Kompleksisuus · Oppitunti 0001/6

Kompleksisuus vs. monimutkaisuus

Kaksi sanaa, jotka sekoitetaan — ja niiden eron ymmärtäminen on koko tämän alipolun lähtökohta.

Perusteet-polussa opimme mitä järjestelmä on. Menetelmät-polussa opimme miten niitä tutkitaan. Nyt kompleksisuus-polussa opimme mistä systeemiajattelun hämmentävin piirre syntyy: kun yksinkertaisista säännöistä syntyy järjestystä, jota kukaan ei suunnitellut.

Tämä oppitunti aloittaa polun määrittelemällä mitä "kompleksi" tarkoittaa. Se ei ole sama kuin "monimutkainen".

Kaksi sanaa, jotka sekoitetaan

Suomessa "monimutkainen" ja "kompleksi" tuntuvat tarkoittavan samaa. Systeemiajattelussa ne eroavat:

Esimerkki: auto on monimutkainen. liikenne on kompleksi. Auto on suunniteltavissa; liikenne on systeemi, joka tuottaa ruuhkia, vaikka yksikään kuljettaja ei niitä suunnittele.

Miksi ero on tärkeä

Ero johtaa eri lähestymistapoihin:

• Monimutkainen järjestelmä voidaan optimoida. Ratkaisu löytyy analysoimalla osia.
• Kompleksi järjestelmä voidaan oppia ymmärtämään. Ratkaisu ei ole optimoiminen vaan säännöt, jotka ohjaavat kokonaisuutta.

Tämä on syy, miksi perinteiset komennot eivät toimi kompleksisissa järjestelmissä. "Tee autoja vähemmän ruuhkaksi" ei toimi — yksikään auto ei ole ruuhka.

"A complex system is one whose behavior is not easily predicted from its parts considered in isolation." — Yleinen määritelmä

Murray Gell-Mann — tehokas monimutkaisuus

Murray Gell-Mann (1929–2019), Nobel-fyysikko ja kvarkkien löytäjä, perusti Santa Fe -instituutin 1987. Hän kehitti käsitteen effective complexity — tehokas monimutkaisuus.

Gell-Mannin idea: kompleksisuus ei ole vain "osien määrä". Se on säännönmukaisuuksien määrä lyhyessä kuvauksessa. Ihminen on monimutkaisempi kuin kivi — mutta yksinkertaisempi kuin yhteen paikkaan jähmettynyt tähtisumu, jossa jokainen atomi on eri asennossa.

Kompleksi järjestelmä on sellainen, jossa lyhyt kuvaus (säännöt) tuottaa pitkän käyttäytymisen (emergenssi). Jos tarvitset yhtä pitkän kuvauksen kuin käyttäytyminen, järjestelmä on vain satunnainen, ei kompleksi.

Kompleksisuuden mittaaminen

Kompleksisuutta voi mitata monella tavalla:

• Algoritminen monimutkaisuus — lyhyimmän ohjelman pituus, joka tuottaa käyttäytymisen (Kolmogorov-kompleksisuus).
• Shannon-entropia — informaation epävarmuus.
• Laskennallinen syvyys — aika jonka yksinkertainen järjestelmä tarvitsee tuottaakseen kohteen.

Nämä eivät ole sama asia. Satunnaisuus on korkea-entrooppinen mutta matala-algoritminen (lyhyt ohjelma: "anna satunnaislukuja"). Säännöllinen järjestys on matala-entrooppinen. Kompleksi järjestelmä on josain näiden välissä — epäsäännöllistä, mutta säännönmukaista.

Neljä kompleksisuuden ulottuvuutta

S. Randall, P. Coulibaly ja B. Eric Koli täsmentävät neljä ulottuvuutta:

1. Vuorovaikutuksen heterogeenisyys — osat ovat erilaisia ja kytkeytyvät monin tavoin.
2. Vuosilokeroitu muisti — järjestelmä kantaa menneisyyttä mukanaan.
3. Adaptiivinen oppiminen — järjestelmä muuttaa käyttäytymistään kokemuksesta.
4. Sisäkkäiset palautteet — toimijat reagoivat toistensa toimintaan, mikä synnyttää emergenttejä rakenteita.

Kun kaikki neljä toteutuvat, järjestelmä on aidosti kompleksi — kuten ekosysteemit, taloudet, aivot, kielet.

Kompleksisuus vs. kaoottisuus

Vielä yksi ero: kompleksi ja kaoottinen ovat eri asioita.

Kompleksi järjestelmä voi sisältää kaoottista dynamiikkaa — mutta ei ole siihen rinnastettavissa. Kaoottinen järjestelmä ei opi. Kompleksi voi.

Miksi tämä koskee sinua

Useimmat elämäsi järjestelmät — perhe, työ, kaveripiiri, keho, mieli, yhteiskunta — ovat komplekseja. Ei monimutkaisia, ei kaoottisia. Ne oppivat, sopeutuvat, tuottavat emergenttejä ilmiöitä.

Siksi sinä et voi vain "optimoida" niitä. Siksi yksinkertaiset ratkaisut eivät usein toimi. Siksi pieni muutos voi aiheuttaa suuren vaikutuksen — ja toisin päin.

"The behaviour of complex systems cannot be understood by examining their parts in isolation. Their behaviour emerges from the interaction of the parts." — Yleistäen

Tämä oppitunti on pohja. Seuraavissa näemme miten kompleksisuus syntyy — sopeutuvat järjestelmät, itseorganisoituminen, attraktorit.

Pysähdy ja tarkastele

Etsi yksi järjestelmä elämästäsi jossa on kompleksisuuden piirteitä.

Seuraavassa oppitunnissa näemme millä säännöillä tällaiset järjestelmät syntyvät — ilman, että kukaan suunnittelee niitä.

Liittyvät käsitteet

• complexity — tämän oppitunnin ydinkäsite
• complex-adaptive-system — sopeutuva kompleksi järjestelmä (CAS)
• emergence — kokonaisuuden tasolla syntyvä ominaisuus
• self-organization — järjestys ilman keskussuunnittelua
• feedback-loop — palautesilmukka — kompleksisuuden moottori
• systems-thinking — ajattelutapa, jolle kompleksisuus on ydin
• abstraction — erottaa olennaisen epäolennaisesta
• holism — kokonaisuus edellä -näkemys
• reductionism — kompleksisuuden vastakohta
• adaptation — mukautuminen

Lähteet: Murray Gell-Mann — The Quark and the Jaguar (W.H. Freeman, 1994); Stuart Kauffman — At Home in the Universe (Oxford, 1995); John Holland — Emergence (Perseus, 1998); Donella H. Meadows — Thinking in Systems (2008); Santa Fe Institute — Complexity Research (1987-luku lähtien).