به گزارش خبرنگار ایمنا، سامانه‌های پیچیده به شبکه‌هایی پر تعداد متشکل از اجزا کوچک گفته می‌شود؛ این اجزا با یکدیگر برهم‌کنش داشته و به همین علت به آن پیچیده گفته می‌شود. سامانه پیچیده رفتارهایی از خود بروز می‌دهد که بررسی این رفتار در هر جز امکان‌پذیر نیست، به بیان ساده‌تر کسی نمی‌پذیرد که یک نورون دارای آگاهی است، اما مجموعه بسیاری از آن مغز را تشکیل می‌دهد یا در اداره یک اجتماع تک تک اعضا آن نقش ندارند، اما مجموع رفتار آن‌ها اجتماع را تشکیل داده و آن را اداره می‌کند. برای بررسی بیشتر این علم با احسان تمنده، کارشناس فیزیک سامانه‌های پیچیده گفت‌وگویی انجام داده‌ایم که شرح آن را در ادامه می‌خوانید.
رشته فیزیک سامانه‌های پیچیده چیست؟
شبکه‌های پیچیده شاخه‌ای از علم است که به سرعت در حال توسعه بوده و هدف آن مدل‌سازی مجموعه‌ای از اعضایی خواهد بود که در حال برهم‌کنش است. اینترنت، شبکه‌های اقتصادی، اجتماعی، حمل و نقل و شبکه‌های نورونی مغز از جمله مثال‌های ساده از سامانه‌های پیچیده در جهان پیرامون است.
در این شاخه از علم چه پژوهش‌هایی انجام می‌شود؟
پژوهش‌هایی که در گروه سامانه‌های پیچیده انجام می‌شود، بیشتر به ویژگی ساختاری شبکه‌ها و دینامیک آن‌ها می‌پردازد، از ویژگی‌های قابل توجه این شاخه از علم می‌توان به همایه‌ها، ضریب خوشه‌ای و ویژگی‌های طیفی آن اشاره کرد؛ هدف این پژوهش‌ها در زمینه دینامیک مدل‌های غیرخطی شبکه‌های پیچیده، یافتن رفتارهای جمعی برآیند ناشی از برهم‌کنش میان دینامیک‌های بین خطی است.
همگامی و فرآیندهای رشد یا همان دینامیک تکاملی دو موضوعی است که در این زمینه به آن پرداخته می‌شود و علاوه بر آن موضوعاتی مانند علوم اعصاب، بیوفیزیک و یادگیری ماشین نیز جز فعالیت‌هایی است که در سامانه‌های پیچیده انجام می‌شود.
این علم چه زیرشاخه‌هایی دارد؟
اگر بخواهیم به زیرشاخه‌های رشته سیستم‌های پیچیده اشاره کنیم، می‌توان از علم اعصاب شروع کرد؛ این علم چند رشته‌ای است و به مطالعه ساختار و عملکرد سامانه‌های عصبی می‌پردازد که شامل قسمت‌های مختلفی مانند تکامل توسعه زیست شناسی سلولی و مولکولی، فیزیولوژی، کاربرد شناسی، دارو شناسی و مهم‌ترین آن‌ها علم اعصاب محاسباتی رفتاری و شناختی است. زیست فیزیک یا بیوفیزیک که بعد از علم اعصاب زیرشاخه دیگر این رشته محسوب می‌شود، یک علم میان رشته‌ای بوده که به مطالعه پدیده‌ها و فرایندهای فیزیکی موجودات زنده در مقیاس مولکولی، سلولی بافت و اندام‌ها می‌پردازد؛ زیست فیزیکدان‌ها اصولاً از روش‌های فیزیکی برای فهم سامانه‌های زیستی استفاده می‌کنند و به این روش‌های فیزیکی در سامانه‌های پیچیده پرداخته می‌شود.
آیا همگام‌سازی از زیرشاخه‌های رشته فیزیک سامانه‌های پیچیده است؟
یکی دیگر از زیرشاخه‌های این رشته همگام‌سازی است؛ همگام‌سازی فرایندی برای ایجاد نظم در یک سامانه است و در تمامی لایه‌های طبیعت از زیر اتمی و کوچک‌ترین مقیاس‌ها تا جهان‌های بزرگ مقیاس مانند کهکشان‌ها، پدیده‌های مختلف در یک سامانه به شکل دقیق همگام‌سازی یا هماهنگ‌سازی می‌شود؛ هماهنگی پرندگان هنگام پرواز، حرکت گروهی آبزیان، چشمک زدن کرم‌های شب تاب، کارکرد هماهنگ بخش‌های ضربان‌ساز قلب، بهمن‌های نورونی مغز، تشنج‌هایی که در بیماری‌های مختلفی مانند صرع رخ می‌دهد و حتی باریکه‌های نور در لیزر نمونه‌هایی از این همگامی است. قسمت دیگر سیستم‌های پیچیده همایه‌های گراف است؛ یکی از روش‌های مدل‌سازی استفاده از گراف است، سیال‌های گراف برهم‌کنش‌های اجزا را مدل‌سازی می‌کند و می‌توان ساختارهای شماعی زیستی و اقتصادی را نیز بسیار ساده با این روش مدل‌سازی کرد و در زمینه‌های مختلفی مانند ریاضی، فیزیک، زیست، حمل و نقل، کامپیوتر، هواشناسی و … کاربرد دارد.
دینامیک تکاملی با رشته سامانه‌های پیچیده چه ارتباطی دارد؟
به طور کلی تکامل یکی از فرهنگ‌های دینامیک و بسیار حائز اهمیت در سامانه‌های پیچیده است؛ مطالعه اصول بنیادی ریاضی راهنمای تکامل است و دینامیک تکاملی را تشکیل می‌دهد به طور کلی در هر محیطی که اطلاعاتی از آن بازتولید شود، تکامل وجود دارد و با این توضیح می‌توان وسعت گستره مفاهیم مربوط به دینامیک تکاملی را بسنجیم.
همچنین شناخت منشأ هنجارهای اجتماعی و رفتارهایی که در یک جامعه غالب می‌شود چه در شبکه‌های اجتماعی چه حتی توزیع یک ویروس در سامانه‌ای زنده یا چگونگی عملکرد سامانه‌های کامپیوتری می‌تواند یکی از اهداف مطالعه دینامیک تکاملی باشد.
اهمیت پرداختن به دینامیک تکاملی در چیست؟
یکی از نکاتی که تأثیر بسزایی در دینامیک تکاملی دارد، بررسی ساختار جمعیت و روند به تکامل رسیدن یک گونه در سامانه پیچیده است که در دینامیک تکاملی بسیار به آن توجه می‌شود، به طور مثال در دینامیک تکاملی می‌توان الگوی رفتاری یک ژن یا ویروس بیماری‌زا را بررسی کرد و تثبیت یک گونه از ساختار جمعیت را بررسی، بر روی آن مطالعه و آن را به صورت کامل مدل‌سازی کرد.
مطالعه این ارتباطات در چهارچوب نظریه‌های گراف تکاملی می‌تواند نقطه شروعی برای ورود مبحث دینامیک تعاملی سامانه‌های پیچیده محسوب شود؛ به طور کلی با در نظر گرفتن ساختارهای مختلف جمعیت شبکه و مسیرهای دینامیکی نتایج در دینامیک تعاملی بسیار نزدیک به واقعیت می‌شود و به راحتی می‌توان تمام شبکه‌ها را در هر وسعت و زمینه‌ای بررسی و مدل‌سازی کرد.
علم سیستم‌های پیچیده در چه حوزه‌هایی کاربرد دارد؟
مبحث سیستم‌های پیچیده امروزه در جهان جز علم‌های نوین به شمار می‌آید و در قسمت‌های مختلفی از جمله بورس، اقتصاد، شبکه‌های اجتماعی، رفتارهای زیستی، دینامیک‌های مختلف و … کاربرد دارد؛ امروزه سیستم‌های پیچیده در جهان به مردم کمک می‌کند تا تصمیم درستی بگیرند، زیرا هنگامی که شخصی می‌خواهد یک انتخاب مناسب و درست انجام دهد، نیاز به داده و اطلاعات دارد، به همین دلیل اکثر افراد سعی دارند، اطلاعاتی از پیشینه فعالیت خود به دست آورند و سامانه‌های پیچیده می‌تواند در این موضوع به شناخت و تسهیل انتخاب افراد کمک کند.
آیا در کشور نیز به علم سیستم‌های پیچیده پرداخته شده است؟
امروزه در ایران نیز رشته سیستم‌های پیچیده به صورت آکادمیک در دانشگاه‌های مهمی از جمله دانشگاه شهید بهشتی و صنعتی اصفهان تدریس می‌شود و دانشجویان می‌توانند به عنوان یک گرایش در رشته‌هایی مانند فیزیک، کامپیوتر، برق، ریاضی و مکانیک آن را انتخاب کنند، و به تحصیل این علم بپردازند، البته این رشته به عنوان یکی از گرایش‌های فیزیک در مقطع کارشناسی ارشد نیز تدریس می‌شود.
چگونه علم سیستم‌های پیچیده ورود به بازار کار را تسهیل می‌کند؟
در کشور به این علم مانند دیگر شاخه‌ها پرداخته شده و به دانشجویان تدریس می‌شود، اما امکان مقایسه با کشورهای جهان اول در این زمینه وجود ندارد، چرا که این علم نو ظهور است، البته به طور مطلوبی در ایران پیش می‌رود و در فعالیت‌های بسیاری می‌توان از آن استفاده کرد؛ امروزه در شرکت‌های موفق اتاق فکری برای مبحث سیستم‌های پیچیده ایجاد شده است تا با استفاده از ویژگی‌های هدف پیش رو و با علم یادگیری ماشین و سیستم‌های پیچیده تمام دینامیک‌های ممکن حساب و فعالیتی که قرار است انجام گیرد، پردازش شود و بتوان با کمترین اشتباه به هدف دست یافت و وارد بازار کار شد.
نظر شما