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Les systèmes complexes dynamiques

  • Groupe Émergence Paris
  • Michel Bloch
  • en collaboration avec Georges Lepicard
    et les conseils d’Alexandre Makarovitsch
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Introduction…

  • Interactions entre agents autonomes et avec leur environnement
  • Émergence = propriétés résultant des interactions
                        = difficiles à prévoir
  •   ð   Causes et effets non reliés d’une façon évidente
            Effets non proportionnels aux causes
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Monde réel mal décrit par physique et maths classiques
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Table des matières
  •       Introduction
  • Systèmes complexes dynamiques
    • Démonstration proies / prédateurs
  • Outils des sciences de la complexité
  • Et l’avenir…
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I. Systèmes complexes dynamiques
(1) Définition
  • Constitués d’éléments autonomes (agents) interagissant entre eux
    • Insectes : fourmilière, ruche  / Poissons, oiseaux : bancs, envolées
    • Espèces : écosystème                    ▪   Masses d’air : climat
    • Individus : foule (panique), bande (lynchage), marché (prix)…


          •  Les systèmes complexes, et
             les Réseaux sont présents partout !
  • Comportement global pas déductible de celui des éléments
    • « Le tout est supérieur à l’ensemble des parties »
    • En pratique non déterministe : CI peu différentes à émergence très différente
    • Des règles simples peuvent produire des émergences très complexes
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(2) Émergence
  • L’émergence = résultat spontané, au niveau d’un système complexe,
    du processus exécuté par des agents en interaction à un niveau inférieur.


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(3) Systèmes complexes auto adaptatifs (CAS)
Dominent dans le monde du vivant et organisations sociales

  • Propriétés des CAS
    • Auto organisation sous optimale (imparfaite mais plus robuste que concurrents)
    • Auto adaptation, Auto apprentissage, Co-évolution
    • Système gigogne (système = sous-système d’un autre système : Ville)




  • Caractéristiques des agents
    • Variété d’agents et interactivité
    • Agents autonomes (pas d’autorité supérieure : Marchés boursiers)

  • CAS situés au bord du chaos
    • Entre « équilibre = mort » et « chaos = disparition du système »
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(4) Approches des systèmes complexes
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Démonstration simulation : prédateurs / proies
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(5) Auto-organisation
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Exemple de la fourmilière : ni manager, ni plan
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(6) Co-évolution
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(7) Point de basculement
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II. Outils de la complexité 
(1) Non-linéarité et attracteurs
  • « Petites causes, grands effets »
    • Pour au moins une des variables effets non proportionnels aux causes
    • Difficiles / impossibles à résoudre à simulation sur PC (PC lunette pour Galilée)


  • Attracteurs :
    • Domaine de convergence du système dans un espace défini par des paramètres du système
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(2) Feedback
  • Forme d’interaction très importante dans les systèmes complexes
  • Une fraction du signal produit par le système agit sur son fonctionnement
    • Feedback négatif en cybernétique : effet modérateur
      Feedback de régulation (vitesse)
    • Feedback positif : effet amplificateur
      Feedback de divergence (résonance entre un pont et des marcheurs)


  • Exemples marketing dans un réseau
    • Positif : engouement par imitation des autres
    • Négatif et positif : fixation des prix par offre / demande (surcapacité / pénurie)


  • Importance centrale pour les propriétés des CAS
    • Auto-organisation ▪   Auto-administration
    • Co-évolution                   ▪   Sélection


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(3) Loi de puissance
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(4) Objets Fractals
  • Auto-similarité : zooms successifs sur la figure  à même motif
    • Flocons de neige, nuages, pliures du cerveau, cours du coton, courbe de Koch
    • Brindille, branche, grosse branche, branche maîtresse, arbre






  • Leibnitz : autosimilarité (1700) ; Mandelbrot : objets fractals (1975)


  • Les SC peuvent produire des objets fractals (ex. cours de bourse)
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Discussion
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III. Et l’avenir… 1) Technologie  de la complexité
  • Méthode générale (investissement important)
    • Décrire l’objectif et l’essence du problème
    • Définir le système et l’environnement (périmètre)
    • Définir les agents et règles d’interaction entre agents
    • Rechercher des données cohérentes et fiables
    • Exploiter les méthodes (réseaux, simulation, fourmis, reproduction…)
    • Analyser pour pertinence Vs cas connus, cas extrêmes, paramètres et règles...


  • Conseils spécifiques pour le Groupe « Émergence Paris »
    • Éviter : (1) Mon sujet     (2) La complexité
    • Intégrer intimement sujet / propriétés des systèmes complexes
      • Définir le système complexe adaptatif correspondant au sujet
      • Enrichir le sujet au fur et à mesure grâce aux propriétés des CAS
      • Conclure sur le sujet en montrant l’apport des sc. de la complexité



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Trois remarques sur l’avenir

  • Sciences de la complexité ð Nouveau paradigme