stringtranslate.com

Край хаоса

Граница хаоса — это переходное пространство между порядком и беспорядком , которое, как предполагается, существует в широком спектре систем. Эта переходная зона — область ограниченной нестабильности, которая порождает постоянное динамическое взаимодействие между порядком и беспорядком. [2]

Несмотря на то, что идея границы хаоса абстрактна, она имеет множество приложений в таких областях, как экология, [3] управление бизнесом, [4] психология, [5] политология и другие области социальных наук . Физики показали, что адаптация к границе хаоса происходит почти во всех системах с обратной связью. [6]

История

Фраза «граница хаоса» была придумана в конце 1980-х годов физиком -теоретиком хаоса Норманом Паккардом . [7] [8] В следующем десятилетии Паккард и математик Дойн Фармер стали соавторами многих статей о том, как самоорганизация и порядок возникают на границе хаоса. [7] Одним из первоначальных катализаторов, которые привели к идее границы хаоса, были эксперименты с клеточными автоматами, проведенные ученым-компьютерщиком Кристофером Лэнгтоном , где было обнаружено явление перехода. [9] [10] [11] Фраза относится к области в диапазоне переменной λ (лямбда), которая изменялась при изучении поведения клеточного автомата (КА). При изменении λ поведение КА проходило через фазовый переход поведения. Лэнгтон нашел небольшую область, благоприятную для создания КА, способных к универсальным вычислениям . [10] [9] [12] Примерно в то же время физик Джеймс П. Кратчфилд и другие использовали фразу « начало хаоса» для описания более или менее той же концепции. [13]

В науке в целом эта фраза стала относиться к метафоре, согласно которой некоторые физические, биологические, экономические и социальные системы функционируют в области между порядком и полной случайностью или хаосом , где сложность максимальна. [14] [15] Однако общность и значимость этой идеи с тех пор были поставлены под сомнение Мелани Митчелл и другими. [16] Эта фраза также была заимствована бизнес-сообществом и иногда используется ненадлежащим образом и в контекстах, далеких от первоначального значения термина. [ необходима ссылка ]

Стюарт Кауффман изучал математические модели развивающихся систем, в которых скорость эволюции максимальна вблизи границы хаоса. [17]

Приспособление

Адаптация играет жизненно важную роль для всех живых организмов и систем. Все они постоянно меняют свои внутренние свойства, чтобы лучше соответствовать текущей среде. [18] Наиболее важными инструментами адаптации являются саморегулирующиеся параметры, присущие многим природным системам. Характерной чертой систем с саморегулирующимися параметрами является способность избегать хаоса . Название этого явления — «Адаптация к краю хаоса» .

Адаптация к границе хаоса относится к идее о том, что многие сложные адаптивные системы (CAS), по-видимому, интуитивно развиваются в направлении режима вблизи границы между хаосом и порядком. [19] Физика показала, что граница хаоса является оптимальными настройками для управления системой. [20] Это также необязательная настройка, которая может влиять на способность физической системы выполнять примитивные функции для вычислений. [21] В CAS коэволюция обычно происходит вблизи границы хаоса, и необходимо поддерживать баланс между гибкостью и устойчивостью, чтобы избежать структурного отказа. [22] [23] [24] [25] В качестве ответа на преодоление турбулентных сред CAS выявляют гибкость , креативность, [26] ловкость , антихрупкость и инновации вблизи границы хаоса, при условии, что эти системы достаточно децентрализованы и неиерархичны. [24] [23] [22]

Из-за важности адаптации во многих природных системах, адаптация к границе хаоса занимает видное место во многих научных исследованиях. Физики продемонстрировали, что адаптация к состоянию на границе хаоса и порядка происходит в популяции правил клеточных автоматов , которые оптимизируют производительность, развивающуюся с помощью генетического алгоритма . [27] [28] Другим примером этого явления является самоорганизованная критичность в моделях лавин и землетрясений. [29]

Простейшей моделью для хаотической динамики является логистическая карта . Самонастраивающаяся динамика логистической карты демонстрирует адаптацию к границе хаоса. [30] Теоретический анализ позволил предсказать местоположение узкого режима параметров вблизи границы, к которой эволюционирует система. [31]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Шварц, Катрина (6 мая 2014 г.). «На краю хаоса: где процветает творчество». KQED . Архивировано из оригинала 23 апреля 2022 г. Получено 2 июня 2022 г.
  2. ^ Complexity Labs. "Edge of Chaos". Complexity Labs . Архивировано из оригинала 15 мая 2017 года . Получено 24 августа 2016 года .
  3. ^ Ранджит Кумар Упадхай (2009). «Динамика экологической модели, живущей на грани хаоса». Прикладная математика и вычисления . 210 (2): 455–464. doi :10.1016/j.amc.2009.01.006.
  4. ^ Дерагон, Джей. «Управление на грани хаоса». Экономика взаимоотношений .
  5. ^ Лоулер, Э.; Тай, С.; Юн, Дж. (2015). Порядок на грани хаоса. Социальная психология и проблема социального порядка . Cambridge University Press . ISBN 9781107433977.
  6. ^ Wotherspoon, T.; et., al. (2009). «Адаптация к краю хаоса с обратной связью случайных вейвлетов». J. Phys. Chem. A. 113 ( 1): 19–22. Bibcode :2009JPCA..113...19W. doi :10.1021/jp804420g. PMID  19072712.
  7. ^ ab A. Bass, Thomas (1999). The Predictors: How a Band of Maverick Physicists Using Chaos Theory to Trade They Way to a Fortune on Wall Street. Henry Holt and Company. стр. 138. ISBN 9780805057560. Получено 12 ноября 2020 г. .
  8. ^ H. Packard, Norman (1988). «Адаптация к краю хаоса». Иллинойсский университет в Урбане-Шампейне, Центр исследований сложных систем . Получено 12 ноября 2020 г.
  9. ^ ab "Edge of Chaos". systemsinnovation.io. 2016. Архивировано из оригинала 12 ноября 2020 г. Получено 12 ноября 2020 г.
  10. ^ ab A. Bass, Thomas (1999). The Predictors: How a Band of Maverick Physicists Using Chaos Theory to Trade They Way to a Fortune on Wall Street. Henry Holt and Company. стр. 139. ISBN 9780805057560. Получено 12 ноября 2020 г. .
  11. ^ Шоу, Патрисия (2002). Изменение разговоров в организациях: комплексный подход к изменениям. Routledge. стр. 67. ISBN 9780415249140. Получено 12 ноября 2020 г. .
  12. ^ Лэнгтон, Кристофер. (1986). «Изучение искусственной жизни с помощью клеточных автоматов». Physica D. 22 ( 1–3): 120–149. Bibcode :1986PhyD...22..120L. doi :10.1016/0167-2789(86)90237-X. hdl : 2027.42/26022 .
  13. ^ P. Crutchfield, James; Young, Karl (1990). «Computation at the Onset of Chaos» (PDF) . Получено 11 ноября 2020 г. .
  14. ^ Шульман, Элен (1997). Жизнь на грани хаоса, сложные системы в культуре и психике. Даймон. стр. 115. ISBN 9783856305611. Получено 11 ноября 2020 г. .
  15. ^ Сложное мышление в физическом воспитании: переосмысление учебной программы, педагогики и исследований; под редакцией Алана Овенса, Джой Батлер, Тима Хоппера. Routledge. 2013. стр. 212. ISBN 9780415507219. Получено 11 ноября 2020 г. .
  16. ^ Митчелл, Мелани; Т. Храбер, Питер; П. Кратчфилд, Джеймс (1993). «Возвращаясь к границе хаоса: эволюция клеточных автоматов для выполнения вычислений» (PDF) . Получено 11 ноября 2020 г. .
  17. ^ Грос, Клавдий (2008). Комплексные и адаптивные динамические системы. Учебник. Springer Berlin Heidelberg. стр. 97, 98. ISBN 9783540718741. Получено 11 ноября 2020 г. .
  18. ^ Строгац, Стивен (1994). Нелинейная динамика и хаос . Westview Press .
  19. ^ Кауфман, С.А. (1993). Истоки порядка, самоорганизации и отбора в эволюции . Нью-Йорк: Oxford University Press . ISBN 9780195079517.
  20. ^ Пьер, Д.; и др. (1994). «Теория адаптации и конкуренции, применяемая к динамике логистической карты». Physica D. 75 ( 1–3): 343–360. Bibcode :1994PhyD...75..343P. doi :10.1016/0167-2789(94)90292-5.
  21. ^ Лэнгтон, Калифорния (1990). «Вычисление на краю хаоса». Physica D. 42 ( 1–3): 12. Bibcode : 1990PhyD...42...12L. doi : 10.1016/0167-2789(90)90064-v. OSTI  7264125.
  22. ^ ab L. Levy, David. "Применение и ограничения теории сложности в теории организаций и стратегии" (PDF) . umb.edu . Получено 23 августа 2020 г. .
  23. ^ ab Берреби, Дэвид (1 апреля 1996 г.). «Между хаосом и порядком: чему теория сложности может научить бизнес». strategy-business.com . Получено 23 августа 2020 г. .
  24. ^ ab B. Porter, Terry. «Коэволюция как исследовательская основа для организаций и природной среды» (PDF) . Университет штата Мэн . Получено 23 августа 2020 г. .
  25. ^ Кауфман, Стюарт (15 января 1992 г.). «Коэволюция в сложных адаптивных системах». Институт Санта-Фе . Получено 24 августа 2020 г.
  26. ^ A Lambert, Philip (июнь 2018). «The Order-Chaos Dynamics of Creativity». University of New Brunswick . Получено 24 августа 2020 г.
  27. ^ Packard, NH (1988). «Адаптация к краю хаоса». Динамические паттерны в сложных системах : 293–301.
  28. ^ Митчелл, М.; Храбер, П.; Кратчфилд, Дж. (1993). «Возвращаясь к краю хаоса: развитие клеточных автоматов для выполнения вычислений». Complex Systems . 7 (2): 89–130. arXiv : adap-org/9303003 . Bibcode : 1993adap.org..3003M.
  29. ^ Бак, П.; Тан, К.; Визенфельд, К. (1988). «Самоорганизованная критичность». Physical Review A. 38 ( 1): 364–374. Bibcode : 1988PhRvA..38..364B. doi : 10.1103/PhysRevA.38.364. PMID  9900174.
  30. ^ Melby, P.; et., al. (2000). «Адаптация к краю хаоса в самонастраивающейся логистической карте». Phys. Rev. Lett . 84 (26): 5991–5993. arXiv : nlin/0007006 . Bibcode :2000PhRvL..84.5991M. doi :10.1103/PhysRevLett.84.5991. PMID  10991106.
  31. ^ Baym, M.; et., al. (2006). «Сохраняющиеся величины и адаптация к краю хаоса». Physical Review E. 73 ( 5): 056210. Bibcode : 2006PhRvE..73e6210B. doi : 10.1103/PhysRevE.73.056210. PMID  16803029.

Внешние ссылки