[대학 교양수업 복습 +8년후] 복잡계 이론 Complex System (썸네일: 구글 나노바나나)

1. What is Complex System?

/Table of Contents/

1. What is Complex System? 
   1. Why dynamics become complex?
   2. Various definitions of complex system
   3. Characteristics of complex system
 
2. Traditional Science VS. Complex System
 
3. Background of Complex System
   1. Redectionism
   2. Holism
   3. System theory
   4. Complex system
 

/Why do we Complex system know?/ 왜 복잡계를 공부해야 하는 가 ....

1. 현실세계와 닮았기 때문에 폭넓게 이해하기 위해 알아야 함.
2. Dynamic세상의 창발현상을 제어하고 파국적인 결과를 대처하기 위함.
   창발현상: 거시적인 질서, 복잡함 속의 질서
 
ex. 주가변동의 다이내믹스 - 대표적 예: 주식 시장(역동적임)
 

/Why dynamics become complex?/

1. 현상(이벤트)을 발생하게 하는(또는 설명하기 위한) 변수의 종류와 수가 많기 때문 -> 고려해야 할 변수가 많다.
2. 현상에 관여하는 변수들을 또는 변수들간 법칙을 잘 알지 못하기 때문 -> 미시차원의 변수들간 상호영량력을 알 수 없다.
3. 현상에 관여하는 변수들이 서로 다양한 영향을 주고받으며 적응해나가기 떄문 -> 변수들은 고정적이지 않다.
 
케이스1. 나이키의 신발에 대한 디자인 자율성 제공 - 충분한 변수를 고려했으나 실패
케이스2. 그레이의 50가지 그림자 - 문화와 맞지 않아 우리나라에서만 실패
케이스3. IT산업 - 끊임없이 진화하는 변수들 - 짧은 주기마다 교체시켜야 함.
*아주 많은 동의를 한다. 2년마다 한번씩 웹사이트를 바꿔주는 곳이 있다.
 
 
- 복잡계란?
많은 구성요소들의 상호작용을 통해 구성요소 하나하나의 특성과는 사뭇 다른 새로운 현상과 질서가 나타나는 시스템
 
Brian Arthur
"복잡계"란 우수한 요소가 상호 간섭해서 어떤 패턴을 형성하거나, 예상외의 성질을 나타내거나, 각 패턴이 각 요소 자체에 되먹임(feedback loop)되는 시스템이다. 복잡계는 시간의 흐름에 따라 끊임없이 진화하고 펼쳐지는 과정에 있는 시스템이다.
Herbert A. Simon
"복잡계"란 많은 구성요소들이 그들 사이에 비교적 많은 연관관계를 가져서 각 구성요소의 행동이 다른 요소들의 행동에 좌우되는 시스템이다.
Murray Gell Mann
"복잡계"는 그 특징이 구성요소들을 이해하는 것만으로는 완벽하게 설명되지 않는 시스템이다. 복잡계는 상호작용을 하며 얽혀있는 많은 부분, 개체, 행위자들로 구성되어 있다. 
너무 많은 참조자들..
 
복잡계란 상호작용하는 수많은 행위자를 가지고 있어 그들의 행동을 종합적으로 이해해야만 하는 시스템이다. 이러한 종합적인 행동은 비선형적이어서 개별요소들의 행동을 단순히 합해서 유도해낼 수도 없다.
 
복잡계는 그 변화가 초기 조건이나 작은 요동에 매우 민감하거나, 독립적으로 상호작용하는 아주 많은 구성요소를 지니고 있거나, 다양한 진화 경로의 가능성을 갖고 있는 시스템이다.
 
 
Emergence
 
- 수많은 구성요소들로 이루어져 있으며, 이들 구성요소들은 독립적으로 존재하지 않고 다양한 상호작용을 주고 받음.
- 이 결과 구성요소를 따로따로 놓고 봤을 때의 특성과는 사뭇 다른 거시적인 새로운 현상과 질서가 나타남.
- 이 새로운 질서의 출현을 '창발(Emergence)'이라고 하며, 이로 인해 나타나는 질서적인 현상을 '창발현상(emergent behavior)'이라고 정의한다.
/Complex 는 혼란, 엮다, 아름다움, 질서 등 뜻을 지니고 있음
 
ex. 붉은 악마 syndrome 
 

/Characteristics of complex system/

1. 상호작용하는 많은 구성요소를 가지고 있다.
2. 구성요소들의 상호작용은 비선형적(nonlinear)이다.
3. 구성요소들의 상호작용은 흔히 되먹임 고리(feedback loop)를 형성한다.
4. 열린 시스템(open system)이며 그 경계가 불분명하다.
5. 구성요소는 또 다른 복잡계이며 종종 끊임없이 적응해나간다.(진화한다)
 
1. Components(많은 구성요소) : 인간의 몸
2. Nonlinear(비선형적) : 비극적인 결과를 부름, 작은 변화가 혼란 및 혼돈 및 변화를 가져온다.
ex. 스페인 독감 : 한명 -> 전 인구의 1/3명이 죽음
3. Feedback loop (되먹임고리) : 물고기와 해양생물 간의 서식 관계
4. Open system(오픈 시스템) : 슈퍼 안의 약국, 북카페(북이 먼저? 카페가 먼저?) 경계의 모호함, 어디서부터 시작됐는지 모름
5. Evolotion(진화) : 고래의 선조
 
복잡계 특징들
1. 다양한 구성요소
2. 자기조직화(self-organization)
3. 창발(Emergence)
4. 계층구조
5. 임계현상
6. 되먹임 고리(Feedback loop)
7. 비선형(Nonlinear)
8. 열린 시스템(Open System)
9. 혼돈(Chaos)
10. 진화
11. 통제구조
12. 자기유사성
13. 축척(Scale)
 
/Traditional Science VS. Complex System/
 
Isaac Newton's 결정론적 paradigm
- 작은 입력으로 균등하게 작은 효과를 거둘 수 있는 선형 관계
- 인과 관계(원인과 결과가 이미 정해져있다.)
- 안정, 질서, 평형 등을 강조
- 초기값이 결과에 영향을 주지 않는다.
 
VS.
 
복잡계 paradigm *예) 1+1 = 8
- 작은 입력으로 막대한 효과
- 비선형적, 비예측성(그로 인한 emergence)
- 순환고리적 상호관계(되먹임 고리)
- 시간의 흐름에 민감한 일시성
- 초기값이 결과에 영향을 준다.
 
Traditional Science
- 평형, 균형 시스템
- 선형적 인간관계
- 부정피드백
- 패러독스 부정
- 예측 가능성
- 분석적 환원주의
 
Complex System
- 비평형 시스템
- 비선형적 순환적
- 인간관계
- 긍정피드백
- 패러독스 인정
- 예측 불가능
- 통합적 전일주의
 
 
 
EX. 아내가 바가지를 많이 긁을 수록 남편의 귀가 시간이 늦을 것이다.
전통 과학: 일정한 그래프
복잡성 과학: 갑자기 귀가 시간이 늦어짐 -> 비극적 결과를 도출할 가능성 높다. / 예측 못함 / 원인의 불분명성(Open System)
 

아주 오랜 얘기지만, 복잡계 수업에서 팀 발표 과제를 진행했다.
조장이 각 팀원 점수를 매길 수 있었는데 팀원 모두가 보는 앞에서 진행됐다.
(비록 침묵 속이었지만)
그이는 비참여 인원도 모두 A를 주었다.
이것도 과연 복잡계에 속할까?

출처: 위키피디아

#2. Chaos Theory

/왜 공부해야 하는가?/

- 불확실한 미래를 예측, 파국을 대비

- 현재의 복잡한 상황을 도식화하여 데이터를 얻기 위해서

- 2008 리먼사태, 2011 후쿠시마 원전사건(자연현상이었음, 해일: 원인)

 

/Characteristics of Complex System/

출처: (문제시 삭제) https://www.google.com/url?sa=i&url=https%3A%2F%2Fwww.researchgate.net%2Ffigure%2FCharacteristics-of-complex-systems-36_fig9_281047044&psig=AOvVaw25hwooaO5YdkiLR8FY0grL&ust=1764581868201000&source=images&cd=vfe&opi=89978449&ved=0CBgQjhxqFwoTCKD20e3JmZEDFQAAAAAdAAAAABAE

 

 

- 혼돈은 복잡계와 같지 않다. 혼돈은 안좋은 결과를 불러온다.

- 진화는 복잡계 안에 포함이 된다.

 

/4C 이론 - 이론의 역사를 그다지 좋아하지 않는다... 항상 어렵기만 하다../

Cybernetics(사이버네틱스): 1950's~1960's~

Catastrophe Theory(파국 이론): 1970's~

Chaos Theory(카오스 이론): 1980's~

Complex System Theory(복잡계 이론): 1990's~

 

/Cybernetics(사이버네틱스)/

사이버네틱스란: 

-> 기계, 인간 사이에 있는 메세지를 전달하는 학문임.

 

- 어원: 키잡이를 뜻하는 그리스어 kybernetes(선박조정술)

- 일반적으로 생명체, 기계, 조직과 또 이들의 조합을 통해 통신과 제어를 연구하는 학문

- 학문의 목적: 제어와 소통 일반의 문제점들을 해결하기 위한 언어와 기술을 개발하는 것 뿐만 아니라,  명확한 개념을 가진 그들의 독특한 표현을 분류하기 위한 적절한 아이디어와 기술방식을 찾는 것.

ex. 비행기의 경로 예측: 능동적으로 방향을 수정하는 시스템이 필요함

ex. 영화 Her : 인공지능과의 로맨스

ex. 영화 Transcendence : 인간의 뇌를 컴퓨터로 업로드

ex. 영화 AI : 아이를 잃은 부모들의 '욕망의 대체품'을 만드는 사람

 

/Catastrophe Theory(파국이론)/

파국이론이란

- 겉보기에는 안정한 계(사실은 불안정)가 외부의 작은 자극에 불안정이 점점 증가하여 아주 짧은 시간에 그 계가 아주 짧은 시간에 큰 변화를 겪는 현상

- 수학적 모델에서 안정과 불안정 상태에서 급격한 변화(짧은 사이에)

 

안정적인 상태 -> (변화 스트레스를 주면)(임계점을 넘지 않으면) -> 변화 스트레스 충격 흡수 -> 안정화 상태로 되돌아감 

안정적인 상태 -> (변화 스트레스를 주면)(임계점을 넘으면) -> 스트레스를 흡수하지 못하고 파국적인 변화를 겪게 됨

 

*사랑으로 Catastrophe 설명 가능함

Christoper Zeeman 활용

처음 만남 - 꽃을 선물함 - 약속을 어김 - 다툼 - 편지 보냄 (각 단계별로 총 사랑의 양을 계산, 다툼 부분에서 임계점 발생)

 

Chaos(비예측성) - Butterfly effect. 

- 파국이론이 카오스 이론을 만들어냄

- 파국이론의 결과를 영향받는 이론 
 

 

 

 

 

출처: 가천대 복잡계 이론 교양 수업 - 김은주 교수님