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Processamento Informação Sistemas Naturais
1. LCoN Meetings
Rafael Silveira Xavier
Contato: rsixavier@gmail.com
São Paulo, março de 2013
Processamento de Informação em
Sistemas Naturais
2. 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).
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3. Conceitos de Computação
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Computação
Máquina de Turing
Processamento de
Informação
a computação está vinculada a processos
naturais e artificias de manipulação e
análise de representações.
4. 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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5. 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
6. 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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7. 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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8. 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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9. 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.).
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11. Computação Natural
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Natural
Computing
Real World
(biology, physics)
Languages,
tools,
applications
Computational
Model
Computer
Harware
New
Insights
Abstraction
70 years ???
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12. 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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13. 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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14. 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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16. 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).
17. 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)
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18. Como entender a computação
na Natureza ?
Computação na
Natureza
Processos em redes de
interação
Tomada de Decisão
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19. 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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OUTPUT
TOMADA DE
DECISÃO
INPUT
21. Colônia de Bactérias
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Rede de
comunicação
Extracelular
Bactéria
Rede de comunicação Intracelular
22. 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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23. Onde queremos chegar
Natureza como Processador de
Informações
Física Química Biologia Filosofia Computação
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Trazer um enfoque transdisciplinar para
essas visões.
24. Objetivos
Estudar 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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25. Vídeos para pensar
http://www.ted.com/talks/kevin_slavin_how_a
lgorithms_shape_our_world.html
http://www.youtube.com/watch?v=yJpi8SnFXHs
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