Acompanha Pós: IA006 - Tópicos em Sistemas Inteligentes II

Tema: Aplicações da Ciência e Engenharia dos Sistemas Dinâmicos de Muitos Agentes

Ementa: Proponentes: Carlos Ignacio Zamitti Mammana, Alaide Pellegrini Mammana e Gilmar Barreto, DEEB Escopo e contexto: Esta disciplina dará continuidade à Disciplina IA006 que foi ministrada no 2o. semestre de 2025 devendo reforçar a participação multidisciplinar. Serão introduzidos os conceitos e conhecimentos básicos desenvolvidos nas últimas décadas sobre os sistemas dinâmicos de muitos agentes, sua origem na ciência e na engenharia clássicas, seus modelos matemáticos e computacionais, métodos e ferramentas inovadoras e sua importância para entender as mudanças na sociedade, economia e na engenharia em curso no século XXI. Esses temas são apresentados a partir de uma visão cultural do papel da indústria como uma das instituições que contribuem para a sustentabilidade dos sistemas sociais, econômicos e ecológicos, locais e globais. Tem como base o que desenvolvemos no Grupo de Estudos sobre a Abordagem da Natureza pela Complexidade da Associação Brasileira de Informática (ABINFO) desde 2020 e no Curso de Pós-Graduação IA006 - “Ciência e engenharia dos sistemas dinâmicos de muitos agentes” ministrado no segundo semestre de 2025. O corpo de conhecimentos sobre o comportamento dos sistemas dinâmicos de muitos agentes observados na natureza vem sendo construído desde a década de 1950 e vem proporcionando a compreensão e representação formal de vários processos e mecanismos, com mudanças metodológicas que estão ampliando a capacidade de sua análise e síntese. A ampliação da consciência das fragilidades dos sistemas vigentes para assegurar a sustentabilidade cultural, social, econômica e tecnológica humanas requer a evolução dos métodos e técnicas da engenharia, vetor que é de soluções práticas para a superação dessas fragilidades. Este curso é uma introdução às principais vertentes do conhecimento que constrói, promove, amplia e fortalece as capacidades e competências requeridas para atender as demandas do progresso tecnológico. O foco da disciplina será o estudo de casos específicos, com atividades de laboratório computacional, aplicando os conhecimentos e utilizando as ferramentas computacionais de análise e concepção apresentadas no curso.

Conteúdo Programático: Alunos alvo – Por sua abrangência multidisciplinar, este curso é oferecido a alunos de pós-graduação nas engenharias elétrica, mecânica, química, em física, química, biologia, medicina, economia, filosofia, sociologia, administração, psicologia e outros. Alunos de graduação podem também ser aceitos em condições especiais. Método – Serão oferecidas aulas com exposição dos conceitos, abordagens e ferramentas para o estudo do comportamento dos sistemas dinâmicos com muitos agentes, incentivando a leitura e a discussão interdisciplinar dos temas e textos escolhidos. Serão apresentadas ferramentas computacionais relativas aos tópicos e proporcionada a iniciação e o treinamento dos alunos em seu uso. Carga horária: 60 horas em 15 sessões de 4 horas, distribuídas em exposição de conteúdo, discussões e introdução e treinamento nas ferramentas computacionais. Tópicos do curso Parte I – Introdução e conceitos: Tópicos sobre engenharia e ciência: contexto, conceitos, objetivos e objetos Recordação de conceitos expostas na disciplina IA006. Os sistemas dinâmicos com grande número de agentes encontram-se disseminados na Natureza como evidenciam fenômenos da física, química, cosmologia, sociologia, psicologia, economia, genética, saúde, economia e outros. Visão de mundo e mudanças numa perspectiva histórica: cultura, ciência e tecnologia, conceito de paradigma, multidisciplinaridade, bolhas de conhecimento. Aceleração histórica do desenvolvimento tecnológico e impactos sobre o comportamento, a ética e os valores sociais e econômicos: metas de sustentabilidade. Natureza e finalidade da engenharia: demanda social, indústria e conceitos de redes industriais. Tópicos conceituais sobre epistemologia: método e critérios nas ciências e na engenharia; representações do conhecimento, reducionismo e sistêmica. Ética na ciência e na engenharia. Parte II – Casos de estudo e modelagem dos sistemas dinâmicos de muitos agentes e de seu comportamento Exemplo de sistema físico: emergência da organização num fenômeno térmico. Conceituação de transição da ordem para o caos; plano de fases e mudanças de fase. Fractais e configurações, assinaturas de processos e mecanismos. Redes: modelos matemáticos, estruturas, organização e métricas. Sistemas sociais e econômicos e seus desafios metodológicos. Modelos para as cidades, sua evolução, ritmo de vida e estabilidade. A economia como um sistema dinâmico evolutivo: econômica complexa. Dados, modelagem computacional e simulação de sistemas dinâmicos com muitos agentes, Modelagem dos sistemas dinâmicos baseada em agentes: métodos, estratégias e ferramentas. Modelagem dos agentes individuais e coletivos no estudo dos sistemas dinâmicos. Impacto das técnicas e ferramentas de inteligência artificial na modelagem dos sistemas com muitos agentes. Aplicações na engenharia, cidades, economia e nas metas de sustentabilidade Discussão: Reflexões sobre a engenharia dos sistemas dinâmicos evolutivos e suas aplicações Seminários de reflexão com participação dos alunos sobre as aplicações dos conhecimentos estudados na engenharia e na sociedade, sobre os métodos de concepção, modelagem, simulação e previsão de comportamento de sistemas dinâmicos evolutivos de interesse industrial, de serviços e emergentes de ações de sustentabilidade. Sugestões de temas para pesquisa multidisciplinar. “Laboratório” do curso São apresentadas e aplicadas ferramentas para a análise e simulação de sistemas dinâmicos com muitos agentes em vários domínios da natureza introduzidos na disciplina IA006: NetLogo, Mesa(Python), Repast, Gephi, Fractalize, autômatos celulares, análise semântica, algoritmos genéticos etc.. Exemplos de simulações de sistemas de muitos agentes. Sugestões de temas para pesquisa multidisciplinar. Obs.: Material do curso Apresentações e textos de autoria de Carlos Ignacio Zamitti Mammana e Alaide Pellegrini Mammana. Material sobre ferramentas computacionais e IA desenvolvido por Victor Pellegrini Mammana. Participação de alunos da FEEC no apoio ao uso das ferramentas computacionais. Vídeos sobre os temas, de vários autores, disponíveis na Internet.

Plano de Desenvolvimento: n/a

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Conforme IN CCG nº 02/2025 - Cláusula de Honestidade e Lisura Acadêmica

Todas as atividades relacionadas às disciplinas devem ser realizadas em conformidade com as orientações fornecidas pelos docentes e com o devido rigor ético.

Caso o(a) docente responsável, no exercício de sua liberdade de cátedra, forme convicção acerca da ausência de lisura ou de condições adequadas para a realização da atividade avaliativa, poderá atribuir nota zero, seja para a atividade única ou, conforme o caso, para o conjunto de atividades do semestre. A ocorrência deverá ser fundamentada e comunicada à Coordenação de Curso de Graduação, podendo o(a) estudante estar sujeito a processo administrativo.

Bibliografia: Arthur, W. B., “Competing technologies, increasing returns, and lock-in by historical events”, The Economic Journal, 99, 1989. Arthur, W. B., “Positive Feedbacks in the Economy”, Scientific American, 262, 92-99, Feb. 1990. Arthur, W. B., “Increasing Returns and Path Dependence in the Economy”, 1994. Arthur, W. B., “The Nature of Technology: What It Is and How It Evolves”, Nueva York, Free Press, 2009, 237 pp. Arthur, W. B., “Foundations of complexity economics”, Nat Rev Phys 3, 136–145 (2021). https://doi.org/10.1038/s42254-020-00273-3 Axelrod, Robert, “The Evolution of Cooperation”, Basic Books, Inc, Publisher, New York, p. 223, 1984. Kindle Ed., 1984. Barabási, Albert-László, “Linked: How Everything is Connected to Everything Else and what it Means for Business, Science and Eveyday Life”, Plume, 2003, 294p. Kindle Ed,, 2014 – Tradução para o Português publicada pela Ed. Leopardo, distribuído pela Hemus, 2009. Beinhocker, E. D. “The Origin of Wealth: Evolution, Complexity, and the Radical Remaking of Economics” Harvard Business School Press, 2006. Bertalanffy, Ludwig Von, “General System Theory: Foundations, Development, Applications” (Revised Edition), George Brazziler, NY, 1968. 296 p. Bettencourt, L. M. A. et al, “Growth, innovation, scaling, and the pace of life in cities”, PNAS, 2007 Bunge, Mario A., “La Ciencia, su Método y su Filosofía”, Penguin Random House Grupo Editorial Argentina, 2014, 192 p.. Ed. Kindle, 1994. Bunge, Mario A., “Method, Model and Matter”, Springer Dordrecht, eBook: Springer Book Archive, 1973 “Complexity Economists, Economics needs to embrace a transdisciplinary approach”, Cowritten by E. Beinhocker, W. Brian Arthur, R. Axtell, J. Bednar, J.P. Bouchaud, D. Colander, M. Crockett, J. D. Farmer, R. Hausmann, C. Hommes, A. Kirman, S. Page, e D. S. Wilson, em Boston Review, March 19, 2019. Epstein, Joshua M. and Axtell, Robert L., “Growing Artificial Societies: Social Science from the Bottom Up”, The MIT Press, 1996. DOI: https://doi.org/10.7551/mitpress/3374.001.0001 Epstein, Joshua M., “Agent zero: toward neurocognitive foundations for generative social science”, Princeton Studies in Complexity, Course Book, 2013. Hidalgo, C. A., Klinger, B., Barabási, A.-L. & Hausmann, R. “The product space conditions the development of nations”. Science 317, 482–487 (2007). Kauffman, Stuart A. “The Origins of Order: Self-Organization and Selection in Evolution” (Oxford Univ. Press, 1993). Kauffman, Stuart A., “A World Beyond Physics: The Emergence and Evolution of Life”, Oxford University Press, 2019, 151 p. Kindle Ed. Krakauer, David C. Murray Gell-Mann, & 8, “Worlds Hidden in Plain Sight: The Evolving Idea of Complexity at the Santa Fe Institute”, 1984–2019, Santa Fe Institute Press, 2019. Krakauer, David C., Gaddis, John and Pomeranz, Kenneth, “History, Big History, & Metahistory”, Santa Fe Institute Press, Set. 2017, 236 p. Kuhn, Thomas S., “A Estrutura das Revoluções Científicas”, Ed. Perspectiva S.A, 1982. Mitchell, Melanie, “Complexity: A Guided Tour”, Oxford University Press, 2009. Morin, Edgar, “Ciência com consciência”, Trad. Maria D. Alexandre e Maria Alice Sampaio Dória. 11ª. ed. Rio de Janeiro: Bertrand Brasil, 2008. Morin, Edgar, “Os sete saberes necessários à educação do futuro”, Trad. Catarina Eleonora F. da Silva e Jeanne Saway, Revisão técnica Edgard de Assis Carvalho. 2ª. ed. São Paulo Cortez; Brasília, DF: Unesco, 2000. Nicolis, G. and Prigogine, I., “Exploring Complexity”, Publisher W.H. Freeman, NY, 1988. Polya, G., “How to solve it”. Princeton Univ. Press, 1945. Prigogine, I., “Exploring Complexity”, European Journal of Operational Research 30, pp 97-103, 1987. Sachs, J. D., “The Age of Sustainable Development”, Columbia Univ. Press, 2015. “Santa Fe Institute History”, https://www.santafe.edu/about/history. Schrodinger, E., “O que é a Vida?, O aspecto físico da célulal viva, seguido de Mente e Matéria - Fragmentos autobiográficos”, Trad de Jesus de Paula Assis e Vera Yukie K de Paula Assis, Editora UNESP, Cambridge University Press, 1977, 245 p. Strogatz, Steven. “Sync: How Order Emerges from Chaos in the Universe, Nature, and Daily Life”, Hachette Books, 2003, 362 p. Ed. Kindle 2012. Wahl, D. C., “Designing Regenerative Cultures”, Triachy Press, Trad Design de Culturas Regenerativa, Bambual, 2016. West G., “Scale: The Universal Laws of Life, Ghrowth, and Death in Organisms, Cities, and Companies”, Penquin Books, 2018. Kindle Ed 2017.

Critério de Avaliação: a) Apresentação de seminários sobre temas tratados no curso, com submissão de resumos estendidos e bibliografia e publicados no Moodle até 8:00 h do dia da apresentação (50% da nota final). b) Estudo de problemas específicos com modelagem analítica ou por simulação computacional e relatório técnico detalhado sobre o trabalho realizado (50% da nota final).

Bibliografia complementar: n/a