Antropología: Series temporales complejas

Presentación del tema: "Antropología: Series temporales complejas"— Transcripción de la presentación:

1 Antropología: Series temporales complejas
Prof Carlos Reynoso Universidad de Buenos Aires México, UNAM/Ciudad Juárez, mayo de 2006

2 Objetivos Ingresar a las ciencias de la complejidad y el caos por la vía de la dinámica Examinar formalismos no en sí mismos, sino en sus implicancias epistemológicas Continuar clarificando la noción de problema y tratabilidad Introducir desafíos epistemológicos al pensamiento lineal y seudo-complejo

3 Criticalidad auto-organizada
Per Bak

4 Criticalidad auto-organizada
Pila de arena: avalanchas (Per Bak) Distribución de ley de potencia Rasgo fractal (cuenca de rios, palabras en texto, terremotos, ciudades/tamaño, riqueza, extinción de especies en eras geológicas) No: estaturas, lotería: frecuencia estadística normal Espectro de potencia 1/f Auto-organización Comunicación y vecindad entre agentes No proporcionalidad de causa y efecto: un grano  reacción en cadena Independencia de objeto y escala (grano/tamaño) Fractales naturales – Instantáneas de procesos críticos (Tamás Vicsek)

5 Criticalidad auto-organizada
Aplicaciones: Bentley (Wisconsin) / Maschner (Idaho) – SOC aplicada a lista de venta de discos Modelo crítico de extinción, agentes compitiendo por espacio limitado (top 200) Similar a otros modelos críticos de extinción Tiempo de persistencia en lista, “avalancha” (relación con número total que salen de la lista)

6 Criticalidad auto-organizada
Keitt (SFI) Marquet (UC Chile), 1995: Introducción y extinción de avifauna en Hawaii Shih-Kung Lai, evolución de ciudades Otros: modelos de propagación de incendios y enfermedades exhiben criticalidad

7 Aplicaciones en antropología
Bentley-Maschner: tipos cerámicos en Arizona y Nueva York (criticalidad organizada en aparición y extinción) Allen, Sanders: criticalidad aplicada a la expansión de ciudades Lev, Leitus, Shalev: ley de potencia para datación de piezas metálicas Harvey y Reed: paradigma iconológico

8 Geometrías y modelos Modelos mecánicos = geometría euclideana, dimensiones enteras, axiomas, deducción, linealidad, equilibrio (punto fijo) Modelos estadísticos = Gráficos de tortas y barras, probabilismo, inducción, correspondencias, azar Modelos sistémicos = No linealidad, atractores extraños, objetos fractales, recursividad, complejidad, aperiodicidad, homotecia, criticalidad auto-organizada Modelos hermenéuticos = No tienen geometría

9 Los cuatro modelos

10 Dinámica no lineal

11 Ecuación logística Xt+1 = k * xt * (1 – xt) X: Población - entre 0 y 1
K: Tasa de crecimiento - entre 0 y 4

12 Ecuación logística Xt+1 = k * xt * (1 – xt) Modelo poblacional
Alternativa a ecuación de Malthus Ecuación de Verhulst Otras aplicaciones: gotas a chorros, comportamiento de gases, motines, catástrofes, sucesión de estados climáticos (sequías, corrientes marinas) Atractor de punto fijo Atractor periódico Aperiodicidad (caos determinista) Atractor de Lorenz Período 3 implica caos Irreversibilidad Conociendo una serie tan larga como se quiera, no se puede predecir el valor siguiente (Bateson)

13 Bifurcación de Feigenbaum

14 Constante universal de Feigenbaum
Bifurcación Duplicación de períodos … Experiencia de Hoggard

15 Número de Feigenbaum (Nick Hoggard)

16 Atractores Atractor de punto fijo Atractor periódico
Atractor de torus o semi-periódico Atractor extraño (Ruelle) o de mariposa Atractor de Lorenz (*Fractint) Dimensión 2.05 (en 3D): 0 volumen, superficie infinita Ergodicidad: cubre la región, pero no pasa por el mismo estado más de una vez

17 Desafío epistemológico
Dimensión visual de la complejidad Batty-Steadman-Xie 2004 – Visualizaciones (a) la que busca hacer las cosas más simples y explicables, (b) la que explora resultados imposibles de anticipar y refina procesos que interactúan de formas retorcidas o contraintuitivas, y (c) la que permite a los usuarios sin previo conocimiento técnico pero aguda comprensión del problema usar modelos para predicción, prescripción y control. Paradigma iconológico – Harvey y Reed 1997 (Panofsky)

18 Paradigma iconológico
Teoría de los paisajes Colinas y valles del espacio de búsqueda de algoritmos genéricos Paisaje de adecuación de la memética Paisajes epigenéticos de Waddington Relieves del método de simulación de templado Topologías catastróficas de Thom Cuencas de atracción de autómatas celulares y redes booleanas Estructura fractal de los paisajes.

19 Traza de recurrencia

20 Traza de recurrencia Recurrence plot – Jean-Pierre Eckman
Atractores extraños Técnica de representación que destaca correlaciones de distancia en una serie temporal Visualiza la geometría de la conducta de un sistema dinámico Permite también comparar la conducta de dos sistemas mejor que la técnica estándar (regresión no lineal) No interesa cuántas dimensiones o parámetros tenga un sistema Se pueden regular los parámetros y enfatizar la incidencia de cada uno

21 Traza de recurrencia

22 Tipología Homogéneo – Ruido blanco Periódico – Oscilaciones armónicas
Deriva – Ecuación logística 3.98 Cambios abruptos – Movimiento browniano

23 Ejemplos Tipología musical Lamentos y canciones de cuna
Maternidad adolescente en Texas Consonancia y disonancia Patrones de (a)periodicidad en eventos culturales de larga escala Secuencias arqueológicas en tafonomía y desertización Identificación temporal de cambios de fase y régimen

24 Gráficos de recurrencia (1/2)
Recurrencia: definida por Poincaré (1890) Vinculado con principio ergódico y atractores. Un sistema pasará con el tiempo tan cerca como se quiera de su estado inicial. Gráficos: Propuestos por Eckmann y Ruelle en 1987 Ruelle es quien propuso la idea de “atractores extraños” Mapeado de series (temporales) multidimensionales en espacio gráfico de dos dimensiones. Visualizar las trayectorias en el espacio de fases.

25 Gráficos de recurrencia (2/2)
La recurrencia es un valor que se repite a sí mismo dentro de un radio determinado. Dada una serie temporal, se puede conjeturar la incidencia de uno o más parámetros. Independiente de naturaleza material de las series. Zbilut y Webber introdujeron el análisis de cuantificación de recurrencia en los 90s Laminaridad, determinismo, tasa de recurrencia, divergencia, entropía…

26 Tipología (Norbert Marwan 2003)

27 Gráficos de recurrencia
Tres clases de plots / modelos de serie temporal Ruido blanco – Secuencias al azar Ruido marrón (browniano) – Secuencias estocásticas Ruido rosa – Fractal, música susceptible de ser asimilada (en cualquier cultura)

28 Consonancia / disonancia

29 Consonancia

30 Disonancia

31 Disonancia

32 Disonancia

33 Day tripper (Lennon-McCartney)

34 Bach / Money (Pink Floyd)
Transición 4/4 a 7/4

35 Cómo se interpreta El brillo de un punto es proporcional a la similitud en los tiempos (i, j) La diagonal blanca denota auto-similitud. La similitud repetitiva resulta en un patrón de tablero de damas. Los temas largos repetidos se ven como diagonales paralelas separadas de la diagonal principal por la diferencia temporal que media entre las repeticiones. Se pueden modular variaciones de volumen mediante color (rojo=alto, azul=bajo)

36 Ejemplo Rondó del Concierto para corno nº 4 en Mi K 495 de Mozart.
Al comienzo hay un breve silencio. La exposición del corno difiere de la exposición de la orquesta por la diversidad tímbrica. La nota alta sostenida del corno ocasiona el cuadrado brillante a los 20 segundos. © Jonathan Foote

37 Ejemplo Maternidad adolescente en Texas, 1964-1990 Dooley & al 1997
b=1970, anticonceptivos disponibles c=1973, Row vs Wade, aborto legal h= , acciones en contra del aborto

38 Usos comparativos Tres grupos de flautas de Pan
‘Are’Are, Malaita, Islas Salomón, Melanesia (Hugo Zemp, ) Bandas de flautas de Pan sin percusión Sicuras del norte de Chile (Jochen Wenzel, 1960s) Bandas de flautas de Pan y percusión indígenas Bandas de sikuris de la Quebrada de Humahuaca, Jujuy, Argentina (Carlos Reynoso, 1978) Bandas de flautas de Pan con afinación casi temperada y percusión militar

39 Malaita – Islas Salomon

40 Malaita – Islas Salomon

41 Malaita – Islas Salomon

42 Malaita – Islas Salomon

43 Chile - Sicuras © Jochen Wenzel

44 Sikuris - Quebrada de Humahuaca

45 Sikuris - Quebrada de Humahuaca

46 Sikuris - Quebrada de Humahuaca
                                     

47 Sikuris - Quebrada de Humahuaca

48 Resultados Lamento de Albania Lamento Bosavi Canto lírico celta

49 Resultados Ruido blanco, fractal de Lorenz, Canto Selknam
Flautas de Salomon (Zemp), sicuras de Chile (Wenzel), sikuris de Argentina (Reynoso)

50 Ruido blanco

51 Atractor de Lorenz

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53 Canto Selknam

54 ‘Are’Are

55 ‘Are’Are

56 Chile

57 Chile

58 Humahuaca

59 Humahuaca

60 Auto-organización

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62 Prof Carlos Reynoso billyr@microsoft.com.ar
Preguntas? Prof Carlos Reynoso