_______________________________________________________________ emergence : de la fascination à la...

Emergence : de la fascination à la compréhension 15 décembre 2008 Hervé ZWIRN

_______________________________________________________________

Apparition et développement des concepts d’émergence

Hervé ZWIRN

Emergence : de la fascination à la compréhension15 décembre 2008


_______________________________________________________________Emergence (un peu d’histoire)XIXième siècle : John Stuart Mill, Alexander Bain, George Henry Lewes :Différence entre effets résultants et émergents

Mill :

• Effets homopathiques : se réduisent à la somme des effets de chacune de leurs causes

• Effets hétéropathiques : pour lesquels une telle réduction est impossible

Le tout est plus que la somme de ses parties

Lewes :

• « Emergent » (effets hétéropathiques)• Tout effet est bien la résultante de ses facteurs, mais il n’est pas toujours possible de

suivre les étapes du processus qui permet de retrouver dans le produit des facteurs le mode d’opération de chacun d’entre eux

• Ce qui émerge n’est pas comparable aux constituants qui lui ont donné naissance, car ce n’est réductible ni à leur somme ni à leur différence


_______________________________________________________________Emergence (un peu d’histoire)(1920) Samuel Alexander et Lloyd Morgan : « évolutionnisme émergent » : l’Univers se développe en faisant apparaître des configurations de plus en plus complexes et des niveaux d’organisation de plus en plus sophistiqués

(1925) sortir du débat entre vitalistes et mécanistes : Broad propose une théorie émergentiste intermédiaire entre les deux :

Ce qui émerge est donc à la fois totalement dû au niveau inférieur et nouveau par rapport à celui-ci Matérialisme non réductionniste :

Une loi L ou une propriété P est émergente à un certain niveau A si :

1) entièrement due à la configuration adoptée par les constituants de niveau inférieur B ;2) totalement irréductible en ce sens qu’il serait impossible, même avec la connaissance complète des propriétés des constituants du niveau inférieur B et des capacités de calcul infinie, de prédire que le niveau A obéit à la loi L ou possède la propriété P.


_______________________________________________________________Emergence (un peu d’histoire)

Compréhensible dans le contexte scientifique de l’époque :

Mystère de la liaison chimique où certains éléments se lient à d'autres en donnant de nouveaux éléments aux propriétés totalement différentes de leurs constituants

Thèse émergentiste forte : certaines configurations, donnent naissance à de nouvelles forces fondamentales et à de nouvelles lois qui ne sont pas réductibles aux lois connues.

Solution : MECANIQUE QUANTIQUE


_______________________________________________________________Le renouveau du débat

• Etude des systèmes dynamiques non linéaires : Phénomènes d’auto organisation

• Des règles simples peuvent engendrer des comportements qui ne le sont pas

• Utilisation de l’ordinateur

Cadre général des systèmes complexes


_______________________________________________________________Qu’est-ce qu’un système complexe ?SYSTEME COMPLEXE ?

Un système complexe est composé de constituants qui interagissent de manière non triviale (non linéaire, boucles de rétroaction…)

Complexe Compliqué

1. Simple

2. Compliqué

3. Complexe

7

_______________________________________________________________Qu’est-ce qu’un système complexe ?

Simple

On peut suivre la propagation du mouvement de proche en proche

On peut facilement comprendre le comportement du système car on peut simuler mentalement sa dynamique


_______________________________________________________________

Compliqué

On peut analyser sa fonction comme composée de plusieurs fonctions distinctes qui se combinent. On peut tracer le fonctionnement de chacun des constituants de manière indépendante

Une fois décomposé convenablement, on peut comprendre (même si ce n’est plus facile) le fonctionnement du système car on peut encore simuler mentalement la manière dont les différentes fonctions donnent naissance à la fonction principale (schéma mental)

Qu’est-ce qu’un système complexe ?



Compliqué

Il est possible de découper le système en sous-systèmes (plus simples) dont le comportement peut s’analyser indépendamment les uns des autres. On peut ensuite reconstituer le comportement global comme une succession ou une juxtaposition des sous comportements.



Complexe

Le comportement global ne peut plus être analysé comme succession ou juxtaposition de comportement de sous-systèmes indépendants

Tous les constituants concourent simultanément au comportement du système

?

On ne peut découper le système pour l’étudier :

comportement holistique



SimpleA B C D

+1 -0.5 +2

Complexe

-1

A

B

+1

-1

+0.5 C

+10% +10% -5% -10%

+20% ?



A B C10,0000 12,0000 8,0000

12,000014,4000 6,4000

10,8000 17,280015,5520 7,0400

11,3400 13,996814,6966 6,6880

11,0565 15,431515,0457 6,8552

11,1947 14,669514,8529 6,7695

11,1247 15,038614,9446 6,8118

11,1595 14,851214,8976 6,7905

11,1421 14,944114,9208 6,8011

11,1508 14,897514,9091 6,7958

11,1464 14,920814,9149 6,7985

11,1486 14,909114,9120 6,7972

11,1475 14,914914,9135 6,7978

11,1480 14,912014,9128 6,7975



Des systèmes complexes :o Automate cellulaire, réseau booléeno Réseau aimanté, galaxieo Chaîne de production industrielle, marché financiero Langageo Ville, économie nationaleo Interneto Embouteillageo Société humaineo Celluleo Cerveauo Etre vivant


_______________________________________________________________Proprietés des Systèmes Complexes

Automates cellulaires

Règles simples / comportement qui ne l’est pas


_______________________________________________________________Automates cellulaires

0 1 0 1 1 0 1 0

Règle 90

1 0 1 0 1 0 1 0

Règle 170


_______________________________________________________________Automate cellulaire règle 110

0 1 1 0 1 1 1 0

<



Changement de la nature de compréhension du système

comportement holistique

La compréhension intuitive disparaît


_______________________________________________________________Auto organisation et émergence

Emergence• Caractéristique qui apparaît au niveau global et qui est difficilement prédictible à partir de la connaissance des règles du niveau inférieur• Des lois simples entre agents engendrent un comportement qui va au-delà des capacités individuelles de chacun d’entre eux• Pertinent au niveau global mais dépourvu de sens au niveau inférieur

Explication ?


_______________________________________________________________Des agents simples : les oiseaux

• Ils obéissent à 4 règles simples :

– Séparation: éviter de rentrer dans ses voisins

– Alignement: voler dans la même direction que ses voisins

– Cohésion: rester proche du centre de gravité de ses voisins

– Evitement: s’éloigner d’un éventuel obstacle

Vol d’oiseaux évitant des obstacles


_______________________________________________________________

REGLES:• La fourmi se déplace sur les cases à gauche, à droite, en haut, en bas.• Si la fourmi est sur une case noire, elle tourne de 90° vers la droite, change la couleur de

la case en blanc et avance d'une case.

• Si la fourmi est sur une case blanche, elle tourne de 90° vers la gauche, change la couleur de la case en noir et avance d'une case

Les fourmis de Langton


_______________________________________________________________Emergence

Synchronique- Identification d’une structure au niveau global

- Apparition d’une image dans un tableau pointilliste

Diachronique- Concerne le comportement dynamique du système

- Succession des états d’un automate cellulaire, vol d’oiseaux

- Apparition progressive d’une structure (anneaux de Saturne, vie,…)

2 sortes d’émergence :

Baisse de la complexité algorithmique ?

Faible profondeur de Bennett


_______________________________________________________________Prédiction = Simulation

Ecrire des équations décrivant la dynamique :– Difficile voire impossible– Inapproprié : Facteurs aléatoires / adaptation / itérations

• Modéliser le comportement des constituants du système (et de son environnement)

• Faire une simulation sur ordinateur

Simulation à base d’agents

Seule solution :


_______________________________________________________________Comprendre les phénomènes émergents

Comprendre (sens fort) un phénomène c’est :- Identifier les mécanismes qui régissent son comportement- Pouvoir relier mentalement l’état initial et l’état final

Exemple : Différence entre automate simple et règle 110

Nécessité de simulation sur un ordinateur la sensation de compréhension disparaît.

Plus de compréhension intuitive Emergence


_______________________________________________________________Emergence diachronique objective

Un système complexe a un comportement émergent ssi l’algorithme qui décrit sa dynamique est

computationnellement irréductible

Définition informelle par Wolfram : Pour connaître le comportement du système après n étapes, on ne peut faire autrement que le simuler et de passer par les (n-1) précédentes (règle 110 ?)

Demande à être précisée


_______________________________________________________________2 concepts d’émergence1. Emergence subjective : Il est trop difficile de suivre

mentalement la manière dont le phénomène se produit.

Cette limitation provient de nos capacités humaines

2. Emergence objective : Il n’y a pas de raccourci pour savoir comment le système se comporte. Dynamique computationnellement irréductible.

Emergence objective > Emergence subjective

Emergence subjective > Emergence objective (décimales )


_______________________________________________________________Comprendre les phénomènes émergents

Si prédire c’est simuler

Si la simulation est computationnellement irreductible

Nouvel affaiblissement du concept de compréhension

La vie ?La conscience ?

Concept de compréhension progressivement affaibli

_______________________________________________________________ emergence : de la fascination à la...

Documents