복잡계 개론/ 전체 정리

복잡계

복잡계란

창발 현상을 보이는 시스템. 복잡계의 개념과 이론이 자연과학, 사회과학의 다양한 분야에서 함께 발전해 왔기 때문에 일률적으로 통일된 정의는 없다.

복잡함의 기원

  • 현상에 관여하는 개체의 종류와 수가 많다
  • 현상에 관여하는 개체들 각각의 행동을 지배하는 법칙을 잘 알지 못한다
  • 현상에 관여하는 개체들이 서로 다양한 영향을 주고 받으며 적응해 나간다

복잡계의 특징

  • 상호작용하는 많은 구성요소를 가지고 있다
  • 구성요소들의 상호작용은 흔히 비선형적이다
  • 구성요소들의 상호작용은 되먹임고리를 형성한다
  • 복잡계는 열린시스템이며 그 경계가 불분명하다
  • 복잡계의 구성요소는 또 다른 복잡계이며 끊임없이 적응해 나간다

복잡적응계의 4가지 속성과 3가지 매커니즘

  • 속성 – 집합성, 비선형성, 흐름, 다양성
  • 매커니즘 – 꼬리표달기, 내부모형, 구성단위

복잡적응시스템

복잡적응시스템들은 많은 형태의 시스템들이 공통적으로 나타나는 3가지 패턴이 있는데 그것은 진동, 단속균형 (단선적, 불연속적 균형), 거듭제곱의 법칙이 있다

자기조직화

복잡계는 열린계이므로 외부로부터 에너지가 드나들며 개별요소들의 상호작용을 통해 스스로 새로운 계층의 조직을 만들어갈 수 있다. 이러한 창발적인 질서를 만들어나가는 과정이 바로 자기조직화이다. 비평형상태에서 일어나는 자발적인 질서창출 아래에서 자발적으로 조직된 상향식 질서.

적합도 지형

환경에 얼마나 적합한가를 나타내는 지형도. 적합도 지형에서 높은 위치를 점유하는 종이 생존에 더 유리하다. 그러나 높은 위치를 점유하면 주위 환경 변화에 맞추어 변화가 힘들고 적합도 지형이 완전히 변화되면 도태된다. 예) 대기업이 적합도 지형 변화해 적응 못해 도태되는 반면 낮은 적합도의 벤처기업은 변화하는 환경에 더 빨리 적응하기 때문에 업계의 지형과 순위가 바뀌게 된다.

혼돈의 가장자리

무질서와 새로운 질서의 경계면이며 무질서도 질서도 아닌 복잡성이 높은 위치

시스템을 인위적으로 혁신시키고 싶을 때 혼돈의 가장자리로 몰고 가야 한다. 이는 시스템의 복잡성을 증대시키는 것과 일맥상통한 말.

시스템의 복잡성을 높이기 위해서는

  • 열린 시스템으로 만들어야 한다
  • 시스템의 구성요소를 작게 쪼개고 구성요소의 대칭성을 파괴해야
  • 구성요소의 상호작용을 증대시켜야 한다
  • 전체시스템과 구성요소는 공진화 해야 한다
  • 행위자의 무작위한 일탈을 제어하기 위한 적절한 규칙이 있어야 한다

변화의 성공을 위해서는

  • 변화를 고착화 한다
  • 시스템에 지속적으로 에너지를 주입한다

창발이 이루어진 후 고착화 되지 않으면 회귀하므로 이를 막기 위해 지속적으로 에너지를 주입해야 한다

복잡계 모형이 갖추어야 할 2가지 조건

  • 모형은 현실보다 복잡성이 낮아야 한다
  • 그러면서도 핵심적인 창발현상의 원리를 설명하고 재현해 낼 수 있어야 한다

행위자 기반 모형

복잡계 시스템을 시뮬레이션 할 수 있는 행위자 기반 모형

행위자 기반 모형의 구성 요소들

  • 행위자
  • 행위자가 활동하고 상호작용하는 시스템 공간
  • 시스템에 영향을 끼치는 외부환경

행위자가 갖추어야 할 4가지 요소

  • 내부데이터(상태 또는 기억 내용)
  • 내부데이터 수정 방법(인지 작용)
  • 행동 규칙(행동 및 의사결정)
  • 행동 규칙을 수정하는 방법(적응기작)

열린계와 닫힌계

  • 닫힌계
    • 다른 시스템과의 상호작용이나 소통이 없는 시스템. 닫힌계에서는 어떤 물질, 정보, 에너지 등이 들어 오지도 나가지도 않는다. 예) 우주
  • 열린계
    • 에너지와 물질이 들어가고 나오는 시스템. 열린계는 에너지와 물질을 이용 일시적으로 엔트로피와 싸우면서 한동안 질서, 구조, 패턴을 창조한다. 예) 지구

열린계에서 질서가 만들어질 때는 반드시 지불해야 할 비용이 발생한다. 예) 지구는 태양으로부터 에너지를 받아들여 질서를 만들어낸 뒤 열이라는 엔트로피를 발산한다.

닫힌계는 중간에 어떤 과정이 있든 궁극적으로는 엔트로피라는 균형을 향해가며 열린계는 그 결과를 예측할 수 없는 복잡한 패턴 등을 보인다.

동태적 시스템

동태적 시스템

동태적 시스템. 현재 순간 그 시스템의 상태는 바로 전 시스템 상태와의 어떤 변화의 함수라는 것

Stock과 Flow

동태적 시스템을 표현하는 방법. 스톡 Stock은 축적, 플로우 Flow는 Stock의 변화량

동태적 시스템의 3가지 요소

  • 양의 피드백
    • 좋다는 뜻이 아니라 점점 강화
  • 음의 피드백
    • 나쁘다는 뜻이 아니라 점점 약화
  • 시간지체
    • 의사결정이 바로 영향을 미치지 않는 것. 시간지체가 커질수록 통제가 어려워지고 진동도 커진다. 예) 뜨거운 물을 틀어도 실제 뜨거운 물이 나오는 데는 시간이 걸린다

네트워크

네트워크는 노드와 링크로 구성되어 있음. 복잡계에서 노드는 행위자 링크는 행위자 사이의 상호작용을 의미한다. 링크는 방향성이 있을 수도 있고 없을 수도 있다. 링크에 따라 가중치가 있을 수도 있다.

메트카프의 법칙

메트카프의 법칙. 네트워크의 가치는 네트워크 사용자의 제곱에 비례한다.

허브

허브란 링크가 굉장히 많은 노드

결속계수

결속계수란 네트워크에서 삼각형을 이루는 관계의 비중을 계산하기 위한 개념. 네트워크의 밀도를 의미한다

탄력성

탄력성이란 네트워크가 내부/외부의 요인으로 그 일부가 소실되더라도 기능을 유지할 수 있는 능력.

티핑 포인트

티핑 포인트란 어느 순간 갑자기 변화가 일어나는 지점. 예컨대 물은 100도가 되면 갑자기 수증기로 변하고 0도가 되면 갑자기 얼음으로 변한다. 네트워크에서는 노드와 에지의 비율이 1의 가치 즉 1개의 노드가 1개 이상의 에지(링크)를 갖는 순간에 이런 변화가 발생한다.

임계점

시스템 구성요소들이 서로 다른 방향으로 이끌고 가려는 요인이 정확히 팽팽하게 맞서 불안한 균형을 이루고 있는 지점을 임계점이라 하며 임계점 부근에서 이 균형이 깨질 때 시스템에 일어나는 거시적인 현상을 임계현상이라 한다.

시스템 사고

시스템 사고란 시스템의 작동 매커니즘을 직관적으로 파악하여 시스템을 효과적으로 변화시킬 수 있는 전략을 발견하기 위한 사고 방식

분석적 사고와 시스템 사고

분석적 사고가 환원주의에 기반한 시야를 좁혀가며 사물을 관찰하는 것에 반해, 시스템 사고는 전일주의에 기반하여 시스템의 다양한 프로세스의 상호작용을 관찰한다. 분석적 사고가 죽은 사물을 관찰한다면 시스템 사고는 살아 있는 유기체를 관찰하는 방식.

시스템 사고의 구성 요소

  • 시스템의 지속적인 변화를 인정하는 파동의 사고
  • 음양의 인과관계를 바라보는 인과적 사고
  • 인과관계의 사슬이 순환되는 구조를 강조하는 되먹임 사고
[ssba]

The author

지성을 추구하는 디자이너/ suyeongpark@abyne.com

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