in English | suomeksi neokybernetiikastaluentoja – keskustelu

Pohdintoja (7)

  • Tärkein syy kyberneettisten järjestelmien mallinnukselle on järjestelmän ohjaus ja säätäminen mahdollisimman luotettavasti.

    Itseään korjaava säädin (esim Kalman suodin) ei itsessään riitä ratkaisuksi kyberneettisen järjestelmän säädölle, koska se pyrkii poistamaan järjestelmästä varianssia. Kun järjestelmän todellinen varianssi on poistettu säädin jatkaa kohinasta johtuvan varianssin poistamista. Tämä johtaa siihen, että säätimestä tulee epä-robusti ajan kuluessa.

    Jos otetaan viime luennon aihe, eli evoluutio käsittelyyn, niin evoluutiota voidaan ajatella juuri itseään korjaavana säätimenä kuten Kalman suodinta, koska evoluutio parantaa lajin selviytymistä sen perusteella kuinka se selviytyy ympäristössä. Tästä johtuen luonnossa esiintyy myös tasaisin 62 miljoonan vuoden väliajoin lajien kuolleisuuspiikki, jotka johtuvat siitä että evoluutio-säädin on poistanut lajin selviytymisen varianssin, ja alkanut poistamaan kohinaa.

    Tällä hetkellä esimerkiksi Suomessa ympäristö ei tuota ihmisille selviytymispaineita, joten yksi vaihtoehto on, että evoluutio on pysähtynyt. Näinollen ihmisten evoluutio Suomessa on sillä tasolla, että se poistaa varianssia kohinasta. Nyt kun ihmisiä on paljon ja ne ovat tiheästi asuvia, niin esimerkiksi jokin uusi tauti voisi toimia sellaisena herätteenä, joka romahduttaa ihmisten lukumäärää paljon. Kuitenkin uskon, että tälläisissäkin tapauksissa ainakin osa ihmisistä selviäisi lääketieteen, eli ihmisen oman sopeutumiskyvyn ansiosta. Ihmisen sopeutumiskyky odottamattomiin tilanteisiin on tietenkin myös evoluutio-säätimen ansiota. Voi siis olla, että itseään korjaava säädin jossain tilanteessa pystyy parantamaan itsensä sellaiseen tilaan, joka on maksimaalinen tietylle ympäristölle, mutta samalla myös tarpeeksi robusti. Ihmisen evoluutio on todennäköisesti nyt juuri siinä pisteessä.

    -Lassi

  • Tällä luennolla yhdistettiin kyberneettisiä näkemyksiä säätöteorian terminologiaan. Samalla löydettiin yhteyksiä regression ja mallinnuksen välillä, sekä esiteltiin hierarkkisten tai kerroksittaisten systeemien syntymistä. Lopulta käsiteltiin adaptiivisen säädön ongelmia ja eräänlaisten romahdusten roolia kyberneettisissä systeemeissä. Monella tapaa tämä luento jatkoi edellisen luennon teemoja syventäen edelleen näkemystä kyberneettisestä mallista informaation tai variaation hyväksikäyttäjänä. Kuvaan astui mukaan nyt myös hierarkkisuus, joka mahdollistaa informaation hyödyntämisen todellisuuden kaikilla tasoilla. Kuten biomassa, informaatio kumuloituu mallien ylätasoille, joista ylemmän tason mallit voivat sitä hyödyntää resurssinaan. Edellisen luennon tapaan kokonaisuus sisälsi valtavan määrän erilaisia pikkuhuomioita, joten punainen lanka hukkui välillä niiden paljouteen. Yritän tässä luentopohdinnassa hieman keräillä kokonaiskuvaa tästä kaikesta.

    Kyberneettisen mallin todettiin jälleen rakentavan parasta mahdollista mallia ympäristöstään. Ympäristössä esiintyvä variaatio, toisin sanoen mallintamaton informaatio tarjoaa resurssin systeemin aktivaatiolle. Tämän informaation saaminen edellyttää energian hyväksikäyttöä ja toisin päin. No tämähän oli tuttua jo aikaisemmilta luennoilta. Uutena ideana tuotiin em. hierarkkisuus. Nämä nk. trofiatasot mahdollistavat käsittääkseni entropian maksimaalisen kasvunopeuden siten, että saatavilla olevia resursseja hyödynnetään mahdollisimman portaattomasti kaikilla tasoilla. Systeemien hierarkkinen luonne ei sinänsä ole uusi näkemys, mutta nyt sille tarjottiin eräänlainen formaali perustelu. Neokyberneettinen malli tarjoaa suoraan työkalut tällaisten hierarkioiden ymmärtämiseen. Ilmiötä tarkasteltiin silti lähinnä intuitiona ja sen todellinen käytettävyys tai toimivuus jäi vielä perustelematta.

    Seuraavaksi luotiin katsaus optimaalisen säädön teoriaan. En ole kovin perehtynyt säätöteoriaan, joten tämä tarkastelu ei tarjonnut minulle mitään lisäintuitiota. Kiinnostavia olivat kuitenkin havainnot siitä, miten täydellinen adaptiivinen säätö ei yleensä toimi, vaan johtaa ”romahdukseen”. Luullakseni sillä tarkoitettiin ilmiötä, jota koneoppimisessa kutsutaan ylisovittumiseksi. Järjestelmä sopeutuu liian hyvin havaittuun maailmaan, eikä ota huomioon, että ääritilanteissa voi tulla eteen yllättäviä muuttujia. Tämän jälkeen minulle jäi vähän epäselväksi, mikä on neokyberneettisen mallin suhde adaptiiviseen säätöön. Ensin käsittääkseni perustellaan neokyberneettisen mallin välttävän adaptiivisen säädön sudenkuopat jollain tavalla, mutta myöhemmin näistä syklisesti ilmenevistä romahduksista aletaan puhua väistämättöminä ja jopa toivottavina asioina. Eli onko neokyberneettinen malli siis adaptiivista säätöä vai ei? Tapahtuuko kyberneettisissä systeemeissä myös romahduksia ja onko se hyvä vai huono asia?

    Myöhemmin viitataan vielä Schrödingerin näkemykseen elämästä neg-entropiaa imevänä systeeminä. Kyberneettisen systeemin väitetään intuition vastaisesti ”syövän kaaosta” ja etsivän siinä ilmenevän variaation rakenteita. Systeemin kehittyessä tämä informaatio mallinnetaan rakenteeksi, josta tulee stabiili, jonka jälkeen systeemi tarvitsee lisää informaatiota kehittyäkseen ja pysyäkseen hengissä. Mielenkiintoisen joskin hieman banaalin näkökulman tähän tarjoaa avaruusolioesimerkki. Neokyberneettinen malli antaa vastauksen siihen, miksi meitä kehittyneemmät sivilisaatiot eivät ole ottaneet meihin yhteyttä. Kyberneettisinä systeemeinä ne ruokkivat itseään sillä informaatiolla, jonka ne saavat meidän tarkkailustamme. Tätä universaalia puutarhuriteoriaa ei ole varmasti tarkoitettu vakavasti otettavaksi, mutta se herättää mielestäni ihan asiallisia kysymyksiä. Miksi universaali puutarhuri ei voisi vaikuttaa tarkkailemaansa systeemiin? Eikö resursseja käytetä nimenomaan vuorovaikutuksen kautta? Kyllähän puutarhurikin muokkaa puutarhaansa, eikä vain tarkkaile sen kasvua. Ehkä tämä on selitettävissä sillä, että ”universaali puutarhuri” kyllä vuorovaikuttaa kanssamme jatkuvasti, mutta me emme vain havaitse tai kykene ymmärtämään sitä.

    — Antti

  • Hei,

    Kiitokset luennosta. Tässä olisi taas ajatuksia, joita luennon aikana tuli mieleen, joskin tällä(kin) kertaa pohdinnat lopulta muuttuivat aika sekalaisiksi.. ehkä hieman turhankin irrallisiksi.

    Filosofian ”muodostuminen” matematiikan ja insinööritieteiden pohjalta tuntuu varsin rohkealta väitteeltä, mutta evoluution näkökulmasta intuitiivisesti täysin selvä. Matematiikan opettaminen aloitetaan koulusta laskemalla omenoita ja appelsiineja, ei tutkimalla algebraa ja pohtimalla luonnollisten lukujen määritelmää (uskoakseni algebra on matematiikan osa-alueista lähimpänä filosofiaa). Sama pätee insinööritieteisiin, joten pidän esitettyä väitettä täysin oikeutettuna. Mikäli oletetaan ideamaailman olemassaolo, niin filosofian pitäminen kaikkein ylimpänä ”asiana” (en keksi sopivaa samaa tähän) on oikeutettua, joskin tietyllä tavoin ”itsekästä”.

    Kalvossa mallipohjainen kontrolli mainittiin neokyberneettisen mallin muodostavan ilman palautetta parhaan mahdollisen säätimen. Mikäli käsitin oikein, niin säädin pyrkii välttämään virheitä virheiden korjaamisen sijaan. Kiinnostavana piirteenä pikkuaivot implementoivat juurikin feedforward-säätimen, joka toimii vastaavalla periaatteella.

    Tässä välissä onkin hieman taukoa, nämä kommentit liittyvät kalvoihin 34-36, puskurointi. Voisin kommentoida peliteorian tutkivan juuri tämänkaltaisia ongelmia. Teoriassahan kahden yrityksen kilpaillessa molempien kannattaisi tuottaa puolet monopolimäärästä, ja pitää aina samaa hintaa. Ilman kartellia kuitenkin toinen helposti poikkeaa saavuttaen etua. Tämän seurauksena todennäköisesti päädytään Nashin tasapainoon, jossa yritysten tuotot ovat huomattavasti alhaisempia, mutta tilanne on vakaa. Kummankaan ei kannata poiketa, sillä siitä olisi itselle vain haittaa. Mielestäni on kiehtovaa huomata itsekkäiden agenttien noudattavan tätä mallia, vaikka intuitiivisestihan se tuntuukin hyvin järkevältä.

    Kuultuani ”pikkuaivomallista” olin varsin hämmentynyt miksei adaptiivisia säätimiä esiinny enempää teollisuudessa. Uskoakseni kohinan mallintaminen on yksi syy, mutta toisaalta pidän vahvana syynä myös vanhaa viisautta: Jos se toimii, älä korjaa. Tähän liittyen suosittelen tutustumaan TKK:n Laskennallisen Neurotieteen tutkimusryhmän tuloksiin liittyen pikkuaivojen mallintamiseen.

    Naturessa julkaistu tutkimus 62 miljoonan syklisestä sukupuuttoon kuolemisesta vaikuttaa hyvin kiehtovalta. Tämänkaltainen matemaattinen syklisyys tuo mieleeni Isaac Asimovin Säätiön (tässä taas ajatus taisi harhailla varsin kaukana itse ”pointista”)… matematiikan osa-alue, jolla mahdollisesti voisi ennustaa edes summittaisesti tulevaa saa minut tuntemaan itseni hyvin pieneksi.

    Dinosaurusten liian vahva adaptaatio maailmaan vaikuttaa varsin järkevältä päätelmältä. Olisikin kiinnostaavaa tietää raja, joka merkkaa liian vahvaa adapataatiota. Jotkin liskolajit lisääntyvät kloonaamalla itseään. Tämänkaltainen lisääntyminen tarkoittaa vahvaa adaptaatiota nykyiseen ympäristöön, mutta muutoksiin sopueutminen muuttuu olemattomaksi. Lopputuloksena lajin voisi todeta vain odottavan sukupuuttoa.

    Luennon eräässä esimerkissä pohdittiin myös ekonomiassa esiintyviä syklejä. Nykyinen rahajärjestelmä vaikuttaa äkkiseltään hyvin yksinkertaiselta ja suoraviivaiselta, mutta merkittävää mutkikkuutta lisäävät lainat ja lainojen korot. Kun huomioidaan lisäksi ihmisen miltein looginen toiminta näiden välineiden käytöstä, uskoisin rahajärjestelmän olevan varsin determistinen. Maailmanpoliittinen tilanne, innovaatiot, yms. vaikuttavat toki, mutta aineistoa on kuitenkin jo useamman sadan vuoden ajalta olemassa, joten tapahtumien frekvenssit vaikuttaisivat olevan pääteltävissä. Kuten luennolla todettiinkin, tämä tarkoittaisi mallin romahtamista vain entistä laajemmin.

    Olen täysin samaa mieltä informatiivisen ympäristön aiheuttamasta elämän muodostumisesta, mutta en olisi aivan varma elämän ajallisesta kestävyydestä. Kuten todettiin aiemmin, elämänmuodot saattavat hakeutua liiankin optimaalisiksi ympäristöä kohtaan, mikä johtaa niiden sukupuuttoon… elämä ei siis välttämättä ole ajallisesti aivan niin yleinen ilmiö kuin voisi kuvitella. Toisaalta pidän myös ajatuksesta viisaammista avaruusolennoista, jotka eivät edes halua kommunikoida näin kehittymättömän lajin kanssa (monestiko itse olemme yrittäneet kommunikoida muurahaisten kanssa?). Minun täytyy myöntää, että pidän ajatuksesta universaalista puutarhanhoitajasta.

    Luennolla erehdyttiin viittaamaan yliopistomaailman kybernetisoitumiseen, josta minulla onkin opiskelijan näkökulmasta ei-niin-mukavaa sanottavaa. Minua harmittaa suunnattomasti, että nykysuuntaus yliopistoissa on menossa yhä enemmän suorituspainotteisemmaksi ja kaikella tähdätään pelkästään tutkintoon. Itse haluaisin ajatella yliopiston olevan paikka, jossa saa kuulla lisää kiinnostavista aiheista ilman painostusta. Opintoaikojen rajaukset, lukukausimaksujen ehdottaminen, yms. ajavat minusta yhä enemmän yliopiston poispäin siitä mitä sen pitäisi olla. Tiukka tutkintorakenne ajaa yliopistoa valitettavasti kohti hyvin yhtenäistä rakennetta, jolloin itse instituutio ei kykene välttämättä elämään riittävän nopeasti muuttuvassa maailmassa. Ainoastaan vapaa-ajan harrastukset lopulta muodostavat variaatiota (joskin tavoitetahdin edellyttämän 56 viikkotunnin käyttö opiskeluun rajaa tätäkin).

    — Nexton

    • säädin pyrkii välttämään virheitä virheiden korjaamisen sijaan

      – Ei, kyllä muodostuva kyberneettinen säätö on takaisinkytketty, siinä ei ole myötäkytkentää.

      Se ennustava pikkuaivomalli on mielenkiintoinen. Sen on kuitenkin oltava monimutkainen, jotta voidaan toteuttaa niin nopeaa ja tarkkaa säätöä kuin esimerkiksi kahdella jalalla kävelemiseen tarvitaan. Avainpointti kuitenkin on, että sekin on säätö – joskin takaisinkytkentäsilmukka on monimutkaistunut, sisältäen jonkinlaisia tulevaisuuden malleja yms. Neokybernetiikalla ei tuohon taida olla paljoa sanottavaa (ks. kuitenkin 10. luento)… en osaa edes kuvitella kuinka tuollainen monimutkainen rakenne voisi kehittyä ilman laadullisia, mallintamista uhmaavia harppauksia – tämän vuoksi täytyy vain todeta että ”kaikkea se luonto keksii”!

      – Tuo mitä sanot yliopistomaailman kybernetisoitumisesta … niinpä, kuten jo tiedätkin (!), olen kanssasi samaa mieltä. On pelottava ajatus että yliopisto ei kohta enää kykenekään houkuttelemaan parhaita henkisiä resursseja puoleensa.

      Heikki

  • En ollut tietoinen adaptiivisen säädön ongelmista, mutta ne voi selvästikin yhdistää helposti moniin ongelmiin maailmassa. Onpa mielenkiintoinen havainto. Tätä pitääkin pohtia enemmän.

    Tuosta työelämän kybernetisaatiosta tuli mieleen, että vaa’assa on toisella puolella tehokkuus ja toisella puolen kestävyys/robustisuus/redundancy. Tällä hetkellä tehokkuus painaa vaa’assa enemmän, mutta mielestäni tasapainoon päädytään tavalla tai toisella. Näillä näkymin se näyttää tapahtuvan vihreän ajattelun puolelta, joka on mielestäni väärä syy tai se taustalla oleva olennainen ajatus hämärtyy, mutta se näyttää vetoavan suurempaan yleisöön. Lopuksi näin taiteen korostamisen jälkeen voisin sanoa, että insinööritieteet ovat rakentavaa taidetta ja niistä on hyvä muistaa menneet sivilisaatiot.

    — Ilari

    • Juu, insinöörityö on mahdollisuuksien taidetta! Kun varsinaisilla taiteilijoilla ei ole työssään mitään rajoitteita, joutuu insinööri ”taiteilemaan” kaikenlaisten reunaehtojen kanssa. Tällainen kytkentä reaalimaailmaan on välttämätön (kyberneettisen takaisinkytkennän mielessä!) jotta teoreettisten pohdintojen todellinen arvo tulee mitatuksi. Tällä tavoin insinöörien taiteilu tavallaan paljastaa luonnon omia muotoja, eli jotain yleispätevämpää. – Mukavaa että pidät tuosta adaptiivisen säädön tuomasta intuitiosta; se on sellainen asia, joka voidaan katsoa meidän alamme (systeemitekniikka yms.) tuomaksi kontribuutioksi näihin tarkasteluihin.

      — Heikki

  • Luin juuri Financial Timesin George Sorosta käsittelevän artikkelin. Professori Hyötyniemi nosti Soros’n ”talousmallin” ohimennen esille viimeisellä luennolla. Koska myös presidentti Ahtisaari sanoi vierailuluennollaan helmikuun alussa arvostavansa Soros’n ajatuksia, päätin kaivaa lisää tietoja tästä talousnerosta.

    Mainitsemani artikkeli on melko värikkäästi kirjoitettu, ja tarjoaa välähdyksiä Soros’n uralta. Pieni pätkä valottaa myös Soros’n refleksiiviselle talousteorialle:

    Part of the stimulation is intellectual. Soros’s experiences in 1944 laid the groundwork for the conceptual framework he would spend the rest of his life elaborating and which, he believes, has found its validation in the events of 2008. His core idea is “reflexivity”, which he defines as a “two-way feedback loop, between the participants’ views and the actual state of affairs. People base their decisions not on the actual situation that confronts them, but on their perception or interpretation of the situation. Their decisions make an impact on the situation and changes in the situation are liable to change their perceptions.”

    Edellä kuvattu takaisinkytkentä tuo mieleeni myös Sengen (The Fifth Discipline) esittämät systeemikuvaukset (ehkä osittain siksi, että Sengen kuvaukset liittyvät usein taloudellisiin malleihin). Wikipediassa kirjoitetaan teoriasta seuraavaa:

    Soros argues that such transitions in the fundamentals of the economy are typically marked by disequilibrium rather than equilibrium, and that the conventional economic theory of the market (the ’efficient market hypothesis’) does not apply in these situations. Soros has popularized the concepts of dynamic disequilibrium, static disequilibrium, and near-equilibrium conditions.

    FT:n artikkelista selviää, että Soros oli eräs ensimmäisistä nykyisen talousromahduksen ennustajista. Hän näki romahduksen ensimerkit jo kesällä 2007.

    Tekstistä pompahti esiin myös muutama muu asia. ”His market-linked moodiness extends to psychosomatic ailments, especially backaches, which he treats as valuable investment tips”! Alintajuntamme voima on välillä (tai pitäisi kai sanoa jatkuvasti) uskomaton.

    Soroksen oma luonnehdinta itsestään ” … I know that I am bound to be wrong, and therefore am more likely to correct my own mistakes” osoittaa mielestäni Sokraattista asennetta. Myös Soros on siis kaltaisemme luonnonfilosofi!

    — Tommi

Kirjoita pohdinta

Vapaaehtoisia lisätietoja jotka eivät tule julkisesti näkyviin.
Kiitos! Viestisi näkyy ylläpidon toimien jälkeen.