Programma Completo
Ecco le attività proposte nel corso.
Partendo da sistemi semplici e intuitivi, il laboratorio si addentrerà nell’analisi di sistemi via via più complessi: in questo modo ottenere una visione significativa di ciò che è un sistema complesso risulterà fluido ed eccitante. Alternando presentazioni frontali ed esperimenti pratici, analizzeremo sistemi diversi che condividono l'ingrediente comune della complessità.
Questo laboratorio fornirà gli elementi per ottenere una visione unificata dei fenomeni che caratterizzano il nostro tempo,
dai social-network al cambiamento climatico, dagli ecosistemi alle epidemie,
dalla complessità del sistema socio-economico al funzionamento del nostro cervello.
Con il corso di formazione "Semplicemente Complesso" i partecipanti acquisiranno:
-
la consapevolezza che il mondo che ci circonda può essere descritto scientificamente come un "sistema di sistemi", in cui ogni parte è connessa a tutte le altre;
-
gli strumenti per poter individuare le analogie tra diversi fenomeni naturali e artificiali e per poterli sintetizzare
attraverso pochi concetti essenziali;
-
la capacità di ricostruire reti di causa-effetto alla base del funzionamento di molti sistemi reali (ecosistemi, sistema economico, sistema climatico);
-
la capacità di determinare le qualità di un sistema dinamico: il suo stato di equilibrio, il grado di complessità, la funzione dei sottosistemi, la tipologia di interazione tra le parti;
Parte I
Introduzione
Primo esperimento interattivo e introduzione alla scienza dei sistemi complessi.
Verranno mostrati numerosi esempi di sistemi reali evidenziando le caratteristiche che accomunano fenomeni apparentemente molto diversi.
Cos'è un sistema?
CONTENUTI: analisi degli elementi principali di un sistema semplice. L’equilibrio stabile e instabile.
OBIETTIVI: introdurre il linguaggio, i concetti e l’approccio dello studio dei sistemi.
Comprendere le regole di funzionamento di un sistema semplice con strumenti adatti all’analisi di sistemi più complessi.
Il pendolo
CONTENUTI: analisi del comportamento del pendolo. Il concetto di “ciclo”.
OBIETTIVI: comprendere che anche un movimento (ad esempio un ciclo) è un comportamento di "equilibrio".
Onda di pendoli
CONTENUTI: analisi di un sistema di pendoli con diversa frequenza ed esperienza diretta del comportamento di un sistema semplice a più componenti.
OBIETTIVI: evidenziare la differenza tra complesso e complicato. Comprendere che un sistema può essere composto da più elementi e che il comportamento all’equilibrio deve tenere in conto l’intero insieme degli elementi.
Sincronizzazione dei metronomi
CONTENUTI: analisi di un sistema complesso di pendoli (metronomi). Primo contatto con un sistema complesso. Concetto di interazione/scambio di informazione tra componenti di un sistema complesso.
OBIETTIVI: comprendere che un sistema complesso è un sistema in cui le singole componenti si influenzano mutualmente scambiando informazione. Dedurre le differenze tra il precedente sistema e quello in analisi. Osservare una dinamica auto-organizzata dovuta a interazioni locali che porta il sistema a mutare il proprio comportamento collettivo.
Attrattori e frattali
CONTENUTI: introduzione del concetto di attrattore inteso come traiettoria di stato del sistema all’equilibrio. Esempi di attrattori. Introduzione del concetto di “attrattore frattale” ed esempi (questo argomento sarà trattato dando maggior rilevanza agli aspetti qualitativi e intuitivi, mentre il rigore matematico e analitico saranno lasciati in secondo piano). Accenni alla teoria del caos e all'effetto farfalla
OBIETTIVI: osservare come un oggetto geometrico rigoroso può mostrare delle affascinanti asimmetrie "naturali". Comprendere la differenza tra "caso" e "caos". Saper riconoscere esempi di attrattori, dinamiche caotiche, insiemi frattali.
Reti di sistemi
CONTENUTI: introduzione del concetto di rete di sistemi. Le caratteristiche principali delle reti (elementi cotitutivi, topologie fondamentali, descrittori di centralità). Esempi di rete nel mondo naturale, artificiale e virtuale (reti trofiche, reti tecnologiche, social networks).
OBIETTIVI: comprendere l'importanza del concetto di "interazione" e l'influenza che la "forma" della rete di interazioni tra le parti di un sistema può avere sulla sua dinamica collettiva.
Simulazioni di sistemi complessi
CONTENUTI: tramite l’utilizzo di alcuni simulatori con una semplice interfaccia grafica i partecipanti potranno sperimentare il comportamento di alcuni sistemi complessi facendo variare alcuni parametri dei sistemi modellizzati (stormi di uccelli, epidemie, incendi nelle foreste, ecc.).
OBIETTIVI: mostrare come i modelli matematici creati per descrivere i sistemi complessi possano essere utilizzati per comprenderne l’effettivo comportamento globale di un sistema, partendo da semplici regole locali. Permettere ai partecipanti di visualizzare in maniera semplice la relazione tra la matematica utilizzata nei modelli e il loro potere descrittivo e predittivo.
Parte II
Ricostruzione di una rete
CONTENUTI: a partire da una traccia, i partecipanti divisi in gruppi di lavoro saranno chiamati a ricostruire una rete di interazioni definendone i nodi (gli elementi dinamici) e le connessioni (l’insieme delle interazioni tra i nodi).
OBIETTIVI: stimolare il pensiero sistemico in modo "creativo", attraverso la definizione delle relazioni tra le diverse parti di un sistema.
Analisi della rete
CONTENUTI: sulla base di quanto emerso dalla discussione interna al gruppo di lavoro circa alcune caratteristiche della rete, saranno introdotte alcune metriche per l’analisi topologica della rete (grado dei nodi, betweenness, densità, ecc.).
OBIETTIVI: definire il concetto di "importanza" di un elemento all'interno di un sistema e saperlo esprimere matematicamente. Osservare che l'importanza di un elemento può essere dovuta agli elementi a cui esso è connesso.
Revisione della rete
CONTENUTI: il gruppo di lavoro sarà invitato a modificare la struttura della rete, per osservare che anche dei piccoli cambiamenti possono alterare drasticamente le caratteristiche globali di un sistema.
OBIETTIVI: capire l'influenza dei cambiamenti strutturali in un sistema. Riassumere e chiarire l'importanza delle singole "parti" sul comportamento del "tutto" per meglio comprendere che "tutto è connesso".
Parte I
Introduzione
Primo esperimento interattivo e introduzione alla scienza dei sistemi complessi. Verranno mostrati numerosi esempi di sistemi reali evidenziando le caratteristiche che accomunano fenomeni apparentemente molto diversi.
Cos'è un sistema?
CONTENUTI: analisi degli elementi principali di un sistema semplice. L’equilibrio stabile e instabile.
OBIETTIVI: introdurre il linguaggio, i concetti e l’approccio dello studio dei sistemi.
Comprendere le regole di funzionamento di un sistema semplice con strumenti adatti all’analisi di sistemi più complessi.
Il pendolo
CONTENUTI: analisi del comportamento del pendolo. Il concetto di “ciclo”.
OBIETTIVI: comprendere che anche un movimento (ad esempio un ciclo) è un comportamento di "equilibrio".
Onda di pendoli
CONTENUTI: analisi di un sistema di pendoli con diversa frequenza ed esperienza diretta del comportamento di un sistema semplice a più componenti.
OBIETTIVI: evidenziare la differenza tra complesso e complicato. Comprendere che un sistema può essere composto da più elementi e che il comportamento all’equilibrio deve tenere in conto l’intero insieme degli elementi.
Sincronizzazione dei metronomi
CONTENUTI: analisi di un sistema complesso di pendoli (metronomi). Primo contatto con un sistema complesso. Concetto di interazione/scambio di informazione tra componenti di un sistema complesso.
OBIETTIVI: comprendere che un sistema complesso è un sistema in cui le singole componenti si influenzano mutualmente scambiando informazione. Dedurre le differenze tra il precedente sistema e quello in analisi. Osservare una dinamica auto-organizzata dovuta a interazioni locali che porta il sistema a mutare il proprio comportamento collettivo.
Attrattori e frattali
CONTENUTI: introduzione del concetto di attrattore inteso come traiettoria di stato del sistema all’equilibrio. Esempi di attrattori. Introduzione del concetto di “attrattore frattale” ed esempi (questo argomento sarà trattato dando maggior rilevanza agli aspetti qualitativi e intuitivi, mentre il rigore matematico e analitico saranno lasciati in secondo piano). Accenni alla teoria del caos e all'effetto farfalla
OBIETTIVI: osservare come un oggetto geometrico rigoroso può mostrare delle affascinanti asimmetrie "naturali". Comprendere la differenza tra "caso" e "caos". Saper riconoscere esempi di attrattori, dinamiche caotiche, insiemi frattali.
Reti di sistemi
CONTENUTI: introduzione del concetto di rete di sistemi. Le caratteristiche principali delle reti (elementi cotitutivi, topologie fondamentali, descrittori di centralità). Esempi di rete nel mondo naturale, artificiale e virtuale (reti trofiche, reti tecnologiche, social networks).
OBIETTIVI: comprendere l'importanza del concetto di "interazione" e l'influenza che la "forma" della rete di interazioni tra le parti di un sistema può avere sulla sua dinamica collettiva.
Simulazioni di sistemi complessi
CONTENUTI: tramite l’utilizzo di alcuni simulatori con una semplice interfaccia grafica i partecipanti potranno sperimentare il comportamento di alcuni sistemi complessi facendo variare alcuni parametri dei sistemi modellizzati (stormi di uccelli, epidemie, incendi nelle foreste, ecc.).
OBIETTIVI: mostrare come i modelli matematici creati per descrivere i sistemi complessi possano essere utilizzati per comprenderne l’effettivo comportamento globale di un sistema, partendo da semplici regole locali. Permettere ai partecipanti di visualizzare in maniera semplice la relazione tra la matematica utilizzata nei modelli e il loro potere descrittivo e predittivo.
Parte II
Ricostruzione di una rete
CONTENUTI: a partire da una traccia, i partecipanti divisi in gruppi di lavoro saranno chiamati a ricostruire una rete di interazioni definendone i nodi (gli elementi dinamici) e le connessioni (l’insieme delle interazioni tra i nodi).
OBIETTIVI: stimolare il pensiero sistemico in modo "creativo", attraverso la definizione delle relazioni tra le diverse parti di un sistema.
Analisi della rete
CONTENUTI: sulla base di quanto emerso dalla discussione interna al gruppo di lavoro circa alcune caratteristiche della rete, saranno introdotte alcune metriche per l’analisi topologica della rete (grado dei nodi, betweenness, densità, ecc.).
OBIETTIVI: definire il concetto di "importanza" di un elemento all'interno di un sistema e saperlo esprimere matematicamente. Osservare che l'importanza di un elemento può essere dovuta agli elementi a cui esso è connesso.
Revisione della rete
CONTENUTI: il gruppo di lavoro sarà invitato a modificare la struttura della rete, per osservare che anche dei piccoli cambiamenti possono alterare drasticamente le caratteristiche globali di un sistema.
OBIETTIVI: capire l'influenza dei cambiamenti strutturali in un sistema. Riassumere e chiarire l'importanza delle singole "parti" sul comportamento del "tutto" per meglio comprendere che "tutto è connesso".