processamento de informação em sistemas naturais

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Rafael Silveira XavierContato: rsixavier@gmail.com

São Paulo, março de 2013

Processamento de Informação em Sistemas Naturais

Histórico da Computação Estudo da computação automática (1940);

Estudo do processamento de informação (1950);

Estudo dos fenômenos envolvendo computadores (1960);

Estudo do que pode ser automatizado (1970);

Estudo da computação (1980);

Estudo dos processos informacionais artificias e naturais (2000).Rafael Silveira Xavier -

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Conceitos de Computação

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Computação

Máquina de TuringProcessamento de

Informação

a computação está vinculada a processos naturais e artificias de manipulação e análise de representações.

O que é informação? A palavra informação vem do latim informare que significa dar forma, moldar, organizar.

segundo Floridi (Floridi,2002), informação é um conceito poderoso e elusivo que pode ser associado com diversas explanações, dependendo dos requisitos e intenções.

A maioria das definições de informação envolvem um componente objetivo (os sinais e os objetos representados pelos sinais) e um componente subjetivo (o significado).

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Processamento de Informação Processamento de informação consiste em realizar um processo sobre um conjunto de informações de entrada (input) com o objetivo de gerar um conjunto de informações de saída (output).

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OUTPUTPROCESSAMENTOINPUT

Máquina de Turing (MT)Computação como um processamento de strings.

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PROCESSAMENTO

sequência de transições de estado

Strings finitas de entrada

Strings de saída

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Limitações de uma MT Uma MT é provida com uma string finita inicial, mas não pode aceitar outras entradas externas enquanto ela está computando (Peter Wegner, 1998).

Se a entrada não for expressa por uma string inicial finita não é computável.

A semântica de transformação das strings é completamente definida pelos seus elementos.

A condição de parada (terminação/aceitação)só pode ser especificada por um estado final ou por uma repetição infinita de um estado.

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Computação além da MT O formalismo da máquina de Turing esta ficando insuficiente para explicar os processos computacionais que estão sendo descobertos.

Sistemas reativos: muitos sistemas como sistemas operacionais e servidores web foram projetados para rodar indefinidamente sem parada.

Processamento de Informação na Natureza: Muitos cientistas defendem a existência de processos informacionais na natureza. O que não se sabe que algoritmos geram o processo natural (SERÁ QUE SÃO ALGORITMOS?). É um desafio para a ciência da computação.

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Computação Não-Convencional

A computação não-convencional utiliza novos tipos de substratos (materiais) e a dinâmica associada a cada um dele para realizar computações que não se adequam ao modelo clássico. Esse substratos vão desde buracos negros e efeitos quântico até biomoléculas.

Não universalidade (propósito específico);

The wiring problem (problemas de comunic. em meio não natural);

Codificação da informação (binário nem sempre funciona);

Hidden input/output (interpretação do input/output);

Computation vs. Itself (classificação do que é Comp.).Rafael Silveira Xavier - rsixavier@gmail.com9

Computação Não-Convencional

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Computação Natural

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Natural Computing

Real World(biology, physics)

Languages, tools,

applications

Computational Model

Computer Harware

New Insights

Abstraction

Abstraction

Abstracti

on

70 years ???

New transdisciplinary

vision about Nature

and Computation...

Interface language ...11

Natureza Info-Computacional Algumas visões contemporâneas sobre a natureza assumem a informação e a computação como a chave para entender e explicar a estrutura básica da realidade física. Essas visões tem enfoques distintos, pois vem de diferentes áreas do conhecimento, como a Física, Química, Biologia, Filosofia e Computação.

O que é Computação? A Natureza realiza computações? Como a Natureza realiza computações?

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Info-Computacionalismo Dentro deste framework, a realidade é uma hierarquia de níveis, começando de um nível básico “proto-informação” (fenômenos físicos elementares) como o material do universo, e construindo um número de níveis maiores de organização através de processos computacionais.

Fundamentalmente essa visão trata a estrutura do universo como informacional a e a dinâmica (mudanças de estado) como uma computação(Dodig-Crnkovic, 2011).

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Sistemas Naturais Os sistemas naturais são sistemas abertos em comunicação com o ambiente cujo comportamento é emergente e complexo, ou seja, os comportamentos globais apresentados pelos sistemas naturais são resultados das interações locais simultâneas de elementos locais.

Segundo Kampis (Kampis, 1991), sistemas biológicos complexos devem ser modelados como “sistemas componentes” cujo o comportamento em um senso geral é computacional extrapolando o modelo de MT.

o hardware define o software e o software define um novo hardware, e assim recomeça o ciclo (Kampis, 1991).

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Sistemas Naturais e Computacionais

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Particulas Subatômicas Átomos Moléculas Organismos

unicelularesOrganismos

Pluricelulares

Portas lógicas

Microcódigos e Arquitetura

Sistema Operacional

Linguagem de

montagem

Linguagens de alto nível Aplicativos

Informação na Natureza

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Informação

Referencial Ligações causais entre domínios disjuntos de um sistema (fruto da

interação).

Não-Referencial Baseado em

conhecimento, passível de codificação

(armazenável).

Informação na Natureza O conceito de informação referencial implica que a dinâmica de um sistema não é determinada pelo conjunto interno (armazenado) de informação, mas pelas interações com os outros domínios do sistema que geram mudanças na informação armazenada desencadeando processos causais.

Ao invés de uma dinâmica invariante, tem-se uma dinâmica “auto-modificante”.

Os sistemas tem que decidir como reagir (de uma forma compulsória ou mais elaborada) em relação as modificações em seu meio. (TOMADA DE DECISÃO) Rafael Silveira Xavier -

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Como entender a computação na Natureza ?

Computação na Natureza

Processos em redes de interação Tomada de Decisão

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Proc. Informação na Natureza

Entender os mecanismos das tomadas de decisão em sistemas naturais traz uma nova luz para o entendimento sobre a computação na natureza.

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OUTPUTTOMADA DE

DECISÃOINPUT

Replicadores

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Colônia de Bactérias

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Rede de comunicação Extracelular

Bactéria

Rede de comunicação Intracelular

Modelos: em busca do caminho

Interactions Machines (Wegner,1998): As Interactions Machines estendem as MTs pela adição de ações dinâmicas de entrada/saída (leitura/escrita) que interagem diretamente com o ambiente externo.

Self-Modifying Systems (Kampis,1996): Um SMS é um conjunto de elementos interconectados em que o resultado de uma computação individual de um componente leva a pelo menos uma mudança na computação de outro elemento

Interactions Nets (Lafont,1991): Uma IN é especificada por um conjunto de agente um conjunto de regras de interação. A noção de computação com ointeração

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Onde queremos chegar

Natureza como Processador de Informações

Física Química Biologia Filosofia Computação

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Trazer um enfoque transdisciplinar para essas visões.

ObjetivosEstudar o processamento de informação em sistemas naturais;

Trazer novas propostas para a Engenharia de Sistemas Inspirados na Natureza;

Colaborar para uma visão transdisciplinar da Computação Natural;

Colaborar para a construção de uma nova forma de interagir e utilizar a Natureza.

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Vídeos para pensar

http://www.ted.com/talks/kevin_slavin_how_algorithms_shape_our_world.html

http://www.youtube.com/watch?v=yJpi8SnFXHs

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