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

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1 _______________________________________________________________ Emergence : de la fascination à la compréhension 15 décembre 2008 Hervé ZWIRN Apparition et développement des concepts démergence Hervé ZWIRN Emergence : de la fascination à la compréhension 15 décembre 2008

2 _______________________________________________________________ Emergence : de la fascination à la compréhension 15 décembre 2008 Hervé ZWIRN Emergence (un peu dhistoire) XIX ième 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 nest pas toujours possible de suivre les étapes du processus qui permet de retrouver dans le produit des facteurs le mode dopération de chacun dentre eux Ce qui émerge nest pas comparable aux constituants qui lui ont donné naissance, car ce nest réductible ni à leur somme ni à leur différence

3 _______________________________________________________________ Emergence : de la fascination à la compréhension 15 décembre 2008 Hervé ZWIRN Emergence (un peu dhistoire) (1920) Samuel Alexander et Lloyd Morgan : « évolutionnisme émergent » : lUnivers se développe en faisant apparaître des configurations de plus en plus complexes et des niveaux dorganisation 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 quil 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.

4 _______________________________________________________________ Emergence : de la fascination à la compréhension 15 décembre 2008 Hervé ZWIRN Emergence (un peu dhistoire) Compréhensible dans le contexte scientifique de lépoque : 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

5 _______________________________________________________________ Emergence : de la fascination à la compréhension 15 décembre 2008 Hervé ZWIRN Le renouveau du débat Etude des systèmes dynamiques non linéaires : Phénomènes dauto organisation Des règles simples peuvent engendrer des comportements qui ne le sont pas Utilisation de lordinateur Cadre général des systèmes complexes

6 _______________________________________________________________ Emergence : de la fascination à la compréhension 15 décembre 2008 Hervé ZWIRN Quest-ce quun 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 _______________________________________________________________ 7 Quest-ce quun 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

8 _______________________________________________________________ Emergence : de la fascination à la compréhension 15 décembre 2008 Hervé ZWIRN 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 nest 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) Quest-ce quun système complexe ?

9 _______________________________________________________________ Emergence : de la fascination à la compréhension 15 décembre 2008 Hervé ZWIRN Quest-ce quun système complexe ? Compliqué Il est possible de découper le système en sous-systèmes (plus simples) dont le comportement peut sanalyser indépendamment les uns des autres. On peut ensuite reconstituer le comportement global comme une succession ou une juxtaposition des sous comportements.

10 _______________________________________________________________ Emergence : de la fascination à la compréhension 15 décembre 2008 Hervé ZWIRN Quest-ce quun système complexe ? 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 létudier : comportement holistique

11 _______________________________________________________________ Emergence : de la fascination à la compréhension 15 décembre 2008 Hervé ZWIRN Quest-ce quun système complexe ? Simple AB C D Complexe A B C +10% -5% -10% +20% ?

12 _______________________________________________________________ Emergence : de la fascination à la compréhension 15 décembre 2008 Hervé ZWIRN Quest-ce quun système complexe ?

13 _______________________________________________________________ Emergence : de la fascination à la compréhension 15 décembre 2008 Hervé ZWIRN Quest-ce quun système complexe ? Des systèmes complexes : oAutomate cellulaire, réseau booléen oRéseau aimanté, galaxie oChaîne de production industrielle, marché financier oLangage oVille, économie nationale oInternet oEmbouteillage oSociété humaine oCellule oCerveau oEtre vivant

14 _______________________________________________________________ Emergence : de la fascination à la compréhension 15 décembre 2008 Hervé ZWIRN Proprietés des Systèmes Complexes Automates cellulaires Règles simples / comportement qui ne lest pas

15 _______________________________________________________________ Emergence : de la fascination à la compréhension 15 décembre 2008 Hervé ZWIRN Automates cellulaires Règle Règle 170

16 _______________________________________________________________ Emergence : de la fascination à la compréhension 15 décembre 2008 Hervé ZWIRN Automate cellulaire règle <

17 _______________________________________________________________ Emergence : de la fascination à la compréhension 15 décembre 2008 Hervé ZWIRN Quest-ce quun système complexe ? Changement de la nature de compréhension du système comportement holistique La compréhension intuitive disparaît

18 _______________________________________________________________ Emergence : de la fascination à la compréhension 15 décembre 2008 Hervé ZWIRN 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 dentre eux Pertinent au niveau global mais dépourvu de sens au niveau inférieur Explication ?

19 _______________________________________________________________ Emergence : de la fascination à la compréhension 15 décembre 2008 Hervé ZWIRN 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: séloigner dun éventuel obstacle Vol doiseaux évitant des obstacles

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

21 _______________________________________________________________ Emergence : de la fascination à la compréhension 15 décembre 2008 Hervé ZWIRN La colonie trouve et exploite la source de nourriture la plus proche Quand celle-ci est épuisée, elle exploite les sources les plus lointaines Dautres agents : les fourmis

22 _______________________________________________________________ Emergence : de la fascination à la compréhension 15 décembre 2008 Hervé ZWIRN Emergence Synchronique - Identification dune structure au niveau global - Apparition dune image dans un tableau pointilliste Diachronique - Concerne le comportement dynamique du système - Succession des états dun automate cellulaire, vol doiseaux - Apparition progressive dune structure (anneaux de Saturne, vie,…) 2 sortes démergence : Baisse de la complexité algorithmique ? Faible profondeur de Bennett

23 _______________________________________________________________ Emergence : de la fascination à la compréhension 15 décembre 2008 Hervé ZWIRN 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 dagents Seule solution :

24 _______________________________________________________________ Emergence : de la fascination à la compréhension 15 décembre 2008 Hervé ZWIRN Comprendre les phénomènes émergents Comprendre (sens fort) un phénomène cest : - Identifier les mécanismes qui régissent son comportement - Pouvoir relier mentalement létat initial et létat 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

25 _______________________________________________________________ Emergence : de la fascination à la compréhension 15 décembre 2008 Hervé ZWIRN Emergence diachronique objective Un système complexe a un comportement émergent ssi lalgorithme 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

26 _______________________________________________________________ Emergence : de la fascination à la compréhension 15 décembre 2008 Hervé ZWIRN 2 concepts démergence 1.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 ny a pas de raccourci pour savoir comment le système se comporte. Dynamique computationnellement irréductible. Emergence objective > Emergence subjective Emergence subjective > Emergence objective (décimales )

27 _______________________________________________________________ Emergence : de la fascination à la compréhension 15 décembre 2008 Hervé ZWIRN Comprendre les phénomènes émergents Si prédire cest simuler Si la simulation est computationnellement irreductible Nouvel affaiblissement du concept de compréhension La vie ? La conscience ? Concept de compréhension progressivement affaibli


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