滑鐵盧複雜性與創新研究所

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目錄

簡介

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滑鐵盧複雜性與創新研究所(WICI)是一個研究中心,旨在促進對人類福祉至關重要的複雜適應性系統內的創新進行嚴格的跨學科研究,並進行有彈性和有益的轉變。 WICI是一個由成員領導和成員驅動的組織,努力建立複雜系統研究人員的網絡,不僅在滑鐵盧大學,而且在整個加拿大。WICI還努力加強與全球複雜系統研究界的聯繫。WICI歡迎跨科學,藝術和人文學科的各種複雜系統研究方法,努力將研究人員與共同的方法論和領域興趣聯繫起來。 WICI的產品包括與當地專家和世界知名的複雜系統學者進行會談。大部分會談均已記錄在案,並可在其網站上查閱。WICI還贊助工作組,研討會和小額贈款,以支持研究開發。舉辦了三次關於各種主題的專家會議。WICI會員資格提供了一個機會,可以提高複雜系統學者的知名度,並為合作研究,資助申請,科學評論,政策分析和教育計劃建立網絡。

組織結構

該研究所由一名董事和一名小職員組成,由董事會和指導委員會管理,並由國際科學諮詢委員會(ISAC)領導,該委員會由複雜性和創新領域的領先思想家組成。組織結構.png

目標

總體目標

滑鐵盧複雜性與創新研究所(WICI)是一個研究中心,旨在促進對人類福祉至關重要的複雜適應性系統內的創新進行嚴格的跨學科研究,並進行有彈性和有益的轉變。 在這一總體使命下,WICI的目標是:

  • 1、追求前沿研究,大大推動複雜性科學及其在人類問題上的實際應用
  • 2、在複雜性和創新研究領域建立一個充滿活力的大學範圍的研究社區
  • 3、通過研究項目和與全球複雜科學界交流知識,將這個社區聯繫起來
  • 4、將滑鐵盧大學建設成為使用複雜系統理念促進創新以解決多規模,系統級別全球問題的世界領導者。

研究目標

該研究所的研究目標是:

1、將複雜系統研究中的現有想法與相關領域的補充思想相結合,為複雜的自然和社會研究開發增強的綜合概念框架和方法系統;

2、應用這些綜合概念和方法來刺激快速創新:

(1)增強對人類福祉至關重要的複雜系統的復原力,這些系統具有經濟可行性,社會公平性和生態可持續性。
(2)加速複雜系統的有益轉型,帶來無法彌補的根本缺陷。

研究方向及原因

研究方向

複雜的系統就在我們身邊。他們被看作是遷徙鳥類將自己組織成植絨地層的方式,而螞蟻則通過成功的方式進行交配。他們被看作是人類形成社交網絡的方式,以及從這些網絡中產生的溝通、社會資本和聲譽的模式。它們可見於植物、雪花、山體滑坡和星系的新興冪律或分形結構,以及財富和收入分配,股市波動,城市間人口分佈以及城市發展模式的類似結構模式。複雜系統通常被稱為「超過其各部分總和的整體」,在不查看單個組件及其如何交互的情況下無法理解其行為的整體。

滑鐵盧複雜性與創新研究所(WICI)研究複雜系統的形式方面,利用定量和定性方法。我們調查諸如以下問題:哪些流程和結構定義複雜系統並描述其結果?如何對這些進行建模並理解其含義?複雜系統能夠最好地體現哪些現實問題,以及從複雜系統鏡頭中獲得哪些新見解?最重要的是,我們對複雜性的理解如何幫助我們更好地創新以解決世界上最棘手的問題?

複雜行為源於相互作用系統之間的相互作用,乘法因果關係與正反饋之間的相互作用。這種系統的特徵是根本不成比例的因果關係(即小原因並不總是產生小的影響)或通常所謂的「非線性」。非線性系統可以在穩定狀態或平衡之間經歷突然翻轉。第二個特徵是結構化宏觀模式的「出現」,它是系統中實體的獨立微觀相互作用的結果。這些宏觀模式 無論是地球大氣層的颶風還是全球金融市場的繁榮 - 蕭條周期,往往具有巨大的因果力。

複雜的自適應系統,主要是生命系統,包括人類社會系統,展示了所有這些特徵; 但是,此外,它們在動態選擇環境中存活並重現。為此,他們擁有一系列嵌入式規則來指導其行動以響應其外部環境。這些規則在選擇壓力下發展。

複雜系統的正式研究始於20世紀中期的數學,物理,計算機科學,系統工程(包括控制論)和氣象學; 最近,生態學,社會科學和認知科學做出了重要貢獻。研究人員現在將複雜性理論的見解應用於各種系統的行為,如淡水湖泊,哺乳動物免疫系統,金融市場,社交網絡,互聯網和電網。

在數學上,複雜的自適應系統是多狀態變量動力系統,其特徵在於適度的結構化交互和互連。這些系統中的狀態變量通常以異構參數集和更新規則為特徵。空間和網絡關係通常是不均勻的,違反了平均場理論假設。因此,這些系統的數學表示通常沒有分析解決方案。此外,系統行為的特徵在於路徑依賴性,非線性,分叉和閾值行為。較高規模或匯總的輸出模式通常以冪律統計分佈為特徵。

原因

在21實際的第二十年,驚喜不再是令人驚奇的。我們看到意外和有時災難性變化的發生率穩步上升,例如金融危機,流行病,食品價格急劇上漲,破壞性氣象事件以及嚴重的社會和政治動蕩。

在20世紀的基礎學科的方法來研究和決策不能有效地解決這些問題,因為它們在本質上是跨學科的。人類嵌入在複雜的社會生態系統的嵌套和相互關聯的層次中,包括生物圈和全球經濟。這些系統越來越受到強大的,同時的和經常相互作用的壓力的干擾,包括人口迅速增長,全球經濟中的系統性失衡,貧富階層之間的巨大差距,高質量能源的稀缺性惡化以及地球環境的嚴重破壞。

在這種背景下,創新的問題解決需要一種複雜的系統方法,將各種學科的知識結合起來。在過去幾十年中發展起來的複雜系統研究,是在物理學,生物學和社會科學的交叉點上進行的。貢獻者來自生物學,計算機科學,生態學,經濟學,歷史,數學,哲學,物理學,政治學和社會學。該領域的研究範圍從對自組織的一般原則的研究到對森林生態學等特定現實世界系統的建模。

這項工作產生了大量的方法,想法和結果,包括對現代市場和哺乳動物免疫系統等複雜適應系統中非凡創新率背後的過程的深刻見解。但是,儘管有着巨大的希望和很高的期望,但對複雜系統的研究還沒有產生顯着改善我們世界的實際結果。例如,它沒有幫助改善現實世界的社會和技術創新過程,也沒有幫助政策制定者更有效地解決世界上最緊迫的問題。這種令人失望的結果並非完全是複雜系統研究進展有限的結果:人類社會的程序和結構對變革具有深刻的抵抗力,部分原因是大多數社會仍然堅定地以「機械」世界觀為基礎,這些觀點指導了明顯成功的問題在過去解決。

滑鐵盧大學的獨特之處在於實現這一承諾。它具有鼓勵跨學科研究的企業家知識文化;它有一個長期的戰略願景,促進創新;它在與複雜性研究有關的領域具有巨大的計劃優勢,包括應用數學和計算機科學;它與周邊研究所和國際治理創新中心等研究中心密切相關,這些研究中心對複雜系統的行為有着濃厚的興趣。

因此,我們創建了一個跨學科研究所,滑鐵盧複雜性和創新研究所-整合了大學院系,部門,中心和學校的複雜系統知識,並將從世界各地吸取複雜的系統專業知識,以解決最緊迫的問題的21世紀。

研究項目和工具

滑鐵盧複雜性和創新研究所(WICI)目前正在開展六個不同的研究項目,每個項目都由一組經常會面的活躍研究人員支持:

研究項目

傳統增長的替代方案

該小組正在研究各種變化途徑對經濟系統的技術,社會和道德影響,從而大幅降低材料和能源吞吐量。在這方面,它專門研究能源投入與社會複雜性之間的關係。

認知 - 情感建模; 意識形態的維度

該研究小組正在研究: 1、方法論的發展、認知、情感映射(CAM)用圖形表示信念的內容,包括他們的情感效價 2、描述描述當代政治和經濟意識形態的國家空間的維度,以及對該國家空間內變化機制的描述。

耦合人類 - 環境系統理論

人類和自然系統的未來健康狀況取決於人類系統與環境之間的雙向互動:人類所做的事情會影響環境,但環境的變化又會影響我們的感知和行為。因此,人類及其環境共同形成單一的耦合非線性系統。該小組對耦合系統的研究特別關注的是開發森林-草地馬賽克生態系統中的人-環境相互作用模型,以及疫苗背景下的人-疾病相互作用模型。該小組運用經驗主義的理論建模來解決政策問題或基本科學興趣。

複雜網絡的穩健性:儘管存在頑固和惡意的對手,但仍達成協議

該研究計劃研究複雜網絡(包括社會,經濟,生物,生態和工程網絡)的結構和動態。該計劃的目標是為複雜網絡開發數學模型,確定表徵網絡功效和彈性的基本指標和通用屬性,並提出利用結構和動態來改善整個系統功能的機制。

開放式架構問題解決

該研究計劃旨在確定解決集體問題的過程,以應對關鍵的全球挑戰。特別感興趣的是開源方法在大規模協作解決問題方面的應用 - 特別是可能改善民主實踐的方法。

物理,生態和社會系統中的比較閾值行為

該研究計劃探討了解釋物理,生態和社會系統中的非線性或「閾值」行為的理論之間的相似點和不同點。它運用這些知識來更好地解釋社會系統行為的突然變化。

人類環境系統中的漏洞:用於複雜系統分析的工具(城市環境)

Dawn Parker教授目前領導一個研究團隊,開發基於代理的住宅用地和交通模型,探索居民的社會經濟和文化特徵之間的聯繫;他們在住房市場,日常交通決策和房產環境管理方面的選擇;開發者的目標和行為;政策制定者和規劃者對這兩個群體的限制;以及由此產生的城市形態和交通網絡功能的宏觀緊急模式。

研究工具

這些工具由WICI核心和附屬研究人員製作,以提供對複雜現象的更深入了解。 EMPATHICA:該軟件程序旨在幫助人們理解和解決衝突。以下兩個示例CAM是Manjana Milkoreit的會議論文的一部分,Manjana Milkoreit是滑鐵盧大學全球治理博士候選人,題為「認知在全球氣候政治中的作用 - 在南北分裂中繪製信仰系統和情感,在2012年壓力下的Planet(倫敦)上發表。

研究工具.jpg

出版物

2017

  • Tran, J. 「了解開發商在滑鐵盧地區的決策」,規劃學院,滑鐵盧,滑鐵盧大學,01/2017。

2016

  • Parker, D., T. Filatova, M. Barton, T. Dawson, G. Polhill, L. Milazzo, A. Lee, J-S. Lee, A. Voinov, K. Robinson, et al.,「奇蹟」「第三輪」深入數據挑戰大會,2016年,英國格拉斯哥。
  • Jin, X., K. Robinson, A. Lee, G. Polhill, C. Pritchard, and D. Parker Submitted for review, 2016.「奇蹟:基於代理的模型輸出的基於雲的可重複數據分析和可視化平台原型」
  • Babin, R.「在集約化下估算購房者的偏好:在基奇納 - 滑鐵盧的輕軌之前的開放空間和多式聯運設施的快樂模型」,規劃學院,滑鐵盧,滑鐵盧大學,09/2016.

2015

  • Parker, D., T. Filatova, Y. Huang, Q. Huang, and X. Jin,「土地市場代表對經驗土地利用變化模型解釋的影響」推進大都會模型會議,里弗賽德,加州,2015。
  • Parker, D., M. Barton, T. Dawson, T. Filatova, X. Jin, A. Lee, J-S. Lee, L. Milazzo, C. Pritchard, G. Polhill, et al 奇蹟項目:用於可視化模型輸出的網絡基礎設施,2015。
  • Parkin, M., D. Stubbs, V. Hang, D. Parker, J. Casello, M. Moos, X. Jin, R. Babin, P. Fard, Y. Huang, et al., 中央過境走廊監測計劃,基奇納 - 劍橋 - 滑鐵盧基線監測報告,滑鐵盧,滑鐵盧地區,2015年。

2014

  • Parker, D., X. Jin, R. Babin, K. Yeung, and A. Antanaitis「原型綜合住宅用地和交通模型:滑鐵盧地區模型(WARM)」,地理空間理論,過程,建模和應用聯合國際會議,多倫多,2014年。
  • Parker, D., X. Jin, R. Babin, K. Yeung, and A. Antanaitis「開發基於矢量的土地市場模型」,美國地理學家協會年會,Tampa,F.L.,2014。

活動

  • 1、從2008年至今,活動的形式主要為演講分享,分享的內容幾乎都是關於複雜性、複雜網絡等一切關於複雜系統的相關知識。如:Bill Sutherland 主持的複雜系統的開放式格式對話、橋樑講座:跳舞複雜系統的數學、基於仿真的複雜系統工程等等。參與者有時間可到現場參與,時間不允許的情況下,可通過在網站上的過去演講者的視頻中觀看。
  • 2、會在網站上發佈一些WICI成員的最新研究成果及一些動態
  • 3、滑鐵盧複雜與創新研究所(WICI)目前提供每月研究生研討會,學生自願與其他學生一起展示他們的複雜系統工作,並可以與其他複雜系統學生一起接受非正式反饋和討論。在這些活動之後,邀請參加者參加研究生院的非正式社交活動。請參閱我們的活動頁面為即將舉行的會議的詳細信息!另一種參與的方式是訂閱WICI的郵件列表,以接收常規時事通訊和活動提醒。

資源及課程

資源

滑鐵盧複雜性與創新研究所(WICI)研究產生了大量與複雜性相關的研究結果,資源和工具,其中一些可在WICI的研究部分獲得。

  • WICI不定期的論文:這些出版物報告了該研究所主持的研究項目的結果。
  • 關於認知和氣候變化的談判者簡報:本系列基於對認知在全球氣候變化談判中的作用的持續研究,並提供專門針對全球氣候變化談判參與者當前需求和挑戰的見解。
  • WICI數據挑戰:信息,文檔,視頻以及對獲勝工具和亞軍的源代碼的訪問。
  • 複雜性閱讀清單:為了幫助那些不熟悉複雜性科學的人,這個頁面列出了關鍵的閱讀材料。
  • 滑鐵盧大學與複雜性相關的課程:此頁面列出了目前在滑鐵盧大學教授的與複雜性科學相關的所有課程。
  • 複雜性相關事件的學生資助標準: WICI很高興地宣布,我們將接受滑鐵盧大學有興趣參加複雜性相關活動的學生的資助建議。
  • 學生旅行報告:來自WICI的旅行報告贊助了學生在滑鐵盧大學攻讀複雜性科學相關學科的研究目標。
  • 數據可視化和分析研討會:展示WICI贊助的數據挑戰競賽中獲勝者和亞軍的工作。

課程

一些WICI成員分享了滑鐵盧大學以及世界其他學校的複雜系統學者感興趣的課程信息。這絕不是一個包容性的清單。

1、滑鐵盧大學複雜系統課程:學習的藝術和科學(秋季學期)、創造性思維(秋季或冬季學期)、計算社會科學(冬季學期 - 在線課程)、艱難的決定和邪惡的問題(秋季或冬季學期)、複雜系統簡介(冬季學期)、人工生命 - 生物學與計算(2019年春季)、人工生命 - 體驗智能(2019年秋季)、離散動力系統的代數結構(冬季學期)

2、外部複雜系統課程

  • CMU夏季學院:

時間:2019年6月10日至16日

地點:賓夕法尼亞州匹茲堡卡內基梅隆大學CASOS(社會與組織系統計算分析中心)

  • 研究機會計劃ENV299Y / 399Y

ENV1:通過仿真模型研究自然系統的複雜性

ENV2:通過仿真模型研究行為變化

時間:2019年秋季和2020年冬季 5:00-7:00 pm

地點:多倫多大學

課程描述:在ENV1和ENV2中,學生通過構建基於代理的模擬來研究他們選擇的系統的複雜性。我們為社會和自然科學領域的學生提供機會。計算機科學專業的學生可以參與AI中的編程或更多理論問題。作為一個學分課程,這隻適用於多倫多大學藝術與科學學院的第二學年和第三學年學生,但任何機構的學生都可以參加。我們確實支持那些希望使用該軟件來滿足課程要求或自己獨立研究的學生。如果你能到實驗室,我們會為你騰出時間。我們還有滑鐵盧大學,麥克馬斯特大學和西方大學的學生建模師。我們也願意安排訪問另一所學校,接受有關軟件使用和基於代理的模擬的培訓。

  • PHC 6934:災難取證

時間:2019年秋季

地點:南佛羅里達大學公共衛生學院

課程描述:最近全球威脅形勢出現了高影響,低概率事件。卡特里娜颶風,日本大地震和海嘯,颶風桑迪,颶風伊爾瑪,超強颱風海燕,全球恐怖活動,航空和重大基礎設施災難等事件已成為新常態。極端事件挑戰了我們對災害病因的相互依賴性和複雜性的理解,並經常引發層層疊疊的突發公共衛生事件。災難取證旨在揭示事故和災害(自然災害,人為事故和人為故意災害)的複雜因果關係。這是關於用新的眼睛看。基於證據的方法植根於法醫學的傳統概念化,在20世紀初期,法國法醫科學先驅愛德蒙·洛卡德博士提出了這樣一種理論,即「每一次接觸都留下痕迹」。

請注意,課程列表是2019年春季的最新列表。要註冊課程或了解更多信息,您必須直接與學校聯繫。

會員類別

成員類別認可不同類型的參與研究所的活動和對滑鐵盧複雜與創新研究所(WICI)的承諾水平。主要類別是:

1、核心成員

核心成員是定期,研究或兼職的大學教師,他們在該研究所的主持下領導一項長期研究計劃。 外部核心成員是滑鐵盧大學以外的常規,研究或兼職教師,他們領導一個長期複雜的系統研究計劃,並積极參与WICI網絡和活動。 核心成員資格在成員在WICI內積極研究期間持續。

2、會員研究員

會員研究人員是常規,研究或兼職的大學教師或非大學研究人員,包括博士後研究員,他們積极參与研究所活動,包括其研究項目或委員會。會員資格有效期為三年,可以續任。

3、從業人員

從業人員包括政府,志願部門和對研究所研究和調查結果感興趣的私營部門的人員,以及積极參与WICI會議,研討會和向普通觀眾開放的會議的人員。會員資格有效期為三年,可以續任。

4、學生會員

學生會員是來自滑鐵盧大學或附屬機構的學生,他們致力於攻讀與複雜性科學和創新相關的碩士或博士學位。會員資格有效期為三年,可以續任。

5、如何成為WICI會員

請提交一份正式的信函,要求提供會員資格以及簡短的簡歷和簡歷。請寫給WICI主任的信。您的完整申請材料將轉發給主任和WICI指導委員會進行審核和決定。申請可能會提交給WICI管理員。

相關資料

滑鐵盧複雜性與創新研究所官網

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