Una possibile catalogazione, non esaustiva, dei vari tipi di sistemi sulla base della struttura, funzione e delle proprietà interne o di ingresso/uscita può essere:
- Assurdi - Senza Senso - Impossibili, per contrapposizione: Geniali
Sono sistemi che per la scelta e composizione degli elementi e/o per il tipo di relazioni/interconnessioni che si sono scelte non presentano alcun senso o sono in contraddizione con leggi fondamentali.
E' da notare che molte scoperte fondamentali sono nate proprio nel trovare senso o collegamenti in sistemi naturali o concettuali dove prima si riteneva non ci fossero.
- Banali
Sono sistemi la cui descrizione/analisi/conoscenza non aggiunge nessuna informazione.
- Semplici
Sono sistemi la cui struttura/funzionalità è facilmente analizzabile/descrivibile/realizzabile.
- Elementari
Sono sistemi che hanno funzionalità di base ma la cui struttura/descrizione non è necessariamente semplice.
- Deterministici / Casuali-Stocastici-Aleatori
In generale con questi termini ci si riferisce allo stato interno del sistema (definito dall'insieme della variabili di stato interne osservabili o alle caratteristiche di entrata/uscita. Se a uno stato definito del sistema corrisponde un valore preciso e unico dello stato del processo o se a un valore definito dell'ingresso corrisponde sempre un valore definito dell'uscita allora il sistema è deterministico - determinati questi valori una volta sono validi sempre. Se invece i valori sono di tipo probabilistico descrivibili da una variabile casuale il sistema è casuale, detto anche dinamico aleatorio o stocastico, governato da una certa distribuzione di probabilità sui valori. In genere questo significa che all'interno del sistema alcune parti/sottosistemi/processi sono di tipo casuale/probabilistico.
- senza / con Memoria
Nei sistemi con memoria lo stato del sistema e/o il valore della funzione ingresso/uscita dipendono dai valori di stato o di ingresso del passato.
- lineari / non lineari
Con questi termini ci si riferisce alla funzione di ingresso/uscita del sistema; se di tipo lineare o meno.
In genere un sistema è lineare solo in un intervallo di valori; oltre una certa dinamica di valori la caratteristica ingresso/uscita diventa non-lineare, ad esempio per saturazione. Un esempio tipico di sistema lineare sono gli amplificatori.
I sistemi lineari sono gli unici di cui è possibile una descrizione formale completa delle caratteristiche. Una tecnica per trattare i sistemi non-lineari è quella di linealizzarli per un certo intervallo di valori, ovvero simularli con uno o più sistemi lineari.
- stazionari / non stazionari
Sono sistemi stazionari (o tempo invariante) quelli i cui parametri interni non dipendono dal tempo, ma sono costanti.
- statici / dinamici
Tra i sistemi lineari sono di particolare interesse quelli statici, per i quali il segnale di uscita dipende solo dal valore istantaneo del segnale in ingresso. Viceversa nei sistemi lineari dinamici la risposta dipende - oltre che dal valore istantaneo dell'ingresso - anche dalla storia passata di questo.
- aperti/chiusi/isolati/adiabatici
I sistemi aperti, definiti per la prima volta da von Bertalanffy, sono sistemi che termodinamicamente possono interagire con l'ambiente esterno scambiando sia energia (lavoro o calore) che materia.
Un sistema chiuso è un sistema che non scambia massa con l'ambiente esterno, mentre può effettuare con esso scambi di energia in tutte le sue forme (compreso il calore) o di lavoro.
Un sistema isolato è un sistema che non interagisce in alcun modo con l'ambiente circostante, ovvero che non scambia massa, né lavoro, né calore.
Un sistema adiabatico è un sistema chiuso che non può scambiare né calore né materia con l'ambiente esterno, può invece scambiare lavoro.
- a costanti concentrate / costanti distribuite
E' una terminologia normalmente applicata a sistemi circuitali. Se la lunghezza d'onda minima dei segnali che transitano nel circuito è grande rispetto ai componenti/elementi del sistema il circuito è detto a costanti/parametri concentrati, viceversa se è confrontabile è detto a costanti/parametri distribuiti. Un tipico esempio sono i circuiti a microonde, dove la lunghezza d'onda dei segnali è dell'ordine dei cm. o dei mm.
- a tempo discreto / tempo continuo
E' una definizione alternativa più generale a quella digitale/analogica applicata a valori/variabili/processi/segnali di sistema. Se le variabili o i processi sono discreti nel tempo, ovvero assumono solo determinati valori, il sistema è a tempo discreto; viceversa se hanno valori continui nel tempo sono a tempo continuo.
- a stati-eventi discreti / stati-eventi continui
Analogo al precedente per quanto riguarda gli stati interni del sistema.
- Sincroni / Asincroni / Sincronici
Nei primi due tipi ci si riferisce in generale alla comparazione tra processi interni del sistema o tra alcuni processi interni ed altri esterni al confine del sistema. Se i due processi hanno una correlazione, generalmente nel tempo, del tipo uno-ad-uno tra di loro, ad esempio del tipo causa-effetto, sono detti processi sincroni tra di loro; viceversa se sono temporalmente indipendenti sono detti asincroni.
Il termine sincronicità è stato introdotto da Carl G. Jung nel 1950 per descrivere una connessione fra eventi, psichici o oggettivi, che avvengono in modo sincrono, cioè nello stesso tempo, ma tra i quali non vi è una relazione di causa-effetto ma una evidente comunanza di significato. Per estensione un sistema è sincronico quando ha relazioni tra processi interni e/o esterni di tipo sincronico.
- Paradossali o Oscillatori
I sistemi oscillatori sono quelli dove gli stati interni, i processi o l'uscita del sistema è di tipo oscillatorio, ovvero con una variazione periodica, di solito nel tempo. L'oscillazione di stato o dell'uscita può essere generata da un paradosso interno o interno/esterno del sistema, ad esempio del tipo "se si allora no - se no allora si"; in questo caso lo stato o l'uscita del sistema diventa una continua oscillazione di si e no.
Il concetto di strano anello è stato introdotto da Douglas Hofstadter per indicare la situazione in cui muovendosi su o giù in un sistema di livelli gerarchico ci si ritrova al punto di partenza. Gli strani anelli in generale sono creati da situazioni autoreferenziali o paradossali. Per estensione i sistemi a strano anello sono quelli dove i processi interni sono di questo tipo.
- Caotici
Un sistema dinamico è di tipo caotico se presenta le seguenti caratteristiche:
- Sensibilità alle condizioni iniziali, ovvero a variazioni infinitesime delle condizioni al contorno (o, genericamente, degli ingressi) corrispondono variazioni finite in uscita. Come esempio banale: il fumo di più fiammiferi accesi in condizioni macroscopicamente molto simili (pressione, temperatura, correnti d'aria) segue traiettorie di volta in volta molto differenti.
- Imprevedibilità, cioè non si può prevedere in anticipo l'andamento del sistema su tempi lunghi rapportati al tempo caratteristico del sistema a partire da assegnate condizioni al contorno.
- L' evoluzione del sistema è descritta, nello spazio delle fasi, da innumerevoli orbite ('traiettorie di stato'), diverse tra loro con evidente componente stocastica agli occhi di un osservatore esterno, e che restano tutte confinate entro un certo spazio definito: il sistema cioè non evolve verso l'infinito per nessuna variabile; si parla in questo caso di ' attrattori ' o anche di ' caos-deterministico '.
Un sistema caotico in generale è deterministico, ovvero è regolato da una legge ben precisa che gli impone di assumere un certo stato (data la sua storia precedente e la legge). La particolarità dei sistemi caotici (per effetto della quale sono spesso confusi con i sistemi aleatori) è il fatto che la legge "di aggiornamento" dipende in maniera fortissima dalle condizioni iniziali: una minuscola variazione nelle condizioni iniziali condurrà il sistema in uno stato molto lontano da quello che avrebbe raggiunto senza tale minuscola variazione.
- Frattali
Il termine frattale è stato coniato nel 1975 da Benoît Mandelbrot, e deriva dal latino fractus (rotto, spezzato), così come il termine frazione; infatti le immagini frattali sono considerate dalla matematica oggetti di dimensione frazionaria. Un frattale è un oggetto geometrico che si ripete all'infinito nella sua struttura allo stesso modo su scale diverse, ovvero che non cambia aspetto anche se ingrandito per infinite scale. Questa caratteristica è spesso chiamata auto similarità. La caratteristica peculiare dei frattali è che mentre le regole di generazione sono relativamente semplici il loro risultato produce meta-infiniti.
Per estensione i sistemi frattali sono sistemi dove i processi o addirittura gli elementi sono di tipo frattale.
Per estensione i sistemi frattali sono sistemi dove i processi o addirittura gli elementi sono di tipo frattale.
- Sinergici
Il termine sinergia (o sinergetica) è stato introdotto da Hermann Haken nell'ambito della fisica dei laser negli anni 70-80.
Comunemente viene definita come un'azione combinata di due o più elementi, che risulta di efficacia maggiore rispetto alla loro semplice somma. Una sinergia è quindi un'azione simultanea di due fenomeni, forze, entità o altro, che ne potenzia i singoli effetti. Per estensione un sistema è detto sinergico se tra i suoi processi interni o esterno/interni vi è una sinergia.
Comunemente viene definita come un'azione combinata di due o più elementi, che risulta di efficacia maggiore rispetto alla loro semplice somma. Una sinergia è quindi un'azione simultanea di due fenomeni, forze, entità o altro, che ne potenzia i singoli effetti. Per estensione un sistema è detto sinergico se tra i suoi processi interni o esterno/interni vi è una sinergia.
- Indecidibili
E' una caratteristica che si presenta in un particolare insieme di sistemi dinamici denominati automi a stati finiti, in particolare nella macchina di Turing (MdT). Una MdT (assimilabile a tutti gli effetti a un computer) è un sistema formale che può descriversi come un meccanismo ideale, ma in linea di principio realizzabile concretamente, che può trovarsi in stati ben determinati (macchina a stati), operante su stringhe in base a regole ben precise e costituisce un modello di calcolo. In un sistema di questo tipo si pone il problema dell'arresto, ovvero se sia sempre possibile in una MdT che presenta un'evoluzione illimitata , descritto un programma e un determinato input finito, stabilire se il programma in questione termini o si ripeta all'infinito. È stato dimostrato che non può esistere un algoritmo generale che possa risolvere il problema per tutti i possibili input.
- Complicati/Complessi
Il termine complicato deriva da complicatus, ovvero "con pieghe", e può essere s-piegato dalla cosidetta scienza classica, mentre complesso (da complexus, ovvero "con intecci") non può essere s-piegato dalla scienza classica.
La definizione di complessità è essa stessa complessa - molti autori in diversi campi hanno proposto una loro definizione di complessità. Inoltre la distinzione tra complicato e complesso non è netta, entrambi i sistemi hanno in generale le seguenti caratteristiche:
Inoltre i sistemi complessi possono presentare un comportamento emergente, ovvero una situazione nella quale un sistema esibisce proprietà inspiegabili sulla base delle leggi che governano le sue componenti. Questa fatto scaturisce in generale dalle interazioni non-lineari tra le componenti stesse. Inoltre il sistema ha caratteristiche di tipo adattativo, ovvero modifica i propri parametri, elementi e processi a seconda delle situazioni interne o esterne.
In generale tutti i sistemi viventi sono complessi mentre i sistemi artificiali possono essere molto complicati ma non necessariamente complessi, o di grado di complessità inferiore a quelli viventi.
Il massimo esempio di sistema complicato è Internet, un insieme di reti di trasmissione basate sullo stesso protocollo che attualmente interconnette diverse centinaia di milioni di macchine tra clients, hosts, server e apparati di reti quali switch e routers. Benchè Internet oltre a essere molto complicata abbia indubbiamente un certo grado di complessità - dovuto alla sua struttura magliata a rete, al numero degli elementi , alle interazioni tra essi e alla struttura gerarchica a livelli del protocollo di comunicazione utilizzato (IP) - ha comunque una complessità molto inferiore ai più piccoli organismi viventi, quali quelli unicellulari come i protozoi, o a singole cellule.
- struttura con molti elementi già a loro volta complessi
- interazioni non-lineari tra gli elementi
- sistema di tipo aperto
- struttura molto spesso di tipo a rete
- necessità per la descrizione di livelli gerarchici e/o logici
Inoltre i sistemi complessi possono presentare un comportamento emergente, ovvero una situazione nella quale un sistema esibisce proprietà inspiegabili sulla base delle leggi che governano le sue componenti. Questa fatto scaturisce in generale dalle interazioni non-lineari tra le componenti stesse. Inoltre il sistema ha caratteristiche di tipo adattativo, ovvero modifica i propri parametri, elementi e processi a seconda delle situazioni interne o esterne.
In generale tutti i sistemi viventi sono complessi mentre i sistemi artificiali possono essere molto complicati ma non necessariamente complessi, o di grado di complessità inferiore a quelli viventi.
Il massimo esempio di sistema complicato è Internet, un insieme di reti di trasmissione basate sullo stesso protocollo che attualmente interconnette diverse centinaia di milioni di macchine tra clients, hosts, server e apparati di reti quali switch e routers. Benchè Internet oltre a essere molto complicata abbia indubbiamente un certo grado di complessità - dovuto alla sua struttura magliata a rete, al numero degli elementi , alle interazioni tra essi e alla struttura gerarchica a livelli del protocollo di comunicazione utilizzato (IP) - ha comunque una complessità molto inferiore ai più piccoli organismi viventi, quali quelli unicellulari come i protozoi, o a singole cellule.
Altri esempi di sistemi complessi sono gli automi cellulari, la crosta terrestre, considerata come sistema dinamico nella tettonica a zolle, tutti gli ecosistemi (anche i più semplici), i sistemi economici, i sistemi sociali il sistema nervoso, i sistemi climatici locali o globale.
Per un'introduzione didattica alla Teoria della Complessità: Tullio Tinti.net
- Ologrammatici - Olografici
per estensione del caso fisico, ottenuto con interferenza laser, sono sistemi complessi in cui qualsiasi sottoinsieme parziale arbitrariamente suddiviso contiene la struttura dell'intero sistema.
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