteckningen Simulering av "Vågen", trafikfenomen och Crowd Dynamics

samt följande hemsidor
Vincent Fourcassié (fransk text)
Dirk Helbing
Jean-Lous Deneubourg som är en av medförfattarna till den fascinerande boken Self-Organization in Biological Systems (Amazon-länk).
Peter Bentley, författare bland annat till (den ännu inte lästa) Digital Biology.

Posted by hakank at 12:31 EM Posted to Komplexitet/emergens

mars 03, 2004

Brottslighet och power laws

Naturartikeln Criminals follow laws of statistics (Philip Ball) handlar om forskning kring den statistiska fördelningen av antal brott som begås av en och samma person.

The best way to combat casual crime is not to search for persistent offenders but to deter people from committing their first crime.

So say researchers at the London-based company Volterra Consulting who have studied the statistics of criminal acts. "The single most important thing is to persuade people not to commit a crime in the first place," says Paul Ormerod of the Volterra team.

Angående den något självklara slutsatsen att man stoppar brottslighet (i det långa loppet) om man förhindrar det första brottet står det följande:

It might seem obvious that the way to cut crime is to stop people from doing it. But their recommendations contrast with some common approaches to crime prevention.

The practice of rooting out key individuals in crime networks might be effective in dealing with large-scale organized crime, says Ormerod, but it will probably not affect casual crime of the sort committed by bored or frustrated young men, which is by far the most prevalent type of criminality.

Forskarna trodde att de skulle hitta en normalfördelning i antal brott per person, men hittade i stället power laws, dvs att många personer begår inga eller få brott medan ett fåtal personer begår många brott.

Instead they found that that crime rates fell into a mathematical pattern called a power law, in which large deviations from average behaviour are more common. In both studies, most of the boys committed no crimes at all. In the Pittsburgh study, quite a few boys reported over 1,000 criminal acts during the study period, while the average number was just 90.

Physicists often find power-law statistics in systems with many interacting parts. This suggests that the young boys in the study are not responding randomly and independently to criminal opportunities that come their way. Instead they are probably influencing one another, presumably through strong peer pressure.

Papret som refereras är
William Cook, Paul Ormerod, Ellie Cooper: Scaling Behaviour in the Number of Criminal Acts Committed by Individuals

Abstract:
We find subtle deviations from power law behaviour in the number of crimes committed by individuals, analysing the two main criminology databases which track this behaviour, the Pittsburgh Young Offenders survey and the Cambridge UK Study in Delinquent Development. The description of the data when the number of boys committing or reporting zero crimes are excluded is different from that when they are included. The crucial step in the criminal progress of an individual appears to be committing the first act. Once this is done, the number of criminal acts committed by an individual can take place on all scales.

Se även
Volterra Consulting
Paul Ormerod som bland annat skrivit den trevliga boken Butterfly Economics : A New General Theory of Social and Economic Behavior. Ormerod nämndes f.ö. i Physics of Society som handlar om Philip Balls kommande bok.

Sist i Statistikknarkande: Antal webb-besökare och power law finns referenser till mer information om power laws.

Uppdatering
Sydsvenskan skriver också om detta i Kriminella helt åtskild grupp.

Posted by hakank at 12:57 EM Posted to Komplexitet/emergens | Comments (2)

februari 28, 2004

Musik och komplexitet

Peter Lindberg skriver i Förstår vi melodier på samma sätt? om en avhandling som handlar om hur mycket vi förstår av okänd musik, t.ex. från andra kulturer.

Nedanstående är ett något redigerat utdrag från ett mail till Peter kring programmet.

Vad gäller de där två melodierna som spelades i programmet tycker även jag att den andra låten är att föredra, och det beror mer på att den har ett något mer intressant komp (liten baktakt) än den första. Den kändes dock mer "onaturligt" än den första varianten.

Vår förmåga att förutse fortsättningen av en låt tas ibland som exempel på olika typer av komplexitet i informationsströmmar. "Schlagermusik" (svensktopp, melodifestival etc) kan vara ganska förutsägbar och tråkig (i alla fall för en musiksnobb som mig) medan fri form-jazz är mycket oförutsägbar och kan därför vara ointressant eftersom det finns för lite som är bekant som kan förutsägas.

Intressant/bra musik ska ha tillräckligt med överraskning men inte för mycket. Vad som är förutsägbart/överraskning beror naturligtvis på ens kunskap, bakgrund och intresse.

Detta förklarar varför jag t.ex. tycker att Jaco Pastorius musik är bra, men inte varför jag lyssnar på den så ofta. Vilket innebär att ovanstående teori inte är tillräcklig för att förklara populariteten hos all musik. (I ärlighetens namn måste påpekas att jag även tycker om viss "schlagermusik".)

Det finns samband mellan information, slump, förutsägbarhet/överraskning, komplexitet (även i emergent mening), komprimering samt machine learning som jag försöker att tränga in i.

Häromdagen läste jag om ovan nämnda koppling mellan musik och komplexitet i An Introduction to Kolmogorov Complexity and Its Applications (Amazonlänk). En trevligt och intressant bok men ganska matematik-laddad.

Fotnot:
I anteckningen skriver Peter om Christopher Alexanders experiment med "the quality without a name". Alexander pratar lite om detta i sitt tal på OOPSLA'96 The Origins of Pattern Theory the Future of the Theory, And The Generation of a Living World. Sök på "empirically". (Via Peter, naturligtvis).

Posted by hakank at 10:41 FM Posted to Komplexitet/emergens

februari 22, 2004

Pink Machine

Pink Machine har jag stött på flera gånger det senaste året, oftast via intresseord-sökningar å svenska språket . Det är ett forskningsprojekt hos Institutionen för industriell ekonomi och organisation (INDEK).

Så här beskrivs projektet: [T]he group focuses on questions of feeling and rationality in technology and economy. More to the point, we study alternative rationalities, fun and frivolity, beauty and aesthetics, play and gifts, any of the wide variety of aspects of technology and economy that are routinely ignored by the research community out of fear of not seeming "serious" enough, and that at the same time form an intimate part of both everyday life and the post-industrial production of value...

Här är några papers som verkar intressanta papers, samtliga PDF:er.

Claes Gustafsson: Idiergi - eller funderingar kring livet på gränsen till kaos
Tina Karrbom: Småprat och tysta budskap
Alf Rehn: Den oansenliga handlingen: Kring väntande och tråkighet som företagsekonomiska fenomen
Alf Rehn, David Sköld: Bling-Bling: The economic discourses of hip-hop
Helena Csarmann: Selling Speed

Se även:
Projektets deltagare.
Alf Rehn bloggar på nasty scholar, och är nu (eller blivande) professor på annan ort. Skvaller via Gustav Holmberg som också skrivit om Rehns doktorsavhandling Electronic Potlatch A study concerning new technologies and primitive economic behaviors (PDF).
Artikel om Helena Csarmann.Att designa skrikmaskiner - känslan bakom pengarna

Om vardagligt beteende och rutiner.

Posted by hakank at 10:56 FM Posted to Komplexitet/emergens

februari 15, 2004

Heylighen, Gershenson: The Meaning of Self-organization in Computing

Francis Heylighen och Carlos Gershenson försöker i The Meaning of Self-organization in Computing (PDF) beskriva sin vision hur man ska åtgärda den komplexa (komplicerade) värld som systemutveckling blivit. Se förra blogganteckningen Gershenson och Heylighen om självorganisation för referenser till författarna.

Problemställning är sålunda:

The wave of innovation unleashed by the first user-friendly PCs in the 1980's and the Web in the 1990's seems to have gotten drowned in complexity and confusion. Software developers are scrambling to keep their systems up-to-date with all the new standards, plugins and extensions. While we constantly hear announcements of the most spectacular innovations, few seem to reach maturity. The problem is that developers tend to underestimate the complexity of the task environment: today's information systems depend on so many modules, sources of data, network connections, input and output devices that it has become impossible to predict or control their interactions. The result is software full of bugs, corrupted data, security holes, viruses, and other potentially catastrophic side-effects. Moreover, systems have become so complex that the human mind simply no longer can learn or remember all procedures needed to use them. Add to this constant change in hardware, software, protocols, data, and user expectations, mix well, and you have a recipe for chaos.

De nämner IBM:s autonomic computing som en lösning på problemet, men menar att denna väg inte är tillräckligt radikal. De föreslår en mer radikal vision: självorganisande datorsystem.

Efter en inledande diskussion om principen bakom självorganisation i naturen förklarar de hur de tänker sig:

How can we apply this general vision to information systems? Imagine a variety of components: hardware and software modules, files, websites, interfaces, users... All these components interact by exchanging information. Assume that neighboring components have the capability to mutually adapt: by sending messages back and forth they negotiate until they achieve a common "understanding", in which they both can settle. But coordination does not stop there: it propagates back and forth between all components, until a globally stable order is created. Any change, such as a newly introduced component or local breakdown, will restart the negotiation process with its immediate neigbors. Its effects will ripple further through the neighborhood until this perturbation too is absorbed, and the system is back to equilibrium. Of course, we will need to overcome important hurdles before we can achieve this vision. Most obviously, we must create a universal protocol for interaction that supports unrestricted selforganization.

Sedan nämns exempel på existerande implementationer av sådana system: myralgoritmer, routning av meddelanden i nätverk samt organisation av länkar på webben (som Heylighen har skrivit en del om).

De avslutar på följande sätt:

With some minor variations, we could apply this scheme to the construction of shared ontologies, clustering similar concepts into categories, and linking the categories that are most strongly associated. Object-oriented programming too could profit from this approach, with objects mutually negotiating message passing protocols, and spontaneously assembling into higher level objects. (For example, the latter is supported by the SWARM programming environment). The same goes for ubiquitous computing or intelligent environments: various devices such as fridges, thermostats, or phones connected to a network can learn to mutually coordinate their activities, thus minimizing the burden on the user.

The possibilities seem endless. Is this the future of computing? Only time can tell...

Posted by hakank at 07:43 EM Posted to Komplexitet/emergens

Gershenson och Heylighen om självorganisation

I papret When Can we Call a System Self-organizing? försöker Carlos Gershenson och Francis Heylighen ge nödvändiga villkor när ett system kan sägas vara självorganiserat/-nde. Personligen tilltalas jag av deras approach med dess fokusering på aspekter och observatörer samt deras ontologiska resonemang.

Abstract:
We do not attempt to provide yet another definition of selforganization, but explore the conditions under which we can model a system as self-organizing. These involve the dynamics of entropy, and the purpose, aspects, and description level chosen by an observer. We show how, changing the level or "graining" of description, the same system can appear selforganizing or self-disorganizing. We discuss ontological issues we face when studying self-organizing systems, and analyse when designing and controlling artificial self-organizing systems is useful. We conclude that self-organization is a way of observing systems, not an absolute class of systems.

Här nedan följer lite citat som förklarar de olika nyckelbegreppen. Det finns även något mer matematiska förklaringar, men de har undvikits här nedan. Emfas är i originalet.

Nyckelbegreppet aspect exemplifieras på följande sätt:

The variables defined by the values (A, B), respectively (A', B'), represent two aspects of the same system, where the observer has focussed on different, independent properties. For example, a particle s state includes both its position in space and its momentum or velocity. A subsystem is defined as a physical part of a system, limited to some of its components. Similarly, an aspect system can be defined as a functional part of a system, limited to some of its properties or aspects.

Let us illustrate this with a typical ALife model: swarming behaviour. Groups of agents can be seen as subsystems of the swarm. The positions of all agents define one aspect system, while their velocities define another aspect system. Assume we start with non-moving agents scattered all over the simulated space. The position aspect is characterized by maximum entropy (agents can be anywhere in space), while the velocity aspect has minimum entrop y (all have the same zero velocity). According to typical swarming rules, the agents will start to move with varying speeds towards the centre of the swarm while mutually adjusting their velocities so as not to bump into each other. This means that their states become more concentrated in position space, but more diffuse in velocity space. In other words, entropy decreases for the positions, while increasing for the velocities. Depending on the aspect we consider, the swarm self-organizes or self-disorganizes!

Andra nyckelbegrepp är purpose (function) och observer:

We have to be aware that even in mathematical and physical models of self-organizing systems, it is the observer who ascribes properties, aspects, states, and prob abilities; and therefore entropy or order to the system. But organization is more than low entropy: it is structure that has a function or purpose. Stafford Beer noted a very important issue: what under some circumstances can be seen as organization, under others can be seen as disorder, depending on the purpose of the system. He illustrates this idea with the following example: When ice cream is taken from a freezer, and put at room temperature, we can say that the ice cream disorganizes, since it loses its purpose of having an icy consistency. But from a physical point of view, it becomes more ordered by achieving equilibrium with the room, as it had done with the freezer. Again, the purpose of the system is not an objective property of the system, but something set by an observer.

W. Ross Ashby noted decades ago the importance of the role of the observer in relation to self-organizing systems: "A substantial part of the theory of organization will be concerned with properties that are not intrinsic to the thing but are relational between observer and thing".
...
Self-organization is a way of modelling systems, not a class of systems. This does not mean that there is no self-organization independently of the observer, but rather that self-organization is everywhere.
...
We have said that any dynamical system, if observed properly, can be seen as self-organizing. But if we set a different purpose or description level, then any dynamical system can be self-disorganizing. An economy will not be seen as selforganizing if we look only at a short timescale, or if we look at the scale of only one small business. An ant colony will not be self-organizing if we describe only the global behaviour of the colony (e.g. as an element of an ecosystem), or if we only list the behaviours of individual ants. We have to remember that the description of selforganization is partially, but strongly, dependent on the observer.

Sedan diskuteras de ontologiska problemen i teorier om emergenta fenomen, dvs vad är det som egentligen finns:

We can distinguish two types of being: relative and absolute. The relative (rel-being) is experienced by an observer with a finite cognitive capacity. It therefore depends on her/his context, and is limited. Strictly speaking, every cognizer has a different rel-being of anything, since every cognizer has a different context. Theoretically, we can assume that there exists an absolute being (abs-being), which would be the real thing (Kant s Ding-an-sich), independent of the observer, which observers correlate to their rel-beings. We can observe any abs-being from an infinity of perspectives and describe an infinity of potential properties or aspects. Nevertheless, most rel-beings and contexts are similar, since they are inspired by the same abs-being seen by similar observers from a similar point of view. This enables us to share knowledge, but it is because of the different nuances in the different rel-beings and contexts that we fail to agree in every situation.

Om de kausala sambanden mellan de olika nivåerna i systemet säger man:

What we could say is that when we observe certain conditions in the lower level, we can expect to observe certain properties at a higher level, and vice versa. There is correlation, but not actual causation.

Om det nu är helt fritt att välja nivå att studera ett system, vilka kriterier ska man använda?

This leads us to what is probably the most fundamental problem. If we can describe a system using different levels, aspects, or representations, which is the one we should choose? As Prem suggests, the level should be the one where the prediction of the behaviour of the system is easiest; in other words, where we need least information to make predictions.

De tror (tack och lov) inte att denna självorganiserande princip kan lösa all världens problem.

Independently of the definition of self-organizing systems, if we see them as a perspective for studying systems, we can use this perspective for designing, building, and controlling systems. A key characteristic of an artificial self-organizing system is that structure and function of the system "emerge" from interactions between the elements. The purpose should not be explicitly designed, programmed, or controlled. The components should interact freely with each other and with the environment, mutually adapting so as to reach an intrinsically "preferable" or "fit" configuration (attractor), thus defining the purpose of the system in an emergent way.

Certainly this is not the only approach for designing and controlling systems, and in many cases it is not appropriate. But it can be very useful in complex systems where the observer cannot a priori conceive of all possible configurations, purposes, or problems that the system may be confronted with. Examples of these are organizations (corporations, governments, communities), traffic control, proteomics, distributed robotics, allocation of ecologic resources, self-assembling nanotubes, and complex software systems, such as the semantic web.

Se även:
Carlos Gershenson. Se hans skrifter här , t.ex. hans thesis Artificial Societies of Intelligent Agents.

Francis Heylighen har skrivit en rad publikationer, t.ex. The Science of Self-organization and Adaptivity (PDF).

Heylighen är också redaktör för Principia Cybernetica Project där det finns många intressanta artiklar om självorganisation, cybernetik etc. Några exempel: Self-organization, Electronic Library med flera online böcker, t.ex. Claude Shannons A mathematical theory of communication (PDF), W. Ross Ashby An Introduction to Cybernetics. Det finns mycket intressant att läsa på denna sajt.

Läs också efterföljande blogganteckning om de två författarnas paper The Meaning of Self-organization in Computing (PDF) där beskriver sin vision hur man ska hantera den komplexa (komplicerade) värld som systemutveckling blivit. Se alltså Heylighen, Gershenson: The Meaning of Self-organization in Computing.

Posted by hakank at 07:37 EM Posted to Komplexitet/emergens

februari 09, 2004

Mer om städer som nätverk

I Axess-artikeln Renässans för den traditionella staden skriver man om staden sett i ett nätverksperspektiv:

Kritiken har växt mot det funktionsuppdelade samhället och intresset ökar nu för att rekonstruera den gamla europeiska staden. I stället för att bygga vägar mellan olika områden bör man anlägga ett nät av gator som förbinder grannar.
...
Den nya attityden "varför inte?", som genomsyrade arkitekturen i slutet av 1980-talet, fick modernismens underförstådda "varför" att te sig hopplöst gammalmodigt. Samtidigt blev den cartesianska reduktionismen och den newtonianska matematiken, som var grunden för modernismen, föremål för attacker från den nya matematik, som gjorde det möjligt att analysera komplexa nätverk även i den skala där traditionella städer befinner sig. Den nya matematiken tillhandahåller en teoretisk förståelse av hur mycket komplexa, men ordnade strukturer, baserade på ett mycket begränsat antal enkla "celler" eller element, växer fram. Detta gav förståelse av den fraktala naturen hos den traditionella staden, med dess upprepningar av samma element i en rad skalor och dess komplexa landskap, som består av icke-identisk upprepning av enkla element. Den traditionella staden, som styrs av dessa enkla, men ändå komplexa strukturer, betraktas av matematikern och filosofen Nikos Salingaros som ett djupt "naturligt" fenomen, format av kvasibiologiska processer. I motsats därtill är den storskaliga ordningen hos den modernistiska staden essentiellt icke-levande, präglad av vad Salingaros kallar "dödens geometri".

Detta nummer av Axess (1/2004) har temat "Nya städer blir som gamla". Erik Stattin skrev en notis om det häromdagen.

Se även
Nikos A. Salingaros och dennes Papers on Architecture, Complexity, Patterns, and Urbanism
samt
Städer, agenter, nätverk och emergensteori.

Posted by hakank at 10:18 FM Posted to Komplexitet/emergens

februari 07, 2004

Städer, agenter, nätverk och emergensteori

CASA (Center for Advanced Spatial Analysis) verkar vara ett intressant ställe. För en lista över projektteman se Research at CASA. Några exempel: Agent Based Models, Networks and Cities och The original CASA Pages.

På sidan CASA Working Paper finns flera papers som kan vara värt att studera vidare. En av författarna är Michael Batty som bland annat skrivit boken Fractal Cities (från 1994, och jag har inte läst den). Boken är tydligen slut på förlaget, här är en Amazon-länk till författarens böcker. Se även Books by CASA Staff för fler böcker.

Michael Batty: The Emergence of Cities: Complexity and Urban Dynamics
Abstract:
This paper presents an approach to urban dynamics that generalizes the traditional rank-size model first popularized by Zipf (1949). It argues that we need to define the rate at which new cities emerge and old cities disappear within the apparent macro stability posed by Zipf s Law. We illustrate this with a reworking and extension of Zipf s analysis of the US urban system, taking his analysis from 1790 to 1930 forward to the year 2000. In doing so, we introduce a variety of devices to detect urban change based on traces through the rank-size phase space, trajectories using a rank-time clock, and the definition of urban half-lives. We set this analysis within the wider context of stochastic simulation that is currently dominating discussion of scaling processes such as these.

Michael Batty: Agents, Cells and Cities: New Representational Models for Simulating Multi-Scale Urban Dynamics
Abstract:
New forms of representation at a fine spatial scale, where units of space are conceived as cells and populations as individual agents, are currently changing the way we are able to simulate the evolution of cities and related systems. In this paper, we review progress to date in this field. We show how these new approaches are consistent with traditional urban models that have gone before with the emphasis no longer being on spatial interaction but on the dynamics of development and local movement. We first introduce a generic structure for urban simulation based on ideas about spatial evolution as reaction and diffusion, and then show how problems conceived in terms of cells, or agents, or both enable new implementations of this generic model. We sketch the rudiments of cellular automata (CA) which emphasises rules of development, and agent-based models which focus on how agents respond to attributes of their environment often encoded in cellular landscapes. We develop various exemplars based on residential location to impress the way these approaches work. Three applications are then presented at very different spatial scales: first pedestrian movement at the building scale, then the evolution of systems of cities at a country scale, and finally urban growth at the city scale. In developing these approaches, we show how cellular and agent-based models have the potential for explicitly incorporating spatial interaction and transportation which is their current weakness. We conclude with proposals that formal policy analysis in this domain should always be informed by more than one approach.

Michael Batty: Agent-Based Pedestrian Modelling
Abstract:
When the focus of interest in geographical systems is at the very fine scale, at the level of streets and buildings for example, movement becomes central to simulations of how spatial activities are used and develop. Recent advances in computing power and the acquisition of fine scale digital data now mean that we are able to attempt to understand and predict such phenomena with the focus in spatial modelling changing to dynamic simulations of the individual and collective behaviour of individual decision-making at such scales. In this Chapter, we develop ideas about how such phenomena can be modelled showing first how randomness and geometry are all important to local movement and how ordered spatial structures emerge from such actions. We focus on developing these ideas for pedestrians showing how random walks constrained by geometry but aided by what agents can see, determine how individuals respond to locational patterns. We illustrate these ideas with three types of example: first for local scale street scenes where congestion and flocking is all important, second for coarser scale shopping centres such as malls where economic preference interferes much more with local geometry, and finally for semi-organised street festivals where management and control by police and related authorities is integral to the way crowds move.

Joana Barros, Fabiano Sobreira: City of Slums: self-organisation across scales
Introduction:
The city is certainly a fine example of a complex system, where the parts can only be understood through the whole, and the whole is more than the simple sum of the parts. In the present paper we explore the idea that some of these parts are themselves complex systems and the interrelation between complex subsystems with the overall system is a necessary issue to the understanding of the urban complex system. Spontaneous settlements are clear examples of complex subsystems within a complex urban system. Their morphological characteristics combined with their development process are traditionally understood as chaotic and unorganised. And so are Third World cities, traditionally known for their inherent chaotic and discontinuous spatial patterns and rapid and unorganised development process. The paper consists in a brief theoretical analysis developed on the interrelationship between two urban processes across scales: the local process of formation of inner-city squatter settlements and the global process of urban growth. What is the role that spontaneous settlements play in the global dynamics of the city? We explore this issue by analysing experiments of City-of-slums , an agent-based model that focuses on the process of consolidation of inner-city squatter settlements within a peripherisation process. The paper also includes two previous studies on these topics where the dynamics of these two urban processes are examined as two isolated complex systems and an analysis of the morphological fragmentation of the distribution of spontaneous settlements within the overall city and within the spontaneous settlements themselves. Based on these analyses, we conclude with a brief discussion on the role of self-organisation in the socio-spatial dynamics of Third World cities.

Se även sidan Networks Thinkers där, förutom Michael Batty, andra författare finns listade med dokument om liknande saker, t.ex. Christopher Alexander och Nikos Salingaros.

Posted by hakank at 11:54 FM Posted to Agentbaserad modellering | Komplexitet/emergens

februari 05, 2004

Physics of Society

Via Explikation hittades Guardian Unlimited-artikeln Futurology gets a little more exact som beskriver "physics of society", olika modeller för att förklara samhällsfenomen, bland annat agentbaserade. (Explikation gör även en jämförelse med Asimons psykohistoria, vilken läs.)

Ett utdrag ur artikeln:
In the past few years, physicists have started applying their ideas to the social sciences in an attempt to figure out whether there exists a "physics of society". At the same time, social and political scientists have begun to adopt some of the methods pioneered in physics to understand and predict the behaviour of large groups of people. Unlikely as it might sound, there are signs that aspects of social behaviour follow mathematical laws akin to those obeyed by insensate matter in the physical sciences.
...
Social physics won't solve all of society's problems, but it might provide a more rational basis for making social decisions. It can be hard to predict the effect of particular laws and policies once they are unleashed on a highly interactive population. By using agent-based modelling, and by understanding the analogies that such models often show with behaviour seen in physics, it might become possible to base some of those decisions on more than wishful thinking or dodgy statistics. In other words, it might become easier to anticipate the kinds of society that might result from certain choices. The hardest issue, of course - and here physics can offer no help - is to decide what kind of society we want in the first place.

Artikeln avslutas med en kort presentation av artikelförfattaren Philip Ball där det nämns att denne kommit ut med en ny bok Critical Mass vars underrubrik varierar. I artikeln är den "the Physics of Society", på Amazon står det "How One Thing Leads to Another".

Ett utdrag ur boken finns hos Random House.

Se även Seminar Notes On 'The Physics of Institutions' (PDF) av Philip Ball och Paul Ormerod, som handlar om samma saker som i boken. Bilder saknas tyvärr

Abstract: Philip Ball traces the development of statistical physics, first proposed by James Clerk Maxwell and Ludwig Boltzman and shows how its principles can be used to understand human systems. He shows how rules of interaction between agents can give rise to such phenomena as phase change and self organised criticality and looks at the use of such models for understanding traffic states and the evolution of business organisations, as well as other social science issues such as the effect of social forces on marriage. Paul Ormerod looks at models used to tackle racial segregation, financial markets and crime studies and suggests how powerful insights into the aggregate properties of human organisations can be gained using quite simple agent characterisation and rules of interaction.

Posted by hakank at 10:12 FM Posted to Agentbaserad modellering | Dynamiska system | Komplexitet/emergens

februari 04, 2004

The Selfish Class

The Selfish Class (PDF) skriven av Brian Foote och Joseph Yoder beskriver varför viss kod "överlever" med utgångspunkt i darwinistiska teorier. Titeln alluderar till Richard Dawkins bok The Selfish Gene.

Ett tack till Peter Lindberg för peket till artikeln. Han skrev en notis om den anno 2002.

Abstract:
This paper takes a code’s-eye view of software reuse and evolution. A code-level artifact must be able to attract programmers in order to survive and flourish. The paper addresses the question of what an object might do to encourage programmers to (re-)use it, as opposed to using some other object, or building new ones. THE SELFISH CLASS pattern shows how focusing on code, rather than systems, processes, or personnel, can lead to fresh insights into software evolution and the forces that drive it.

The remaining patterns focus on more specific problems that evolving artifacts might confront. A software artifact that WORKS OUT OF THE BOX provides enough defaults to get the user up and running without needing to know anything about the artifact. An artifact that presents a LOW SURFACE-TO-VOLUME RATIO exposes its services via a relatively compact external interface, while encapsulating significant internal complexity. GENTLE LEARNING CURVE observes that artifacts that don’t pose an undue learning burden on beginners can win users, while revealing additional complexity later. PROGRAMMING-BY-DIFFERENCE shows how code can adapt without mutating. FIRST ONE’S FREE suggests that giving your code away will help to make it popular. WINNING TEAM suggests that you can ride the coattails of a winning system to victory.

Den undersökning som skrevs om i Undersökning av Java-system för agentbaserad modellering skulle kunna ses som ett exempel på analys för att utröna överlevnadsvärdet hos de studerade systemen.

Posted by hakank at 08:43 EM Posted to Komplexitet/emergens | Systemutveckling

februari 02, 2004

Complexity Digest

Via senaste Complexity Digest

K. Smith, H. Brighton, S. Kirby
Complex Systems In Language Evolution: The Cultural Emergence.
Abstract:
Language arises from the interaction of three complex adaptive systems - biological evolution, learning, and culture. We focus here on cultural evolution, and present an Iterated Learning Model of the emergence of compositionality, a fundamental structural property of language. Our main result is to show that the poverty of the stimulus available to language learners leads to a pressure for linguistic structure. When there is a bottleneck on cultural transmission, only a language which is generalizable from sparse input data is stable. Language itself evolves on a cultural time-scale, and compositionality is language's adaptation to stimulus poverty.

Stefano Battiston, Gérard Weisbuch, Bonabeau
Decision Spread In The Corporate Board Network (PDF)
Abstract:
Boards of large corporations sharing some of their directors are connected in complex networks. Boards are responsible for corporations long-term strategy and are often involved in decisions about a common topic related to the belief in economical growth or recession.

We are interested in understanding under which conditions a large majority of boards making a same decision can emerge in the network. We present a model where board directors are engaged in a decision making dynamics based on herd behavior . Boards influence each other through shared directors.

We find that imitation of colleagues and opinion bias due to the interlock do not trigger an avalanche of identical decisions over the board network, whereas the information about interlocked boards decisions does. There is no need to invoke global public information, nor external driving forces.

This model provides a simple endogenous mechanism to explain the fact that boards of the largest corporations of a country can, in the span of a few months, take the same decisions about general topics.

Marcel Albers, Catholijn M. Jonker, Mehrzad Karami, Jan Treur
Agent Models And Different User Ontologies For An Electronic Market Place (PDF)
Abstract:
In this paper the agent-based electronic market architecture GEMS is described. The market incoporates different user perspectives: consumers, retailers, and producers. Ontologies for the different user perspectives are included. Knowledge is included to relate information from the different perspectives; for example evaluation knowledge that can be used to derive product evaluations in terms of user ontology from product information based on producer ontology. Agent models are used as a high-level design structure for the architecture. It is shown how this combination of agent models, ontologies and knowledge provides an adequate approach to the distributed and knowledge-intensive character of the application.

Bruce Bower
Sleeper Effects: Slumber may fortify memory, stir insight
There's nothing like a good night's sleep to get some serious thinking done. That, at least, is the theme of two new investigations, one conducted with rodents and the other with people.

Valdis Krebs
Divided We Stand... Still:
Last year I created a network map of political books based on purchase patterns from major web book retailers. The network revealed a divided populace... at least amongst book readers. I was curious to see what, if anything, had changed in the patterns in 2004.
...
It appears that the many of the books have changed from last year but the pattern is the same. Two distinct clusters, with dense internal ties have emerged. These political books are preaching to the converted! T

Posted by hakank at 06:56 EM Posted to Agentbaserad modellering | Komplexitet/emergens | Social Network Analysis/Complex Networks

januari 30, 2004

User-Centric Distributed Social Software

Eric Gradman: User-Centric Distributed Social Software är ett alternativ till de "centralistiska" lösningarna av social mjukvara.

For many years email and usenet news constituted the majority of the Internet's use as a tool to facilitate communication among individuals. The last five years have given rise to a number of novel applications in this domain---which has come to be known as "social software." Notable among these are instant messaging systems, weblogs, and services like Friendster and Tribe which exploit the concept of "six-degrees of separation."

These services generally employ centralized client-server architectures. These architectures are failing to adequately scale with the growing user-base. These services do not rely on open protocols; the user-base is fragmented among competing service providers. Users use numerous service providers to get the features they want, but have no easy way to maintain the consistency of their information on each.

This paper summarizes the ever changing state-of-the-art in social software, and presents an alternative to this "service-centric" view of social software. The novel user-centric distributed social software model outlined in this paper overcomes many of the limitations of the current model by drawing from ideas from the Semantic Web.

Posted by hakank at 12:08 EM Posted to Komplexitet/emergens | Social Network Analysis/Complex Networks

Ingenjörer bör studera komplexa system

Nature-artikeln Engineering complex systems (registrering krävs) är en uppmaning att även ingenjörskonsten bör ägna sig åt studier av komplexa system.

Complex systems can be identified by what they do (display organization without a central organizing authority — emergence), and also by how they may or may not be analysed (as decomposing the system and analysing sub-parts do not necessarily give a clue as to the behaviour of the whole). Systems that fall within the scope of complex systems include metabolic pathways, ecosystems, the web, the US power grid and the propagation of HIV infections.
...
Despite significant recent advances in our understanding of complex systems, the field is still in flux, and there is still is a lack of consensus as to where the centre is — for some, it is exclusively cellular automata; for others it is networks. However, the landscape is bubbling with activity, and now is the time to get involved. Engineering should be at the centre of these developments, and contribute to the development of new theory and tools.

Se även Julio M. Ottino (artikelförfattaren) och dennes forskningsgrupp Complex Systems and Nonlinear Dynamics in Fluids and Granular Materials

Tack Erik för pekningen.

Posted by hakank at 11:53 FM Posted to Komplexitet/emergens

januari 21, 2004

Senaste Complexity Digest

Veckans Complexity Digest innehåller bland annat länkar till nedanstående:

Debashish Chowdhury, Katsuhiro Nishinari, Andreas Schadschneider: Self-organized patterns and traffic flow in colonies of organisms: from bacteria and social insects to vertebrates
Abstract:
Flocks of birds and schools of fish are familiar examples of spatial patterns formed by living organisms. In contrast to the patterns on the skins of, say, zebra and giraffe, the patterns of our interest are {\it transient} although different patterns change over different time scales. The aesthetic beauty of these patterns have attracted the attentions of poets and philosophers for centuries. Scientists from various disciplines, however, are in search of common underlying principles that give rise to the transient patterns in colonies of organisms. Such patterns are observed not only in colonies of organisms as simple as single-cell bacteria, as interesting as social insects like ants and termites as well as in colonies of vertebrates as complex as birds and fish but also in human societies. In recent years, particularly over the last one decade, physicists have utilized the conceptual framework as well as the methodological toolbox of statistical mechanics to unravel the mystery of these patterns. In this article we present an overview emphasizing the common trends that rely on theoretical modelling of these systems using the so-called agent-based Lagrangian approach.

NewScientist.com: Puzzled monkeys reveal key language step:
The key cognitive step that allowed humans to become the only animals using language may have been identified, scientists say.

A new study on monkeys found that while they are able to understand basic rules about word patterns, they are not able to follow more complex rules that underpin the crucial next stage of language structure.

NewScientist.com: Disgust is good for you, shows study
The purpose of disgust has been quantitatively demonstrated for the first time - it is an evolved response that protects people from disease or harm.

Posted by hakank at 06:36 EM Posted to Komplexitet/emergens

E. Almaas, A.-L. Barabasi: Power laws in biological networks

E. Almaas, A.-L. Barabasi: Power laws in biological networks

Abstract:
The rapidly developing theory of complex networks indicates that real networks are not random, but have a highly robust large-scale architecture, governed by strict organizational principles. Here, we focus on the properties of biological networks, discussing their scale-free and hierarchical features. We illustrate the major network characteristics using examples from the metabolic network of the bacterium Escherichia coli. We also discuss the principles of network utilization, acknowledging that the interactions in a real network have unequal strengths. We study the interplay between topology and reaction fluxes provided by flux-balance analysis. We find that the cellular utilization of the metabolic network is both globally and locally highly inhomogeneous, dominated by "hot-spots", representing connected high-flux pathways.

Posted by hakank at 09:56 FM Posted to Komplexitet/emergens

januari 18, 2004

Mapping weblog communities

Juan-J. Merelo-Guervos, Beatriz Prieto, Fatima Rateb, Fernando Tricas: Mapping weblog communities.

Abstract:
Websites of a particular class form increasingly complex networks, and new tools are needed to map and understand them. A way of visualizing this complex network is by mapping it. A map highlights which members of the community have similar interests, and reveals the underlying social network. In this paper, we will map a network of websites using Kohonen's self-organizing map (SOM), a neural-net like method generally used for clustering and visualization of complex data sets. The set of websites considered has been the Blogalia weblog hosting site (based at this http URL), a thriving community of around 200 members, created in January 2002. In this paper we show how SOM discovers interesting community features, its relation with other community-discovering algorithms, and the way it highlights the set of communities formed over the network.

Se Blogalia samt BloJJ - Adventures of a multidimensional freak.

Posted by hakank at 08:31 FM Posted to Komplexitet/emergens

januari 07, 2004

Musik och komplexitet

Techno hits basic beat (Nature):

An obscure form of music known as Javanese Gamelan has won the top prize for musical complexity, according to a novel kind of musical analysis.
...
The method produces a number, denoted alpha that quantifies the complexity of patterns in a signal - in this case, the volume of music. A low alpha (less than 1) indicates relatively non-complex music, whereas more complex musical signals have a value of alpha equal to 1. When alpha is much higher than 1, the patterns are so complex that it sounds more like noise than music.

Gamelan has average values of alpha closest to 1, as does what the researchers characterize as 'new age music'. The averages for Western classical and Hindustani music are slightly higher.

Curiously, jazz and rock and roll have virtually identical average alpha values of about 0.9, challenging the notion that the latter is in some ways a debased, simplified version of the former. But then, in music, rhythm isn't everything.

Heather D. Jennings, Plamen Ch. Ivanov, A. M. Martins, P. C. da Silva, G. M. Viswanathan: Variance fluctuations in nonstationary time series: a comparative study of music genres.

Abstract
An important problem in physics concerns the analysis of audio time series generated by transduced acoustic phenomena. Here, we develop a new method to quantify the scaling properties of the local variance of nonstationary time series. We apply this technique to analyze audio signals obtained from selected genres of music. We find quantitative differences in the correlation properties of high art music, popular music, and dance music. We discuss the relevance of these objective findings in relation to the subjective experience of music.

Posted by hakank at 10:07 FM Posted to Komplexitet/emergens

januari 02, 2004

Två Nature-artiklar

Secrets of stone skimming revealed:

Want to skim the perfect stone? A team of French researchers have worked out how, using their very own stone-skipping machine.
...
To achieve the maximum number of rebounds, the angle between a spinning stone and the water should be about 20 degrees1, advises [Christophe] Clanet: "This is the magic angle."

Se även
The physics of stone skipping (PDF) av Lydéric Bocquet.
Kasta smörgås (tyvärr är den refererade Discoverartikeln inte tillgänglig längre).

Songbird duets resonate to beat

The synchronized rhythms of South American ovenbirds may be driven by simple physics, say researchers, rather than deep-rooted musical talent.
...
The male's song 'drives' the pattern of the female song, the researchers think, rather like a pendulum that is set swinging by vibration of the beam from which it hangs. But the songs differ from a simple pendulum, or linear oscillator, that swings with a single, steady rhythm.
...
In theory, a typical sequence might go from perfectly synchronised notes of 1:1 to 2:3, 1:2, 2:5, 1:3, and so on all the way to 1:5. This is just what seems to happen in the real duets as the male speeds up his song.

Se även Deconstructing Birdsong

Posted by hakank at 10:48 FM Posted to Komplexitet/emergens

december 21, 2003

Scale-free sonata

a short description of the influence of scale-free networks in the 1 sonata, for piano (PDF) av Michael Edward Edgerton.

Se även Study of Self-Organized Networks at Notre Dame, dvs Barabasi & Co. Guide to our network papers innehåller ett diagram över de olika papers som gruppen har producerat.

(Via Complexity Digest. Notera att veckans nummer i skrivande stund inte är upplagt. Den brukar komma upp på måndagar.)

Posted by hakank at 06:43 EM Posted to Komplexitet/emergens

december 15, 2003

Senaste Complexity Digest

Lite från veckans Complexity Digest. Dokumenten är officiellt tillgängliga, dock inte nödvändigtvis de som Complexity Digest länkar till.

P. Laureti, P. Ruch, J. Wakeling, Y.-C. Zhang:
The Interactive Minority Game: A Web-Based Investigation Of Human Market Interactions.

Abstract:
The unprecedented access offered by the World Wide Web brings with it the potential to gather huge amounts of data on human activities. Here we exploit this by using a toy model of financial markets, the Minority Game (MG), to investigate human speculative trading behaviour and information capacity. Hundreds of individuals have played a total of tens of thousands of game turns against computer-controlled agents in the Web-based 'Interactive Minority Game'. The analytical understanding of the MG permits fine-tuning of the market situations encountered, allowing for investigation of human behaviour in a variety of controlled environments. In particular, our results indicate a transition in players' decision-making, as the markets become more difficult, between deductive behaviour making use of short-term trends in the market, and highly repetitive behaviour that ignores entirely the market history, yet outperforms random decision-making.

Keywords: Decision theory and game theory; Economics and financial markets; Information theory

Automated analysis of bee behavior may yield better robots
A new computer vision system for automated analysis of animal movement - honey bee activities, in particular - is expected to accelerate animal behavior research, which also has implications for biologically inspired design of robots and computers.

Purdue's self-assembled 'nanorings' could boost computer memory
Recent nanotechnology research at Purdue University could pave the way toward faster computer memories and higher density magnetic data storage, all with an affordable price tag.

Se även Webcast Announcements.

Posted by hakank at 06:10 EM Posted to Komplexitet/emergens

november 13, 2003

Fotbollsresultat påverkar börsen

Nature-artikeln Football results kick share prices beskriver om en koppling mellan fotbollsresultat och börshandeln. Tilläggas ska väl att det är i Storbritannien undersökningen gjorts.

The ups and downs of the UK stock market mirror the triumphs and disasters of the England football team, economists have found.
...
Significant increases in share prices followed good results. Defeats usually preceded drops. Draws came somewhere in the middle. Random changes are the norm.

Några möjliga förklaringar:
Some of the effect may come through a direct influence on spending, says Gerrard. A nation's continued presence in a tournament leads to more money being spent in that country on drink, eating out, football memorabilia, tickets for domestic matches and so on. Elimination brings this spree to an end.
...
A good result also affects traders' moods.

Posted by hakank at 07:09 EM Posted to Komplexitet/emergens

november 09, 2003

Stuart Kauffman i Edge

I Edge-artikeln The Adjacent Possible beskriver Stuart Kauffman, en av de mest kända emergens-/komplexitetsteoretikerna, sin forskning.

Det finns även en längre intervju med honom i en Scientific American-artikel från 2000.

Posted by hakank at 07:44 EM Posted to Komplexitet/emergens

oktober 27, 2003

Dynnet newsletter

Dynnet är ett nyhetsbrev (yahoo-group) som kommer en gång i veckan (måndagar).

Programförklaring:
The aim of this group is to exchange ideas, papers and news about the modelling of the evolution and the dynamics of networks (social, Web and so on)

Det senaste numret pekar (också) på flera skoj papers.

Exploring Complex Graphs by Random Walks, Bosiljka Tadic

Theory of Aces: Fame by chance or merit?, M.V. Simkin, V.P. Roychowdhury

Determination of the Topology of a Directed Network, Darin Goldstein

Endogenous Versus Exogenous Shocks in Complex Networks: an Empirical Test, D. Sornette, T. Gilbert, A. Helmstetter, Y. Ageon

Complexity and hierarchical game of life, Ivan Gotz, Isaak Rubinstein, Eugene Tsvetkov, Boris Zaltzman

Random walks on hierarchical scale-free networks, Jae Dong Noh, Heiko Rieger

Spatial Small Worlds: New Geographic Patterns for an Information Economy, Sean P. Gorman, Rajendra Kulkarni.

Posted by hakank at 01:54 EM Posted to Komplexitet/emergens

Intressanta papers från senaste Complexity Digest

Den senaste Complexity Digest pekar till flera intressanta (allmänt tillgängliga) papers/artiklar:

Pattern Excitation-Based Processing: The Music of The Brain av Lev Koyrakh
Hierarchical Organization In Complex Networks av Erzsebet Ravasz, Albert-Laszlo Barabasi
How to search a social network av Lada A. Adamic, Eytan Adar
Analysis of Norms Game in networked societies av Pawel Sobkowicz
2003 World Rock Paper Scissors Championship
Complex Systems In Biomedicine (PDF) av S. Wuchty, E. Ravasz & A.-L. Barabási
Self-organized Model for Modular Complex Networks : Division and Independence av D.-H. Kim, G. J. Rodgers, B. Kahng, D. Kim
Scale-Free And Hierarchical Structures In Complex Networks (PDF) av A.-L. Barabási, Z. Dezs, E. Ravasz, S.-H. Yook & Z. Oltvai

Posted by hakank at 01:12 EM Posted to Komplexitet/emergens | Social Network Analysis/Complex Networks

oktober 26, 2003

Simulering av sand

Sand är ett intressant fenomen. Bland annat har sandens beteende, framförallt ras i sandhögar, används för att förklara emergent beteende s.k. power laws. Se t.ex. History found in a grain of sand eller Narrative Physics (om Per Bak), samt min anteckning för ett tag sedan som beskriver annan sandforskning Hur mycket väger pengar? - Nu även med lite granularitetsforskning.

På Sand page finns ett antal olika simuleringar (Java applets) av hur sand beter sig i olika situationer, dock inte direkt kopplat till emergent beteende. Fascinerande.

Samma person har även skapat andra applets, t.ex. spel och simuleringar.

Posted by hakank at 01:44 EM Posted to Komplexitet/emergens

oktober 20, 2003

Recension: Michael Crichton 'Prey'

För ett antal veckor sedan läste jag klart Michael Crichtons Prey. Av lite olika anledningar har det tagit ett tag innan denna recension skrivits.

Min tidigare erfarenhet av Crichton är blandad. Jag blev besviken på Jurassic Park eftersom det mest var jakt och suspense, vilket jag inte tycker är så skoj. Det lilla som handlar om kaosteorin var heller inte så upplyftande. I och för sig är boken rätt välskriven för genren (om man nu tycker om sådant). Andra böcker som jag läste för en massa år sedan, såsom Andromeda Strain och The Terminal Man ingav mig ungefär samma känsla

Så det var med rätt låga förväntningar jag började läsa Prey. Fast kanske ändå inte, eftersom anledningen till att jag började med boken var att boken har fyra sidor litteraturreferenser i ämnena nanoteknologi och agent-baserad modellering/swarm intelligens, varav det sistnämnda är mycket spännande. (Se nedan för lite blogganteckningar om detta.)

Min fråga när jag började läsa var då: Vad kan han skriva om svärmintelligens, månne? Eftersom Crichton är en teknikkritisk nisse (vilket jag uppskattar mycket) antog jag att det skulle bli elände och biljakter, hur han nu skulle få ihop detta.

Tack och lov visade det sig Prey vara en riktigt sidvändare! Vad var det då i boken som gjorde detta möjligt?

Främst var det två skäl. Först: Till skillnad från t.ex. Jurassic Park är den mycket mer personligt skriven. Den är skriven i jag-form och Crichton ger mer karaktärsdrag hos huvudpersonerna; kanske inte så mycket, men tillräckligt för att det ska bli intressant.

Det andra skälet är att han skriver mycket om agentbaserad modellering/svärmintelligens. Boken skulle faktiskt kunna vara en introduktion till detta ämne; man kan se den som en väldigt lång populärvetenskaplig tidningsartikel om agentbaserad modellering (och nanoteknologi), interfolierad med lite action.

De förklaringar Crichton skriver om de ämnen jag känner till, är ungefär lika bra som andra populariseringar jag läst. Visst förenklar och överdriver han en del, men det är inget som jag stördes av i alla fall. Man kan i och för sig fråga sig hur rimligt det är att en person som är mitt inne en kritisk situation börjar skriva ett par sidor om teoron eller tekniken bakom problemet. Det störde mig dock inte speciellt mycket.

Nå, hur var actionscenerna då? De var faktiskt inte alls så dumma, och föredömligt få. Naturligtvis är det den senare delen av boken som har dessa scener. Med Yuen Woo-Ping som actioninstruktör skulle det kunna bli en underbar film. (Yuen Woo-Ping är kampscensregissören till bland annat "Crouching Tiger, Hidden Dragon", "Matrix", "Tai Chi Master" etc. F.ö. är han kampsceninstruktör till cirka 7 av mina 10 favorit-kungfu-filmer, de tre nämnda inkluderade.) Det krävs möjligen lite kreativ rewriting, som att alla huvudpersoner är Kung-Fu-mästare, men det vore ett billigt pris att betala.

Ett slutomdöme
Boken finns numera på listan över böcker jag tänker läsa om nästa år, om inte
tidigare. För mig är det ett mycket högt betyg.

På denna reading list finns Prey med tillsammans med en massa av mina övriga favoritböcker i detta och näraliggande ämnen.

• Six Degrees - The Science of a Connected Age (Duncan Watts)
  
• Emergence (Stephen Johnson)
  
• Turtles, Termites and Traffic Jams (Mithcel Resnick)
  
• The Tipping Point (Malcolm Gladwell)
  
• Linked The New Science of Networks (Barabasi)
  
• Growing Artificial Societies (Epstein and Axtell)
  
• Micromotives and Macrobehaviors (Thomas Schelling)
  
• Fragile Dominion (Simon Levin)
  
• Prey (Michael Crichton)
  
• A New Kind of Science (Stephen Wolfram):
  
  
  
  • Chapter 8 -- Implications For Everyday Systems -- pgs. 363-432
    
  • The Growth of Crystals, p. 369-373
    
  • The Breaking of Materials, p. 374-375
    
  • Fluid Flow, p. 376-382
    
  • Fundamental Issues in Biology, p. 383-399
    
  • Growth of Plants and Animals, p. 400-422
    
  • Biological Pigmentation Patterns, p. 422-428
    
  • Financial Systems, p. 429-432
    
  • Chapter 9 -- Fundamental Physics -- pgs. 433-545
    
  
  

Förutom "Fragile Dominion" har jag samtliga böcker, fast Wolframs ANKOS har jag ännu inte börjat läsa ordentligt.

Information om workshopen som har denna trevliga litteraturlista finns på New Mexico Adventures in Modeling 2003-2004 Workshop. De använder ett av de system jag själv gärna använder, nämligen StarLogo.

Vidare läsning
Om ovanstående, inklusive böckerna i listan ovan, har jag skrivit ungefär här:

• Growing Artificial Societies - recension
  
• Sammansvärmning och svärmintelligens
  
• Agent-baserad modellering - simuleringar av emergenta fenomen
  
• Recension av Mitchell Waldrop: Complexity
  
• Social Network Analysis och Complex Networks - En liten introduktion
  
• Data mining, machine learning och emergens (sista stycket).
  

Uppdatering
Marcus på Commemoro skickade precis en TrackBack med sin recension av Prey.

Marcus borde fått en cred eftersom det var hans recension som gjorde att jag beslöt mig för att skriva min. Det får han därför nu: Cred till Marcus!

Posted by hakank at 12:44 EM Posted to Agentbaserad modellering | Artificiell intelligens | Böcker | Komplexitet/emergens | Comments (1)

oktober 07, 2003

Självorganisation och data mining/data analys, samt stigmergy

Här är två intressanta artiklar som kombinerar självorganisation och data mining. Jag har ännu bara bläddrat igenom dem. Sist finns lite länkar om stigmergi (stigmergy).

Båda artiklarna är skriva av Vitorino Ramos och Ajith Abraham.

Web Usage Mining Using Artificial Ant Colony Clustering and Genetic Programming.

Paper.

Abstract
The rapid e-commerce growth has made both business community and customers face a new situation. Due to intense competition on one hand and the customer's option to choose from several alternatives business community has realized the necessity of intelligent marketing strategies and relationship management. Web usage mining attempts to discover useful knowledge from the secondary data obtained from the interactions of the users with the Web. Web usage mining has become very critical for effective Web site management, creating adaptive Web sites, business and support services, personalization, network traffic flow analysis and so on. The study of ant colonies behavior and their self-organizing capabilities is of interest to knowledge retrieval/management and decision support systems sciences, because it provides models of distributed adaptive organization, which are useful to solve difficult optimization, classification, and distributed control problems, among others. In this paper, we propose an ant clustering algorithm to discover Web usage patterns (data clusters) and a linear genetic programming approach to analyze the visitor trends. Empirical results clearly shows that ant colony clustering performs well when compared to a self-organizing map (for clustering Web usage patterns) even though the performance accuracy is not that efficient when comparared to evolutionary-fuzzy clustering (i-miner) approach.

KEYWORDS: Web Usage Mining, Ant Systems, Stigmergy, Data-Mining, Linear Genetic Programming.

Swarms on Continuous Data

Paper

Abstract
While being it extremely important, many Exploratory Data Analysis (EDA) systems have the inhability to perform classification and visualization in a continuous basis or to self-organize new data-items into the older ones (evenmore into new labels if necessary), which can be crucial in KDD - Knowledge Discovery, Retrieval and Data Mining Systems (interactive and online forms of Web Applications are just one example). This disadvantge is also present in more recent approaches using Self-Organizing Maps. On the present work, and exploiting past sucesses in recently proposed Stigmergic Ant Systems a robust online classifier is presented, which produces class decisions on a continuous stream data, allowing for continuous mappings. Results show that increasingly better results are achieved, as demonstraded by other authors in different areas.

KEYWORDS: Ant Systems, Stigmergy, Data-Mining, Exploratory Data Analysis, Image Retrieval, Continuous Classification.

En liten aside
Stigmergi är ett intressant begrepp.

På sidan 23 i Self-Organization in Biological Systems (Amazon-länk) står det:

In situations where many individuals contribute to a collective effort, such a colony of termites building a nest, stimuli provided by the emerging structure itself can be a rich source of information for the individual.
...
In other words, information from the local environment and work-in-progress can guide further activity. As a structure such a termite mound develops, the state of the building continually provide new information for the builders.

In the study of social insects, the term stigmergy (...) has been used
to describe such recursive building activity.

Begreppet stigmergy skapades av P-P Grassé. I boken är det dock endast franska artiklar som refereras.

Man kan läsa mer t.ex. på följande sidor:
Stigmergy and the World-Wide Web
www.stigmergicsystems.com
Stigmergy, Self-Organization, and Sorting in Collective Robotics (PDF)
Swarm Intelligence - varför myror är intressanta av Robert Johansson och Mia Living.

Se även Forskning och Framsteg: Temanummer om självorganisation och dess referenser.

Posted by hakank at 11:15 EM Posted to Komplexitet/emergens | Machine learning/data mining

september 27, 2003

Segregeringseffekter inom yrken

Råkade höra P1:s Människor och tro fredag kväll (26 september) där det bland annat diskuteras om kvinnliga präster och dess motståndare. Djuplänk till programmet finns här, det bytas dock varje vecka.

Cirka 11.40 minuter in i programmet säger Helene Egnell, forskare och präst i Stockholms stift, att forskning har visat att "när kvinnorna blivit 30% inom ett område upplevs det som om de tagit över". Prästyrket slutar då att vara ett "manligt yrke" och blir ett "kvinnligt yrke", och får därmed lägre status. Något senare pratas även om att samma fenomen verkar finnas inom politiken.

Detta verkar vara ett exempel på den modell för segregering som Thomas Schelling utvecklat och det är därför jag blev intresserad just nu. Se t.ex. mina anteckningar Matematiska och statistiska "självklarheter" samt avsnittet "Agentbaserat" i Länkdump efter restaurangbesök.

Tidigare har jag hört/läst om de uppgifter som nämdes i programmet, men blev nyfiken på exakt vilken forskning som Egnell refererar till. Tyvärr hittade jag inte något relevant paper. Någon?

Dock hittades ett intressant citat från Jämställdhet är ett farligt ord i medierna. Jag lyckades inte hitta någon författare, men en lite omarbetad version finns som ett debattinlägg där Anne Jalakas står som författare. (Se under rubriken "Jämställdhet ger kalla kårar".)
...
Det verkar finnas en 20-80-regel som är i det närmaste helig. Någon gång kan den nog överskridas, men när andelen kvinnor närmar sig 30 procent börjar det bli farligt. Det brukar visa sig genom att avdelningar läggs ned och redaktioner struktureras om. Inte sällan med motiveringar som nysatsning eller förnyelsebehov.
30-procentsgränsen har nu inget särskilt med kvinnor att göra utan är den nivå då de som har makt börjar reagera. Det kan vara vita amerikaner i ett område där svarta flyttar in eller pojkar i ett svenskt klassrum där taltiden plötsligt börjar fördelas mer jämlikt.
När den underordnade gruppen utgör 30 procent börjar det kännas som om de tagit över. Och då höjs ropen på återställare.

I citatet ovan nämns 20-80 (eller 80-20 regeln) som är "Paretos lag/princip", dvs att 20 procent av en population utgör/har/äger 80 procent av någonting, t.ex. 20% av mänskligheten äger 80% av tillgångarna, i programutveckling sägs 80% av buggarna finnas i 20% av koden, 80% av ett företags omsättning kommer från 20% av produkterna etc. Förhållandet kan även vara 90-10.

Jag förutsätter att det inte är endast till denna allmänna Pareto-princip (med värdena 30-70) som Egnell och Jalakas hänvisar till med de 30 "magiska" procenten, utan någon annan, mer specifik forskning om jämställdhet inom yrken.

Pareto-principen är dock väldigt intressant i sig, så här är lite länkar:

• Paretos Princip: 80% av resultatet kan nås med 20% av insatsen
  
• 80/20-regeln - en äkta klassiker
  
• Zipf, Power-laws, and Pareto - a ranking tutorial
  

Aside
Andra intressanta "lagar" finns här, mestadels från Computer Sweden-artiklar.

Posted by hakank at 12:04 FM Posted to Dynamiska system | Komplexitet/emergens

september 24, 2003

Doyne Farmer om börsen

I Nature-artikeln Stock market traders show signs of zero intelligence berättas om börs-forskning gjord av Doyne Farmer och andra från Santa Fe Institute.

Market traders are not mindless. But if they were we might not notice the difference, claim J. Doyne Farmer, of the Santa Fe Institute in New Mexico, and co-workers.
...
Traders, it suggests, are rather like ants swarming chaotically through the guts of a great clock, barely affecting its ability to tick.

Papret som refereras är The Predictive Power of Zero Intelligence in Financial Markets av J. Doyne Farmer, Paolo Patelli, Ilija I. Zovko.

Abstract:
Standard models in economics are based on intelligent agents that maximize utility. However, there may be situations where constraints imposed by market institutions are more important than intelligent agent behavior. We use data from the London Stock Exchange to test a simple model in which zero intelligence agents place orders to trade at random. The model treats the statistical mechanics of the interaction of order placement, price formation, and the accumulation of stored supply and demand, and makes predictions that can be stated as simple expressions in terms of measurable quantities such as order arrival rates. The agreement between model and theory is excellent, explaining 96% of the variance of the bid-ask spread across stocks and 76% of the price diffusion rate. We also study the market impact function, describing the response of prices to orders. The nondimensional coordinates dictated by the model collapse data from different stocks onto a single curve, suggesting a corresponding understanding of supply and demand. Thus, it appears that the price formation mechanism strongly constrains the statistical properties of the market, playing a more important role than the strategic behavior of agents.

Posted by hakank at 11:16 EM Posted to Agentbaserad modellering | Komplexitet/emergens

september 10, 2003

Recension av Mitchell Waldrop: Complexity

Detta är en liten recension av Mitchell Waldrop: Complexity: The Emerging Science at the Edge of Order and Chaos.

En av anledningarna till att jag började läsa böcker inom komplexitetsteori (emergensteori, självorganiserande system etc) är att jag har velat få en historisk bakgrund till forskningen kring komplexa nätverk. De böcker jag läst i detta ämne har berättat väldigt lite om det som föranledde forskningen, t.ex. det man forskade kring på Santa Fe Institute där Duncan Watts och Steven Strogatz var när Watts skapade sin inspirationgivande teori om komplexa nätverk.

När jag läste Johnsons Emergence: The Connected Lives of Ants, Brains, Cities, and Software blev jag lite besviken eftersom jag inte hittade så många direkta sådana kopplingar; boken är definitivt intressant att läsa av andra skäl, om inte annat för att den är rätt mycket nyare än Waldrops bok.

Waldrops berättar historien om just Santa Fe Institute, från historien bakom grundandet av institutet fram till någon gång 1992 då bokens gavs ut. Det beskrivs lättsamt hur många av nyckelpersonerna kom till institutet, var de gjorde innan och vad de gjorde under Santa Fe-tiden. Tyvärr slutar boken 1992, men det är ju inget att skälla på boken för. Han har kritiserats för att i princip enbart beskriva Santa Fe-folket, men det gör också att boken har fått en naturlig ram att skriva kring. Waldrop nämner också, om än parentetiskt, andra personer än de som besökt Santa-Fe.

Boken är skriven som en väldigt lång tidningsartikel, med anekdoter, utdrag från intervjuer av och lite citat från böcker/artiklar skrivna av huvudpersonerna. Det finns ett par huvudspår personifierade av Brian Arthurs forskning om ekonomi, John Hollands forskning om liv via genetiska algoritmer, Stuart Kauffmans om booleanska nätverk och självorganisation, Chris Langton om cellulära automater och artificiellt liv etc, samt hur deras teorier befruktar varandra. En av bokens standardansatser är att beskriva den ensamme forskaren som plötligt upptäcker att han inte är ensam om sina märkliga fundering om världen. Kanske lite väl programmatiskt men det funkar.

Det är mycket fascinerande att läsa boken, inget snack om det, men tyvärr ger den ibland ett splittrat intryck och jag förstår inte riktigt hur kapitelindelningen är gjord. Tydligen har James Gleicks bok Chaos varit ett stilistiskt föredöme, och jag har samma kritik mot Gleicks bok: rörig men beskriver ett mycket fascinerande ämne.

Informationen som ges i 'Complexity' är bra och intressant. Waldrop klarar rätt bra av att populärt förklara de olika begrepp som finns inom området: självorganisation, emergenta fenomen, artificiellt liv, genetiska algoritmer, cellulära automater etc. Troligen beror det på att han oftast använder forskarnas egna förklaringar, och metaforer och inte försökt skapa egna (krystade) förklaringar.

Man kan också notera att det inte finns en enda förklarande bild eller fotografi i boken. Det är synd, eftersom vissa begrepp skulle (trots allt) må bra av lite kompletterande bilder.

Personligen fick jag också reda på en massa kopplingar mellan olika forskningsområden jag inte haft klart för mig tidigare. Se t.ex. min blogganteckning Data mining, machine learning och emergens häromveckan.

Några kapitel som (positivt) står ut är det första kapitlet (om Brian Arthur) samt de två näst sista kapitlen om Doyne Farmer (en ständigt uppdykande personlighet!) respektive funderingarna vad emergensteorin kan ha för konsekvenser för "världen". Båda dessa kapitel kändes faktiskt som om de skulle vara lämpade som avslutningskapitel. I flera kapitel känns det dock som tomgångskörning och innehöll lite onödiga utvikningar. T.ex. när det berättas om Langtons olycka som gjorde honom förlamad i flera månader och beskrivs rätt långdraget över flera sidor. Fast på något sätt lyckas Waldrop ändå att få in det som ett viktigt led i Langtons utveckling av sina teorier.

På det hela taget är jag mycket nöjd med Waldrops bok och vill gärna rekommendera den till någon som är intresserad av komplexitet och emergenta fenomen. Eftersom den är lite gammal bör man dock komplettera med andra böcker.

Nå, har jag då fått reda på vad jag ville om relationen mellan emergensteorin och komplexa nätverk? Kanske inte fullt ut, men jag ser inte längre komplexa nätverk som en helt-plötsligt-uppdykande idé hos Duncan Watts eller Albert-Laszlo Barabasi, utan mer som en del i en längre och större forskningstradition.

Lite mer om vad jag skrivit om komplexitet (etc) finns i anteckningarna som finns i Dynamiska system. Se även anteckningarna i Social Network Analysis/Complex Networks.

Posted by hakank at 02:12 EM Posted to Agentbaserad modellering | Komplexitet/emergens | Social Network Analysis/Complex Networks

september 01, 2003

Data mining, machine learning och emergens

Sedan ett antal (4-5) år har jag varit intresserad av data mining och machine learning, och läst en hel del böcker om den mer statistiska approachen, artificiella neurala nätverk, genetiska algoritmer etc, men inte förrän på sistone upptäckt kopplingen till emergensteorin.

"Data mining" och "machine learning" betecknar olika saker men används ofta för samma sak, nämligen att utifrån en datamängd (eller system som genererar data) lista ut något om den process (etc) som genererat datan. Machine learning betecknar också forskning kring hur man skapar system som lär sig själva via input, t.ex. en bil som styr givet input till ett neuralt nätverk, backgammon-spelande system (via neurala nätverk/genetiska algoritmer), vilket är något som är tätare kopplat till emergensteorin än ren dataanalys.

En av de orsaker till att jag är fascinerad av data mining/machine learning (och statistisk analys) är just att man med hjälp av data kan skapa en "bild" av ett "system" för att se vad som döljer sig bakom, t.ex. lära ett begrepp med hjälp av exempel, lista ut köpvanor hos de som köper saker, se vilka attribut (faktorer) som är viktigast bland en stor mängd olika attribut etc etc.

Det verkar nästan magiskt att man kan göra sådant. Algoritmerna är relativt enkla så magin försvinner kanske lite grand när man läser mer i ämnet. Å andra sidan är jag fortfarande fascinerad när jag ser en duktig trollkonstnär även om jag vet hur denne gör sina tricks.

När jag nu har börjat läsa mer om komplexa adaptiva system utifrån emergensperspektivet har jag upptäckt viktiga länkar mellan neurala nätverk, genetiska algoritmer, och andra (själv)lärande system till emergensteorin.

Speciellt genetiska algoritmer skapades (i alla fall om man får tro Mitchell Waldrop i hans Complexity) för att undersöka teorin om hur sådana emergenta fenomen uppstår, liksom neurala nätverk skapades för att studera hur det mänskliga medvetandet fungerar. Andra tekniker, t.ex. Quinlans beslutsträd (se slutet på min anteckning JMLR Special Issue on Inductive Logic Programming) skapades bland annat för att förstå hur vi kan lära oss begrepp induktivt med hjälp av data, vilket kan ses som ett emergent fenomen eller åtminstone kopplat till detta.

Böckerna jag tidigare läst tar nämligen inte upp den emergenta sidan av forskningen utan behandlar i stort sett endast den tekniska delen, dvs teorin bakom (matematiken och/eller algoritmerna) eller hur man implementerar sådana system. Möjligen står det lite historiskt i inledningarna av böckerna, men alltså inget jag har "tänt till" på. Trist att jag inte upptäckt/insett detta tidigare!

Genetiska algoritmer har jag i princip sett endast som ett sätt att optimera lösningar, även om det har lockat lite med den biologiska kopplingen. Cellulära automater, som jag bland annat läste en del om när jag pluggade datalogi, sågs som teoretiska beräkningssystem, men inte som något emergent, även om jag tillbringade ett rätt stort antal timmar med Game of Life-simuleringar. Och Hofstadter skrev i sin Gödel Escher Bach-bok en hel del om emergenta fenomen.

Den första gången jag "nysåg" t.ex. genetiska algoritmer var i Duncan Watts bok Small Worlds, där han skrev om dem på ett sådant sätt att jag började bli intresserad igen, men eftersom jag inte ville avvika från min social network analysis/complex networks-väg så ignorerade jag denna "irrfärd".

Jag inser att jag - nu i min feberyra - möjligen överskattar kopplingarna. Men, hur som helst, data mining/machine learning är ett fascinerande område. (Man kanske inte ska blogga feberanfrätt i seriösare ämnen, liksom man inte bör blogga intoxikerad då...)

Böcker om data mining/machine learning
Här är några av de böcker jag läst om data mining/machine learning, beskrivet från den "tekniska sidan". Notera att dessa böcker alltså inte tar upp emergensfenomenet utan diskuterar en massa tekniker för att analysera datamängder eller lösa optimeringsproblem etc.

Tom Mitchell: Machine Learning
Är nog fortfarande den bästa introduktionsboken, även om den har några år
på nacken. Har ett kapitel om genetiska algoritmer som optimeringsmetod, liksom ett kapitel om neurala nätverk.

David J. Hand, Heikki Mannila, Padhraic Smyth: Principles of Data Mining
En inträngande genomgång om en massa olika tekniker att analysera data.

Richard O. Duda, Peter E. Hart, David G. Stork: Pattern Classification
En annan klassiker. Teknisk.

Jiawei Han, Micheline Kamber: Data Mining: Concepts and Techniques.
Behandlar ämnet utifrån ett databasperspektiv.

Ian H. Witten, Eibe Frank: Data Mining: Practical Machine Learning Tools and Techniques with Java Implementations.
Detta är en av mina biblar eftersom den beskriver mitt favorit-data mining-system (Weka). Den är inte lika teknisk som ovanstående böcker och behandlar inte allt som de gör. Däremot förklarar den de saker den förklarar på ett föredömligt sätt.

Michael J. A. Berry, Gordon Linoff:Data Mining Techniques For Marketing, Sales, and Customer Support
Lite gammal (1997) men behandlar data mining på ett konkret sätt, utifrån marknadsdata. Målgruppen är managementpersoner och kan läsas som en introduktion till data mining. Deras Mastering Data Mining: The Art and Science of Customer Relationship Management (från 2000) tyckte jag däremot inte alls lika bra om.

Se även mina bokrecensioner: Recension av Jesus Menas "Data Mining Your Website" och Recension av 'Building Data Mining Applications for CRM'.

Några lite mer lättsamma böcker:

Thomas A. Bass Predictors.
En underbar bok som berättar i en romanliknande form om några av hjältarna från både kaosforskningen och - visar det sig - emergensforskningen, nämligen Doyne Farmer och Norman Packard, som startar ett företag för att bli stenrika på börsen. De använder främst genetiska algoritmer och artificiella neurala nätverk för detta. Det står mycket lite om det tekniska men är en fascinerande resa.

Se även A few Prediction Company references.

David B. Fogel:
Blondie24
Självbiografi som berättar om hur författaren skapar ett Checkers-system med genetiska algoritmer och artificiella neurala nätverk. När jag nu tänker tillbaka på vad som står i boken är detta ett tydligt exempel på en "emergensapproach": författaren försöker att skapa en "riktigt" AI-system som utifrån nästan ingenting alls lär sig spelet och att spela riktigt bra. "Riktigt AI-system" i jämförelse med IBM:s schackmaskiner som "bara" är number crunching.

Själv har jag nu Prey av Michael Crichton som godnattlitteratur.
En vän till mig rekommenderade den och när han berättade att boken hade fyra sidors litteraturreferens om svärmintelligens, agent-baserad programmering/modellering samt Thomas Schellings 'Micromotives and Macrobehavior' var jag bara tvungen att köpa den. Speciellt långt har jag ännu inte kommit.

Posted by hakank at 07:26 EM Posted to Agentbaserad modellering | Böcker | Dynamiska system | Komplexitet/emergens | Machine learning/data mining

augusti 30, 2003

Philip Anderson "More is different"

Jag letar efter en publikt tillgänglig elektronisk version av Philip Andersons Science-artikel "More is different" från 1972. Den nämns bland annat i Forskning och Framstegs-artikeln Mönstersökarna.

Den mer fullständiga referensen verkar vara:
Anderson P W, 1972 "More is different" Science 177 (4047) 393 - 386.
Undertiteln är "Broken symmetry and the nature of the hierarchical structure of science".

Uppdatering
Se Philip Anderson "More is different" funnen.

Posted by hakank at 02:50 EM Posted to Komplexitet/emergens

Begreppet "överraskning", en annan hjärndump

Detta är en liten hjärndump av några tankar jag haft den senaste tiden. Nämligen om begreppet överraskning. Jämför med det jag precis skrev om Om ordvitsar och annat - en hjärndump.

Av olika anledningar har jag börjat fundera på begreppet överraskning (eng. surprise). Här är några, synnerligen ofullständiga, kopplingar som gjorts eller som jag själv tycker mig se.

Emergensteori
Vem skrev att begreppet "surprise" inte var tillräckligt operationellt som definition på ett emergent fenomen? (Det var i en fotnot på första eller andra sidan i ett paper jag läste för några veckor sedan.) Vad har mer skrivits om detta?

Machine learning/data mining
Ett av syftet [till och med det uttryckliga syftet! Referens?] med machine learning och data mining är att skapa överraskande resultat, dvs oväntande resultat.

Det har forskats en del i detta, det vet jag. Var/vem?

Detta har en stark koppling till informationsbegreppet men även till begreppet "intressant": Något fakta, F, är överraskande (inom machine learning/data mining) om man (målgruppen) dels inte visste om F tidigare, dels om F "tillräckligt intressant", hur nu det ska definieras.

Humor
En av anledningarna till att vi skrattar åt en (viss typ av) humoristisk händelse är att vi finner något i den överraskande/oväntat. Ordvitsar är ett paradigmatiskt exempel.

Sannolikheter
Att någon vinner en miljon på lotteri är inte speciellt överraskande. Däremot skulle jag bli mycket överraskad om jag själv eller någon jag känner skulle vinna.

Ett annat exempel, och där jag tror att man (Persi Diaconis?) forskat eller i alla fall skrivit om är tillfälligheter (coincidence) i samband med skrock, folktro etc. Exempel på sådana tillfälligheter är t.ex. att jag drömde om en gammal klasskamrat i går natt och idag träffade jag henne på stan. Detta leder drömmaren att tro att det finns någon mening i denna tillfällighet (vad det nu än är för typ av mening).

Uppenbarligen krävs det en viss typ av överraskning här: T.ex. om jag går i skola och drömmer om en av mina (nuvarande) klasskamrater är det inte speciellt förvånande om jag träffar henne nästa dag i skolan.

Slumpmässighet är i någon mening överraskande, i betydelsen oväntat eller att ett specifikt utfall inte går att förutse (aggregerat går det däremot ibland att göra).

Men det känns konstigt att säga att jag blir överraskad att en tärning i ett speciellt slag skulle komma upp med en sexa (det kunde jag inte förutse). Däremot blir jag överraskad om det kommer upp t.ex. 20 sexor i rad, och jag börjar troligen ana något fusk.

Oväntat
För att vara överraskande mäste det vara oväntat. Vilket i princip är samma som "sannolikheter".

Skräckfilm
En av poängerna med denna typ av filmer är att bli överraskad, här mer i betydelsen skrämd.

En "dålig" skräckfilm är en film där man kan förutse (ett annat nyckelord) ett spökes uppdykande och man blir därmed inte skrämd.
(Jämför med en dålig vits: den går att förutse.)

Två noter: a) Jag ser inte speciellt mycket på skräckfilmer. I princip var Exorsisten den senaste jag så och jag blev inte så mycket skrämd som äcklad.
b) vad jag förstår finns det andra kvaliteter i skräckfilmer, som troligen har undgått mig.

Förväntningar
Ett nyckelbegrepp är naturligtvis vilka förväntningar vi har kring en viss situation. Att en skolad matematiker kommer på något revolutionerande är inte så överraskande, däremot att en helt oskolad indier gör det (Ramanujan).

Cf Kants definition på humor: "En spänd förväntans upplösning i intet".

Kreativitet
Det ligger väl nästan i begreppet kreativitet (möjligen via humor) att det ska vara överraskande.

Se till exempel det Niklas Johansson skriver i här om humor och kreativitet:

Humor och kreativitet berörs även i In the mind's eye. Thomas G. West skriver att idéer som möts med gapskratt ofta visar sig vara de mest kreativa. Han hävdade att skratt är ett bra mått på vad som är kreativt och inte. Om jag minns rätt använde han bröderna Wright som exempel. Hade jag inte sett ett flygplan och förstått tekniken bakom är jag rädd att jag också hade skrattat åt dem.

Vid brainstorming är det ofta de tokigaste idéerna som leder till de bästa associationerna och som sedan blir de genomförbara lösningarna.

Information
Det finns en stark koppling mellan överraskning och den information vi har om en situation, händelse etc.

Om jag läser en bok som jag klassar som en typisk kioskdeckare men sedan får reda på att författaren fått Nobelpriset i litteratur (med speciellt nämnande av denna bok) skulle jag bli mycket överraskad. Skulle jag veta detta innan skulle jag troligen läst boken annorlunda och möjligen inte tyckt så nedlåtande (alternativt ansett att Akademien var några riktiga knäppgökar).

Paradigmskifte
Är det inte någon som har det som exempel på humorteori. Paulos?

Jämför med ord med liknande betydelse: förvånad, överrumplad (t.ex. av ett regn), häpen.

Posted by hakank at 01:01 EM Posted to Humor | Komplexitet/emergens | Sammanträffanden | Comments (2)

augusti 29, 2003

Forskning och Framsteg: Temanummer om självorganisation

Nummer 6/03 ("Senaste numret") av Forskning och Framsteg är ett temanummer om självorganisation.

Exempel: Artikeln Mönstersökarna beskriver forskningsområdet. I Design utan designer skrivs om "decentraliseringsprincipen", dvs hur fenomen som tidigare ansetts vara ledarstyrda (t.ex. fågelflockar) i själva verket uppstår ur individers (fåglarnas) individuella handlingar. Naturligtvis finns en länksida. Och som grädde på moset har de även en liten tävling.

Det finns andra intessanta artiklar, t.ex. Matematikerns universum, Sportens ojämlika bilder.

Boken Self-Organization in Biological Systems som nämns via länksidan, ligger just nu på posten och väntar på min avhämtning. Förvänta en recension. (Amazon-länk)

För mer om självorganisation, se t.ex. mina tidigare anteckningar Agent-baserad modellering - simuleringar av emergenta fenomen, Applåder och panik, Growing Artificial Societies - recension, samt Matematiska och statistiska "självklarheter".

Posted by hakank at 09:47 FM Posted to Agentbaserad modellering | Komplexitet/emergens

augusti 28, 2003

Brian Arthur och Tai Chi Chuan

Apropå Brian Arthur hittade jag följande lilla sak i Complexity: The Emerging Science at the Edge of Order and Chaos av Mitchell Waldrop, sid 137.

Inför ett mycket viktigt föredrag som Brian Arthur skulle hålla berättas det:

So, as the day approached for the meeting's opening ... Arhur spent less and less time walking and talking with Stuart Kauffman, and more and more time polishing his presentation. He also remembers doing lots of tai chi. "Tai chi teaches you to absorb attacks and immediately come back with a counter hit," he says. "I thought I might need that. For keeping yourself grounded under fire, there's nothing better than practicing slow-motion martial arts. Because every time you punch you can imagine delivering something to an audience."

Jag sökte efter mer information om Brian Arthur och Tai Chi Chuan, men hittade inget. Däremot fanns en intervju med honom där han pratar om Taoism (som Tai Chi Chuan bygger på): Coming from Your Inner Self Interview with W. Brian Arthur, där han bland följande dialog utspelar sig:

COS: How do Buddhism and Taoism relate to economics?

W. Brian Arthur: Standard economics is very good for being shoehorned into an image of 19th-century physics. It was precise and accurate and static; it concerns itself with equilibrium. I began to realize that what really interested me was to see the economy not as static but as unfolding, and as patterns that were always unfolding.

I began to realize that if patterns were always unfolding it gives you two questions or problems. The economy is always unfolding, and at a more fine level business is always unfolding. John Seely Brown says if you leave your job for a couple of weeks and come back, the whole atmosphere is different. He’s exaggerating, but you know the game has changed. So let me try and contrast that with a different view. The standard way of looking at cognition and decision-making is very different from this other view I stumbled upon.

You were asking how that fits. If you ask Taoists how they see the world, the first thing they’ll tell you is that the world is changing. Everything is always changing, everything is always unfolding, and it is our job as human beings to allow things to unfold. You can give a little nudge here and a nudge there, influencing things at the proper time in your own way, but the world is not seen as a machine. The world is seen organically as a collection of unfolding patterns. When I worked on my economic increasing returns theories, before I studied Taoism, I gave a talk at the University of Hawaii in 1985 and a student from the Chinese mainland came up to me and said, "All that you say has been said before." And I said, "All right, give me a citation." He said, "It was all said by Lao Tzu." I said, "In that case, I’m honored."

Taoists see the world as patterns that are unfolding. I’ve gone back and read Sung-Dynasty Taoism and Neo-Confucianism. Cheng I, and Cheng Ming Tao, and various others writing and teaching in the late 1000s. It’s remarkably contemporary. They taught that all was in flux but that everything structured itself according to inner principles that governed it. Now we’d call those laws. They said principle is one, but its manifestations are many. In other words, things in this world emerge from elements that structure themselves. The mind, they said, is not a vessel to be filled with facts or ideas. It too emerges. The mind is an emergent phenomenon. All this they said a thousand years ago.

Posted by hakank at 01:11 FM Posted to Komplexitet/emergens

augusti 26, 2003

Brian Arthur: Lock-in och El Farol

I Growing Artificial Societies - recension skrev jag lite om kritik av traditionella ekonomisk teorier. En av de personer som alltid dyker upp i sådana diskussioner är Brian Arthur. Han nämns i flera böcker om komplexa nätverk och komplexitetsteori, så jag beslöt mig att kolla in lite mer vad han skrivit.

Det jag läst är ett fåtal dokument, vilket kanske kan vara en bra introduktion även för andra. Arthur har skrivit en andra saker, men just nu ville jag bara ha en lite mer övergripande syn. Anledningen till att det blev just dessa dokument får tillskrivas olika delar slumpen, googles PageRank samt medvetetet planerande.

Första kapitlet i Complexity: The Emerging Science at the Edge of Order and Chaos av Mitchell Waldrop handlar i stort sett endast om Brian Arthur. Här beskrivs hur Arthur var väldigt otillfredsställd med de förhärskande ekonomiska teorierna och hur han vände sig till biologin (främst molekylärbiologin) och fysiken, speciellt teorierna om icke-linjära system, för att få inspiration. Teorierna om lock-in beskrivs övergripande.

Många av de fenomen, speciellt i de högteknologiska branscherna, som Arthur skriver om i sina "lock-in"-dokument är i enlighet med maximen "åt den som har ska vara givet", dvs att den som redan är rik blir rikare. En svensk biblisk förklaring till detta uttryck finns här.

Teorin om lock-in innebär att en teknik som är tekniskt underlägsen kan, ofta av rena tillfälligheter, börja med en liten ledning över konkurrenterna, för att sedan ta över ("lock-in") hela eller stora delar av marknaden.

Positive Feedbacks in the Economy (PDF) publicerad i Scientific American, Feb. 1990.
Detta är en populärt hållen och läsvärd artikel om Arthurs "lock-in"-tankar som betonar den positiva (förstärkande) feedback, increasing returns, som finns i världen, till skillnad från den negativa (förminskande, neutraliserande) feedbacken, diminishing returns, som traditionella ekonomiska teorier bygger på.
Artikeln är mycket läsbar och har flera exempel, t.ex. varför VHS vann striden över Beta Max, QWERTY-tangentbordet etc. "Åt den som har ska vara givet".

Naturligtvis bör man här även göra en koppling till vad systemdynamikerna har sagt rätt länge.

Competing Technologies, Increasing Returns and Lock-in by Historical Events (PDF)
Detta är ett betydligt mer tekniskt paper än 'Positive Feedbacks in the Economy', där "tekniken" består av en sannolikhetsteoretisk diskussion. Den är snårigt här och där, men eftersom det är ett av de berömda papers som "alla" refererar till, är det bra att ha läst det.

Notera att jag hade problem att skriva ut de sista sidorna. Vad som saknas är - troligen - delar av Appendix och en litteraturförteckning.

Inductive Reasoning and Bounded Rationality (The El Farol Problem).
(Finns som PDF-dokument här.)
Detta paper är inte direkt kopplat till locked-in-teorin, men eftersom jag har läst om El Farol-problemet på ett flertal ställen var det lika bra att läsa även detta.

Här beskriver Arthur hur ekonomer bör tänka i sitt teoretiserande: i stället för att anta rationella "deduktiva" agenter (individer), ska man skapa teorier som handlar om induktiva agenter som endast har ofullständig (lokal) information om ett problem.

Han visar genom ett enkelt problem, El Farol-problemet, hur sådana resonemang kan göras. Det beskrivs på följande sätt:

Consider now a problem I will construct to illustrate inductive reasoning and how it might be modeled. N people decide independently each week whether to go to a bar that offers entertainment on a certain night. For concreteness, let us set N at 100. Space is limited, and the evening is enjoyable if things are not too crowded--specifically, if fewer than 60% of the possible 100 are present. There is no way to tell the numbers coming for sure in advance, therefore a person or agent: goes--deems it worth going--if he expects fewer than 60 to show up, or stays home if he expects more than 60 to go. (There is no need that utility differ much above and below 60.) Choices are unaffected by previous visits; there is no collusion or prior communication among the agents; and the only information available is the numbers who came in past weeks. (The problem was inspired by the bar El Farol in Santa Fe which offers Irish music on Thursday nights; but the reader may recognize it as applying to noontime lunch-room crowding, and to other coordination problems with limits to desired coordination.) Of interest is the dynamics of the numbers attending from week to week.

Notice two interesting features of this problem. First, if there were an obvious model that all agents could use to forecast attendance and base their decisions on, then a deductive solution would be possible. But this is not the case here. Given the numbers attending in the recent past, a large number of expectational models might be reasonable and defensible. Thus, not knowing which model other agents might choose, a reference agent cannot choose his in a well-defined way. There is no deductively rational solution--no "correct" expectational model. From the agents' viewpoint, the problem is ill-defined and they are propelled into a world of induction. Second, and diabolically, any commonalty of expectations gets broken up: If all believe few will go, all will go. But this would invalidate that belief. Similarly, if all believe most will go, nobody will go, invalidating that belief. Expectations will be forced to differ.

Diskussionerna som sedan följer är, intressant nog, snarlika de diskussioner som Thomas Schelling gör (1978) i sin Micromotives and Macrobehavior. Schellings bok är full av sådana exempel och (matematiskt enkla) diskussioner kring dem. Se även min anteckning Matematiska och statistiska "självklarheter" för lite mer om Schellings bok. (Jag vet dock inte om det fanns någon direkt påverkan mellan Schelling och Arthur.)

Papret är lätt att följa även om det är, liksom med Schelling, en hel del tal-swischande.

Det som skiljer Brian Arthurs paper från Schellings bok är att Arthur, som jag ser det, sätter en något annan ram kring diskussionerna, främst genom att han diskuterar något mer utifrån en komplexitetsteoretiskt perspektive (komplexa adaptiva system), t.ex. nämner han genetisk programmering, men även att han diskuterar ur ett mer teoretiskt perspektiv än vad Schelling gör i boken.

Möjligen finns det mycket mer av El-Farol-liknande diskussioner i senare papers av Brian Arthur, men de har jag alltså inte läst.

[En aside:
Ett annat känt bar-exempel finns i filmen A Beautiful Mind, där det visas hur John Nash kommer fram till den spelteori-teori som gav honom Nobel-priset 1994. Enligt kommentatorspåret är det dock en fantasiprodukt för att visa principen bakom teorin.]

The Pretext Interview: W. Brian Arthur talks to Dominic Gates
Detta är en intervju med Brian Arthur från 1998 bland annat om Microsofts antitrust-utredning, lite modernare exempel på increasing returns (Java vs. ActiveX), samt svar på vissa kritiker.

Arthur säger bland annat följande om huruvida teorin om increasing returns fortfarande är kontrolversiell, vilket jag just undrade över när jag läste de andra dokumenten.

Gates: Is the theory of increasing returns still controversial?

Arthur: Absolutely not. This is now completely taken for granted in Silicon Valley. I don't have to go around California telling the Marc Andreesens of the world or the Andy Groves of the world that there are increasing returns. Intuitively, the smart people in high tech knew this all along.
...
Gates: So you don't see these ideas in opposition to classical economic theories, the Chicago school?

Arthur: Not at all.

However, some people who are great proponents of Chicago neoclassical economics seem to get uptight every so often in the opinion pages of the Wall Street Journal. The source of the problem is that if I say that markets can lock in to one product or one company, not necessarily the best, then that's taken as a threat to the whole ideology of capitalism.

The only controversies are ideological ones. I think it's inevitable that any important theory, or any new theory of any importance, does have a trail of flat-earthers behind it, a trail of creationists; people who won't get it and don't get it, for one or other ideological reason.

Lite andra länkar (rätt slumpmässigt hittade eller ihågkomna):

• IT Reloaded. Intervju med Brian Arthur.
  Economist W. Brian Arthur says technology will jump-start the economy by connecting systems, processes and functions within and among companies. But it's up to the CIO to channel these connections into new functionality that will transform their industries.

• Ett system som jag vid tillfälle ska kolla in: Lsd, Laboratory for Simulation Development: A Tool for Evolutionary Modelling. Där finns en massa modeller som man tydligen kan leka med.

• I 'Positive Feedbacks in the Economy' (sidan 6) nämns Polyas urn-teori. Det finns en simulering med restauranter som åskådliggör denna på ett trevligt sätt. Java-simuleringen finns på Best Restaurant at Niagara Falls. Regeln är alltså att man väljer restaurang med sannolikheter som beror på hur populära restauranterna är. Polya använder urnor, men det är jobbigt att äta en god middag i sådana :-).

  För övrigt rekommenderar jag en inkollning av andra sannolikhetssimuleringar på Probability by Surprise: Teaching with Paradoxes and Animations, Links to Applets used in this Talk. Det är en slide till Susan Holmes online-föreläsning med samma namn, se Chance Videos and Audios (sök efter "Susan Holmes").

• En bok (som jag ännu inte läst) som handlar om liknande fenomen är
  How Hits Happen: Forecasting Predictability in a Chaotic Marketplace av Winslow Farrell. Förordet är f.ö. skrivet av Brian Arthur.
  
• Möjligen kan även The Tipping Point: How Little Things Can Make a Big Difference av Malcolm Gladwell vara av intresse.

Posted by hakank at 01:07 FM Posted to Agentbaserad modellering | Dynamiska system | Komplexitet/emergens

augusti 24, 2003

Simulering av "Vågen", trafikfenomen och Crowd Dynamics

Dirk Helbing är en av de som forskat kring panik (se min anteckning Applåder och panik härförleden).

Helbing har även forskat kring andra liknande fenomen, såsom Mexican Wave ("Vågen"). Läs gärna Nature-artikeln Mexican waves in an excitable medium (PDF) eller kika på simuleringar som finns på sajten. Trafiksimuleringar: Microsimulation of road traffic with a time-continuous model för exempel (laddar en Java-applet direkt). Källkoden finns att ladda ner (långt ner i högerspalten). Gångtrafikanter i en korsning: Pedestrians Interacting at a Crossing.

Se även den relaterade sajten Crowd Dynamics Limited som bland annat innehåller avhandlingen Crowd Dynamics av G. Keith Still.

Abstract:
Crowd dynamics are complex. This thesis examines the nature of the crowd and its dynamics with specific reference to the issues of crowd safety. A model (Legion) was developed that simulates the crowd as an emergent phenomenon using simulated annealing and mobile cellular automata. We outline the elements of that model based on the interaction of four parameters: Objective, Motility, Constraint and Assimilation. The model treats every entity as an individual and it can simulate how people read and react to their environment in a variety of conditions, this allows the user to study a wide range of crowd dynamics in different geometries and highlights the interactions of the crowd with its environment. We demonstrate that the model runs in polynomial time and can be used to assess the limits of crowd safety during normal and emergency egress.

Over the last 10 years there have been many incidents of crowd related disasters. We outline deficiencies in the existing guidelines relating to crowds and, by comparison and contrast with the model, we highlight specific areas where the guides may be improved. We demonstrate that the model is capable of reproducing crowd dynamics without additional parameters thus satisfying Occam’s Razor.

We propose an alternative approach to assessing the dynamics of the crowd through the use of the simulation and analysis of least effort behaviour. The model is tested against known crowd dynamics from field studies, including Wembley Stadium, Balham Station and the Hong Kong Jockey club. Finally we test the model in a variety of applications where crowd related incidents warrant structural alterations at client sites. We demonstrate that the model explains the variance in a variety of field measurements, that it is robust and that it can be applied to future designs where safety and crowd comfort are criteria for design and cost savings.

Posted by hakank at 11:29 EM Posted to Dynamiska system | Komplexitet/emergens

augusti 23, 2003

Growing Artificial Societies - recension

Recension av boken Growing Artificial Societies: Social Science from the Bottom Up av Joshua Epstein och Robert Axtell.

Denna mycket fascinerande och tankeväckande bok handlar om agentbaserad modellering (agent-based modeling) som försöker skapa/simulera komplexa, emergenta, fenomen utifrån enkla och lokala regler för beteende hos agenter.

Boken ligger perfekt i linje med de två böcker jag nyss läst: Turtles, Termites, and Traffic Jams: Explorations in Massively Parallel Microworlds av Mitchel Resnick och Micromotives and Macrobehavior av Thomas Schelling. (Det är i och för sig inte speciellt förvånande eftersom jag designade läsrutten med tanke på detta.) Se även mina anteckningar om bland annat dessa böcker på Agent-baserad modellering - simuleringar av emergenta fenomen och Matematiska och statistiska "självklarheter".

Huvudtemat i boken är, som dess underrubrik anger, att bygga sociala samhällen från botten och upp. Detta till skillnad från de förhärskande sociala teorierna (inklusive ekonomiska) som bygger modeller och studerar samhället "från toppen". Det finns i boken en genomgående stark kritik mot detta topp-modell-bygge, speciellt ekonomiska teorier. Tyvärr är det (centrala) kapitlet om handel och ekonomi det mest tekniska, men jag tror att man (som jag) även utan djup ekonomisk utbildning kan få utbyte av kapitlet. Mer om detta nedan.

Den föreliggande boken är rätt mycket mer teknisk än de två ovan nämnda böckerna, och är i vissa delar rätt snårig, men i de flesta fallen beror det på att simuleringen som görs innehåller många element (regler) som ska diskuteras. Jag tycker dock att den är generellt sett är mycket klar i sin genomgång.

En rekommendation är att man skaffar den version av boken som inkluderar en CD-ROM med det program (Sugarscape) som författarna utvecklat, eftersom kan man då själv leka med systemet. Tyvärr gjorde jag inte detta, och har inte sett Sugarscape-systemet annat än på bild eller delar som implementerats i andra system. Det finns mängder av "animeringar" (bildsekvenser) av de gjorda simuleringarna så det går ändå att följa författarnas diskussioner.

Tack och lov hade jag, innan jag läste boken, lekt med snarlika system (speciellt NetLogo, se blogganteckningen Agent-baserad modellering- simuleringar av emergenta fenomen), vilket gjorde att jag kunde förstå ("läsa") bilderna utan några större problem. Utan denna förberedande övning är jag osäker på om det skulle gå så lätt. Till skillnad från NetLogo, Swarm och RePast är Sugarscape dock inget generellt modelleringsverktyg som man kan programmera hur man vill; däremot finns, enligt boken, en massa parametrar man kan ändra.

En varning är möjligen på sin plats: När jag läste Resnicks bok satt jag många timmar och studerade, ändrade, funderade kring och lekte med motsvarande modeller som finns i NetLogo. Det tar tid, men är samtidigt mycket lärorikt.

Av samma anledning tror jag att läsning av åtminstone någon av ovan nämnda böcker kan vara en bra introduktion till det agentbaserade synsättet. Epstein & Axtell förklarar i och för sig rätt ingående sitt agent-baserade synsätt, men det skadar nog inte med en kompletterande bild. Schellings bok är närmre rent ämnesmässigt (båda handlar om sociala/ekonomiska fenomen) men har inte samma tekniska referensram som E & A. Resnicks bok har däremot samma tekniska grund (datorbaserad simulering på en spelplan) men behandlar mest andra typer av fenomen, t.ex. biologiska såsom eldflugors synkronisering och myrsamhällens "intelligenta" beteenden.

Jag läste böckerna i ordningen: Resnick, Schelling, Epstein & Axtell.

'Growing Artificial Societies' är alltså en genomgång av olika typer av (sociala) fenomen som uppstår (emergerar) i olika sociala sammanhang, t.ex.

• fördelning av välstånd
  
• sociala grupperingar
  
• krig
  
• handel och andra ekonomiska utbyten (såsom arv och lån)
  
• sjukdomar och immunitet
  
• etc
  

Detta görs genom att simulera agenters beteende på en mycket enkel "spelplan" (Sugarscape), med 50 X 50 rutor fyllda med socker (och senare även med krydda). Sockret motsvarar näring eller vad som helst som är åtråvärt. En agent har en metabolism som innebär att man måste äta en viss mängd socker annars dör man. Varje agent har också en "vision" som gör att man kan se ett visst antal rutor i de fyra väderstrecken.

Simuleringarna går till ungefär så här:
Först definierar man olika regler som gäller för simuleringen både vad gäller rutorna och agenterna. En av de enklaste regeluppsättningarna är följande:

• varje ruta erhåller slumpmässigt med socker (1 till 4 enheter). När allt socker på en ruta är uppätet av en agent växer det upp direkt (eller med 1 varje runda).
  
• varje agent har en viss metabolism, t.ex. att varje omgång kräver 1 enhet socker, och en slumpmässigt skapad vision på 1 till 10 rutor.
  

Det finns också en regel för hur en agent förflytta sig över spelplanen vid varje omgång. Oftast innebär det att agenten ska undersöka alla rutor den kan se (med sin begränsade vision) och flytta sig till den ruta som är "bäst" enligt något kriterium, t.ex. där det finns störst mängd socker. Varianter som utvecklas senare i boken använder en lite mer komplicerad "utility function" där man även tar hänsyn till sådant som andra agenters sockerinnehav.

Simuleringen går nu ut på att man "släpper agenterna lösa" och ser vad som händer. I ovanstående enkla modell, med evigt liv och allt är det inte så väldigt mycket som händer, förutom att man kan studera hur välfärden (hur mycket socker agenterna äger) fördelas. Men när man slår på flera (lokala) regler för agenterna och regler hur sockret växer blir det genast intresserantare.

Man ska här notera att det är lokala, decentralicerade, regler för agenterna som gör att ett visst fenomen uppstår. Det finns ingen som helt centralstyrning. Det är också den stora poängen med dessa simuleringar: utifrån enkla (eller rätt enkla) regler kan man få fram fenomen som är (verkar vara) mycket komplexa. På ett flertal ställen skriver författarna (ungefär): om vi skulle visa detta fenomens utveckling men utan att först ha förklarat reglerna, skulle nästan alla antaga att det finns en central, allvetande, intelligens som styr beteendet. Både Resnik och Schelling gör många liknande kommentarer.

De fenomen som uppstår är sådana som man troligen inte kan lista ut genom att studera reglerna, och det är därför fenomenen kallas emergenta: det är fenomen på en annan nivå är de regler som framkallar dem. Omvänt är det mycket svårt att utifrån ett fenomen lista ut vilka regler som gäller. De i boken framförda agent-baserade simuleringarna kan ses som ett redskap att träna upp denna förmåga. (Resnick bok har just detta tränings-/utbildningsmoment som sitt främsta syfte.)

I de flesta av kapiteln beskriver författarna först ett fenomen som de vill kunna "frammana" (simulereras), t.ex. handel. Från en enkel modell med ett fåtal regler bygger man etappvis upp en modell som visar att detta fenomen faktiskt uppstår. Detta görs föredömligt pedagogiskt även om vissa diskussioner (främst vad gäller handel) kan vara väl så intrikata, vilket till stor del beror på ämnets komplexitet.

Andra regler som man efterhand lägger på grundmodellen och sedan studerar effekterna av är:

• sexuell reproduktion (arv av "förmågor" såsom vision och metabolism)
  
• arv (av socker)
  
• lån (av socker)
  
• grupptillhörighet med avseende på gemensamma "intressen"
  
• smitta (av sjukdom) och immunitet
  

Det utbyten som görs (reproduktion, arv, lån, smitta) sker endast med de (närmsta) grannarna, dvs helt lokalt.

Analyserna som görs är ofta av aggregerad form, t.ex. medelvärdet av "priset" (på socket), fördelningen av välstånd (som ofta blir snedfördelad), standardavvikelse av pris etc. Återigen är det mest i kapitlet om handel där man använder de mer avancerade teknikerna.

De mängder av regler som skapas simuleras med smått geniala tekniker såsom sökning i binärsträngar etc som kan verka stötande enkla i början. Författarna diskuteras olika sätt att implementera de önskade fenomenen och försöker att välja regler som är så "enkla" som möjligt. "Enkelt" definieras dock inte utan det är ett godtyckligt element som man helt enkelt får köpa. Det intressanta är att enkelheten och de detaljerade diskussionerna om implementationerna gör att man ("vem som helst") mycket väl kan gå vidare och skapa ett eget system för att implementera dessa regler (men tyvärr går det inte att göra sådant i Sugarscape).

Handel
Detta kapitel är mycket intressant även för en sådan som mig som har glömt merparten av det jag läste i nationalekonomi i början av 80-talet. (Varför gick jag inte vidare med detta ämne, det är egentligen riktigt intressant! Spelteori studeras ju där numera.) Jag är alltså egentligen inte tillräckligt insatt i de teorier som kritiseras för att veta hur revolutionerande resultaten var eller hur de står sig nu.

I Resnicks bok blev jag lite tveksam till dennes (i och för sig övergripande) kommentarer om det kapitalistiska systemets alla fördelar med fri handel, och att det skulle vara så mycket bättre än alla andra system. Epstein & Axtell verkar dock inte vara riktigt så odelat positiva till en laissez-faire-ekonomi och kritiserar sådana teorier med hjälp av sina simuleringar.

Man kritiserar den neo-klassicistiska teorin med dess optimala jämvikt, och menar att den inte håller när man simulerar med (decentraliserade) agenter. (Se vidare detaljer i boken. )

Man visar hur olika typer av handel (utbyte av socker mot krydda mellan två grann-agenter) uppstår och påverkar det genomsnittliga priset. Man kommer fram till att det inte behövs någon "osynlig hand" (Adam Smiths 'invisible hand') för att få fram många av de fenomen som vi ser i det verkliga livet.

På flera ställen i boken, där de kritiserar existerande teorier, är just kritiken att de förhärskande modellerna kräver att de deltagande är homogena med avseende på beteenden, och finns det olika grupper så är de homogena inom gruppen. Med den agent-baserade modellen kan man göra varje agent unik (t.ex. slumpa fram unika egenskaper för varje agent) och sedan studera effekterna av detta.

En massa roliga fotnoter finns det också, men jag kollade upp endast ett fåtal av dem under läsningen. En sak jag exempelvis blev nyfiken på, men inte gått vidare med, är hur pengar uppstår. Det beskrivs tydligen i Money as a Medium of Exchange in an Economy with Artificial Agents av Marimon, McGrattan och Sargent (i Journal of Economic Dynamics and Control 14, 1990). Tyvärr har jag inte lyckats hitta detta paper. Någon?

Sjukdomar och immunsystem
Detta är ett kort kapitel där författarna kritiserar den "centralstyrda" SIR-modellen (som använder differentialekvationer) och menar att deras egen agent-styrda modell är väl så bra, eller bättre. Här låter man sjukdomarna vara en bitsträng och immunskyddet vara en annan (längre) bitsträng, och man blir sjuk om sjukdomsbitsträngen inte finns med i immunbitsträngen. För varje omgång byter man dock en bit (1 mot 0 och 0 mot 1) i immunsträngen så att man kan bli immun efter ett antal omgångar. Några fascinerande tankegångar om detta görs. Det är naturligtvis en variant av genetiska algoritmer, men det är roligt att de får med även detta i sin modell.

Andra saker som tas upp i boken:

• olika hierarkier som uppstår via utbyten (lån, sjukdom och handel)

• segregering: här simulerar man Schellings (hand-simulerade!) segregations-modell (som Schelling bl.a. skriver in sin 'Micromotives and Macrobehavior'). De lägger även till några parametrar såsom att ge agenterna en begränsad tid att leva och ser vad som händer.
  

I det sista summerande och framåtblickande kapitlet diskuteras bland annat (alltför) kort de rent vetenskapliga problem som kan finnas med agentbaserad modellering. Ett argument som de framför som mycket viktigt för denna metod är att man kan skapa dataunderlag eller tidsserier som går att analyseras på "vanligt" sätt. De diskuterar dock väldigt lite de rent metodologiska problemen med sitt angreppssätt, t.ex. hur man objektivt avgör vilka regler som är relevanta eller korrekta eller hur man jämför olika modeller.

Möjligen ser författarna denna kritik som irrelevant eftersom de argumenterar att om man väl kan visa att ett specifikt fenomen kan simuleras med agenter, och man behöver då inte att skapa "centralistiska matematiska monsterteorier" (min term) för att förklara fenomenen. Det är sedan "bara" att finjustera de (lokala) reglerna för att skapa en vällödig teori. Författarna är dock medvetna om de rent beräkningsmässiga problemen med detta: för att simulera relativt enkla agent-system krävs en herrans massa datakraft. Men de litar på att någon kommer fram till effektiva algoritmer.

En av anledningarna till att jag läser denna typ av böcker (om agent-baserad modelleing, emergensteori, självorganiserande system etc) är att jag vill förstå det vetenskapliga rum som frambringade de teorier kring komplexa nätverk som jag, och många andra, är så fascinerade av. Boken 'Growing Artificial Societies' är ett litet steg på vägen även om det inte nämns speciellt mycket konkret som leder fram till Duncan Watts/Steven Strogatz paper Collective dynamics of 'small-world' networks (PDF) och Duncan Watts bok Small Worlds: The Dynamics of Networks between Order and Randomness .

Lite skoj är den alternativa topologin på de sista sidorna. Där nämns en Ring World, där agenterna befinner sig i en ring och kan endast se framåt/bakåt (vänster/höger) på denna ring. Det fenomen som framkommer är en mer avancerad form av de trafikstockningar som Resnick diskuterar i sin bok. Avlägset påminner det om topologin för Watts/Strogatz modell, men det är avlägset.

Litteratur och länkar

• Tyvärr finns inte bokens gamla hemsida (den som ofta refereras), eftersom den bortagen eller bortfibblad på annat sätt. Lite information kan man få här.

• En kort recension (PS) av boken, skriven av en annan agentmodellforskare Leigh Tesfatsion.
  
• En kritik av boken, som vad jag förstår varit rätt inflytelsetik, framfördes i Dr Dobbs Journal: From Active X to Cargo-Cult Science (under rubriken Cellular Automata). Se även kommentarer om detta i Creating Artificial Worlds: A Note on Sugarscape and Two Comments.
  
  
• En lite längre genomgång av boken finns i The Art of Simulation: Agent-Based Models of Economy and Society (PDF)
  
• googlesökning på ("agent based modeling" OR "agent based modelling").
  

Nästa bok jag läser i detta fascinerande ämne blir troligen The Complexity of Cooperation av Robert Axelrod eller The Sciences of the Artificial av Herbert A. Simon, fast jag kanske låter någon annan skoj bok slinka emellan.

Slutord
Denna bok har varit mycket rolig och tankeväckande att läsa. Egentligen inte för att jag är intresserad av de sociala fenomenen som sådana (vilket jag är) utan för att agent-baserad modellering verkar vara en teknik som kan användas till "allting". Och jag tänker nu inte bara på ren vetenskaplig forskning utan även på sådant som "useless modeling" som kanske inte leder vetenskapen framåt. Jämför detta med vad jag skriver om simulering av sannolikhetsteoretiska problem i Lite om resampling, simulering, sannolikhetsproblem etc. och blogganteckningen Resampling - Statistik utan tårar.

Om inte annat har jag märkt att jag i (mer eller mindre seriösa) diskussioner enklare kan komma fram till alternativa lösningar än de vanliga centraliserade förklaringarna, dvs de som går ut på att det måste finnas en ledare som leder eller en allvetande guddom som styr eller skapar. (Richard Dawkins bok The Blind Watch Maker: Why the Evidence of Evolution Reveals a Universe Without Design diskuterar bland annat detta i samband med biologin och utvecklingen av livet. Det är en bok jag måste läsa någon gång!)

Invit
Eftersom jag ännu inte har sett eller lekt med det riktiga Sugarscape-systemet med det är jag intresserad av att se det. Om du har ett sådant system skulle jag kunna tänka mig att resa några mil för att leka med det. Hör gärna av dig i så fall till mig.

Posted by hakank at 12:57 FM Posted to Agentbaserad modellering | Komplexitet/emergens

augusti 17, 2003

Complexity Digest

Den senaste Complexity Digest innehåller bland annat följande:

• Punctuated Equilibrium in Software Evolution: The approach based on paradigm of self-organized criticality proposed for experimental investigation and theoretical modelling of software evolution. The dynamics of modifications studied for three free, open source programs Mozilla, Free-BSD and Emacs using the data from version control systems. Scaling laws typical for the self-organization criticality found. The model of software evolution presenting the natural selection principle is proposed. The results of numerical and analytical investigation of the model are presented. They are in a good agreement with the data collected for the real-world software.

• Signatures of small-world and scale-free properties in large computer programs: A large computer program is typically divided into many hundreds or even thousands of smaller units, whose logical connections define a network in a natural way. This network reflects the internal structure of the program, and defines the ``information flow'' within the program. We show that, (1) due to its growth in time this network displays a scale-free feature in that the probability of the number of links at a node obeys a power-law distribution, and (2) as a result of performance optimization of the program the network has a small-world structure. We believe that these features are generic for large computer programs. Our work extends the previous studies on growing networks, which have mostly been for physical networks, to the domain of computer software.
  
• Much ado about data: New computer analyses can identify Shakespeare as well as cardiac problems
  
• Purdue Scientists Discover Why We're All Lefties Deep Down: - It may be a right-handed world, but recent Purdue University research indicates that the first building blocks of life were lefties - and suggests why, on a molecular level, all living things remain southpaws to this day.

Posted by hakank at 01:36 EM Posted to Komplexitet/emergens

augusti 12, 2003

Agent-baserad modellering - simuleringar av emergenta fenomen

Tidigare har jag skrivit om komplexa nätverk, lite om emergenta (självorganiserande) fenomen, se t.ex. vissa av mina anteckningar i kategorin Dynamiska system.

Just nu kollar jag in agent-baserad modellering (agent based modeling), som är ett sätt att modellera bland annat sådana fenomen. Nedanstående är en liten länkdump och kommentarer.

Ett av de systemen som jag ofta använder för att "leka med" sådana simuleringar är NetLogo. Fördelen med NetLogo, jämfört med andra (såsom de utomordentliga Swarm och RePast, som egentligen är mer kompetenta) är dels att det finns en massa färdiga exempel (cirka 120 följer med paketet), dels - och kanske framförallt - att det är mycket enkelt att skapa en Java-applet av simuleringen. Möjligen ska man använda Swarm, Repast eller andra system för att göra professionella simuleringar, men NetLogo är rackarna bra att prototypa med. NetLogo använder en variant av Logo, ett Lisp-inspirerat språk, vilket kan medföra vissa inkörningsproblem, och tyvärr är dokumentationen inte helt uttömmande.

Här är några av de simuleringarna jag rekommenderar att man först tittar på. Har man läst lite böcker om komplexa nätverk känner man nog igen det mesta.

Samtliga sidor har en rätt bra introduktion som förklarar fenomentet och vad som händer i simuleringen. Själva simulerings kör man via länken "Run Xxxxx in your browser". På simuleringssidan finns även källkoden (skrivit i ett Logo-liknande språk).
För samtliga simuleringar gäller det att först klicka på "Setup" och sedan på "Go". För att stoppa simuleringen: klicka på Go igen. Om man har ändrat parametrar måste kan klicka på Setup och sedan Go, vissa parametrar kan man ändra i realtid.

Hör av dig om du har några problem eller andra kommentarer kring NetLogo. Jag har suttit en del med detta och kan kanske hjälpa till.

• Myror.
• Eldflugor. Det var just eldflugor som fick Watts och Strogatz att börja sin forskning om komplexa nätverk.

• Fågelflockar
  
• Trafikköer
  
• Segregation
  

En fullständig lista på modeller att leka med finns i Models Library. Samtliga dessa följer med utvecklingsversionen av programmet. som kan laddas ner via detta formulär. Det finns även Community Models.

Böcker då, finns det inga böcker att läsa om detta? Ah, roligt att du frågade!

Tyvärr finns det rätt få böcker skrivna specifikt om agentbaserad modellering. Några böcker som jag tycker är bra och med flera exempel är

'Turtles, Termites, and Traffic Jams: Explorations in Massively Parallel Microworlds av Mitchel Resnick Denna bok beskriver ett system liknande NetLogo: StarLogo, som var före NetLogo, men är inte riktigt lika intuitivt att använda. StarLogo var ett av de första systemen som använde sig av denna typ av agent-baserad modellering.

Resnicks bok är inriktad mycket till pedagoger och försöker föra i bevis att barn och ungdomar (liksom vuxna!) bör tidigt lära sig att analysera fenomen även utifrån en decentraliserad synpunkt. Detta innebär att man inte - bara - ska försöka att se en ledare eller en direkt orsak till ett fenomen. T.ex. har simuleringen av fågelflockarna nämnd ovan ingen ledare som styr färden, liksom myrsimuleringen har ingen som säger åt den enskilde myran att gå dit eller dit.

• Thomas Schellings "Micromotives and Macrobehavior" som jag skrev om häromdagen är också full med exempel på sådana fenomen.

• Jag håller just på att läsa Growing Artificial Societies: Social Science from the Bottom Up av Epstein och Axtell, som handlar om ett annat system, SugarScape, där man simulerar sociala fenomen såsom handel, spridning av sjukdomar etc. En recension är nog att vänta.

• Steven Johnsons Emergence är en rätt bra introduktion till emergens-fenomentet. T.ex. diskuteras en del om myror och andra biologiska fenomen. Resnick tillhör en av centralgestalterna i boken, men stor vikt i boken läggs på hur städer har utvecklats, vilket är ett annat exempel på ett emergent fenomen. Via Amazon-länken ovan finns en rad andra böcker inom samma ämnen.

• En bok som jag snart kommer att läsa är Axelrods The Complexity of Cooperation, med underrubriken Agent-Based Models of Competion and Collaboration. Han utgår här från sin forskning om Fångarnas dilemma (Prisoner's Dilemma) som han bland annat skrev om i The Evolution of Cooperation (har ej läst hela).

• Det finns en onlinebok som i ett kapitel behandlas agent-baserad modellering:
  Simulation for the Social Scientist av Nigel Gilbert och Klaus G. Troitzsch. Kan vara värd att kika på. Boken beskriver en rad olika tekniker för att simulera och studera socialt beteende, inklusive Systems Dynamics and World Models.

  Här är Amazon-länken.

En sista not: Tyvärr har jag inte hittat något riktigt bra system som simulerar kompelxa nätverk av den typ Watts/Strogatz/Barabasi/andra har studerat. T.e.x har RePast en del sådana funktioner och Indigo har även lite skoj saker, men inte tillräckligt kraftfulla för att vara riktigt användbara.

Någon som vet något sådant system? Det får gärna vara skrivet i Java, men det är absolut inget krav.

Posted by hakank at 11:54 FM Posted to Agentbaserad modellering | Komplexitet/emergens | Social Network Analysis/Complex Networks

juli 31, 2003

Emergens i online-auktioner (Barabasi)

I Emerging behavior in electronic bidding av bl.a. Barabasi undersöks elektroniska auktioner, bl.a. eBay. Man har funnit power-law-beteende i budgivningsbeteendet, vilket här innebär att några få spelare domininerar, och därmed påverkar, budgivningarna.

Abstract: We characterize the statistical properties of a large number of agents on two major online auction sites. The measurements indicate that the total number of bids placed in a single category and the number of distinct auctions frequented by a given agent follow power-law distributions, implying that a few agents are responsible for a significant fraction of the total bidding activity on the online market. We find that these agents exert an un-proportional influence on the final price of the auctioned items. This domination of online auctions by an unusually active minority may be a generic feature of all online mercantile processes.

Uppdatering: Upptäckte något senare att Nature skriver kort om detta i Auctions made more efficient. Huvuddelen av artikeln handlar om ett sätt att optimera auktioner.

Posted by hakank at 03:52 EM Posted to Komplexitet/emergens | Social Network Analysis/Complex Networks

juli 29, 2003

Smittsamma gäspningar

I Nature-artikeln Kind people catch yawns berättas om en undersökning om hur gäspningar smittar och varför. Möjligen är det ett synkningsfenomen.

Self-aware or empathetic people are more likely to catch the yawns, say US researchers.
Contagious yawning is known to be more than coincidence. Studies have shown that 40-60% of people who watch videos or hear talk about yawning end up joining in.
...
This makes evolutionary sense, agrees Ronald Baenninger, who has studied yawning at Temple University in Philadelphia, Pennsylvania. Contagious yawning may have helped our ancestors to coordinate times of activity and rest. "It's important that all group members be ready to do the same thing at the same time," Baenninger says.

Posted by hakank at 04:23 EM Posted to Komplexitet/emergens | Social Network Analysis/Complex Networks | Social Network Analysis/Complex Networks

juli 17, 2003

Biologiska klockor påverkas av hjärnans temperatur?

The Brain's 'Timex': Biological Clock More Influenced By Temperature Than Light

Taken together, Herzog's findings indicate that, to avoid jet lag on our next trip to Paris, we should be sure to see the dawn while keeping our brains cool. Future work might lead to a better understanding of what changes brain temperature and why.

Jag hoppas att resultatet kommer att vara till större nytta för mänskligheten än att endast bota jet lags.

I boken Sync: The Emerging Science of Spontaneous Order skriver Steven Strogatz mer om biologiska klockor och andra typer av synkroniseringsfenomen.

Posted by hakank at 09:18 FM Posted to Komplexitet/emergens | Social Network Analysis/Complex Networks

juli 13, 2003

Senaste Complexity Digest

Complexity Digest 2003.28.

Några intressanta saker:

• Methods and Techniques of Complex Systems Science: An Overview (48 sidor)

• Machines that Reproduce May be Reality. Se även JohnnyVon Self-Replicating Automata in Two-Dimensional Continuous Space Continuous Von Neumann Machines .
  

Posted by hakank at 07:18 EM Posted to Komplexitet/emergens

juli 09, 2003

Socialt avstånd - och semantiskt

Råkade stöta på lite artiklar om något som väl kan kallas för socialt eller psykologiskt avstånd.

Copycat waitresses get bigger tips refererar en undersökning som - enligt artikeln - är den första som studerar hur härmning av ett beteende påverkar den härmade. Här studerashur dricksen på en restaurang påverkas av hur kyparen beter sig.

En "related stories" var Help for names' sakes. When seeking help from a stranger, ask someone who shares your name: people are more likely to assist a namesake, an e-mail study has revealed. ...About 12% of those sharing both names responded, compared with less than 2% of people sharing none. A shared first name or surname got a smaller response, but was better than nothing.
Så man kanske skulle ta tillbaka namnet Andersson (som min far hette innan de bytte till Kjellerstrand). Enligt Eniro, privatpersoner finns det 250 stycken "Håkan Andersson". Vilket ju är avsevärt fler än 1.

En annan relaterad artikel: We like the look of lookalikes: We're more likely to trust someone who looks a bit like us, says a psychologist. The same tendency may have helped our ancestors to help their kin.

En liten aside: Själv har jag sedan länge varit fascinerad av semantiska avstånd, dvs hur nära ord är till andra och även hur man skapar ord som liknar varandra, speciellt vitsar. Se t.ex. mina små program Nearest words eller New Markov Words II eller Markov generated proverbs.

Posted by hakank at 10:15 FM Posted to Diverse | Kognitiva illusioner | Komplexitet/emergens | Program

juni 24, 2003

Komplexa system och software engineering

Detta är en kommentar till Peter Lindbergs artikel från 9 mars i år Software systems are complex systems. Se även hans artikel Network science and software från 8 maj. Peter vill bl.a. ha tips på lite nyare böcker om komplexa system, speciellt med inriktning mot software engineering.

Här är lite nyare (inköpta men icke lästa) böcker om komplexitet och liknande som kan vara intressanta:

• Steven Strogatz Sync, där han bland annat förklarar sina teorier om kopplade oscillatorer, dvs vad som gör att delar i (naturliga) system synkar med varandra, t.ex. eldflugor. Den kom i år, så den är rackarns ny.
  
• Mark Buchanans Ubiquity: Why Catastrophes Happen (2002 enligt Amazon). Buchanan har även skrivit om komplexa nätverk i sin Nexus.
  
• Kauffmans At Home in the Universe (1996). Många komplexitetiker hänvisar till Kauffman, vilket gjorde att jag beställde denna bok.
  

Det Peter skriver om kopplingen till software engineering fick mig också att tänka på en del av teorierna i social network analysis. Några förflugna tankar:

• hur man med dessa modeller kan mäta graden av sammansättningar (cohesion) av en grupp (här: program, moduler eller system). "Om man kan mäta något så förstår man det bättre"
  
• hur olika entiteter i en grupp (här: klasser eller komponenter) påverkar en grupp genom sin position i strukturen
  
• "strukturella hål", som är ett högnivå-teori om hur/när/var en aktör ska stiga in i en struktur för att hitta en optimal nisch. Det handlar alltså främst om konkurrens, men jag tror att det skulle kunna vara något även för systemutveckling. Bibeln att läsa är Ronald Burts Structural Holes: The Social Structure of Competition, som utvidgar social network analysis till att gälla konkurrens
  
• använda t.ex. Barabasis nätverks-modell för att mäta sårbarheten i en systemstruktur.
  

Posted by hakank at 03:00 EM Posted to Dynamiska system | Komplexitet/emergens | Social Network Analysis/Complex Networks | Systemutveckling