[論文レビュー] Complex Dynamics of Autonomous Communication Networks and the Intelligent Communication Paradigm

Andrei P. Kirilyuk|ArXiv.org|Dec 9, 2004

Opinion Dynamics and Social Influence参考文献 13被引用数 4

ひとこと要約

本論文は、動的複雑性の観点から自律的通信ネットワークを理解するための非摂動的で普遍的な枠組みを提案し、非還元的相互作用が本質的にカオス、自己組織化、適応性を生み出すことを明らかにした。有効ポテンシャル法と普遍的な複雑性の対称性を導入することで、知能、効率性、耐障害性を統合する一般化されたハミルトニアン＝ジャコビおよびシュレーディンガー形式を導出し、これらは多値的かつ因果的確率的ダイナミクスの発現的性質として現れる。

ABSTRACT

Dynamics of arbitrary communication system is analysed as unreduced interaction process. The applied generalised, universally nonperturbative method of effective potential reveals the phenomenon of dynamic multivaluedness of competing system configurations forced to permanently replace each other in a causally random order, which leads to universally defined dynamical chaos, complexity, fractality, self-organisation, and adaptability (physics/9806002, physics/0211071, physics/0405063). We demonstrate the origin of huge, exponentially high efficiency of the unreduced, complex network dynamics and specify the universal symmetry of complexity (physics/0404006) as the fundamental guiding principle for creation and control of such qualitatively new kind of networks and devices. The emerging intelligent communication paradigm and its practical realisation in the form of knowledge-based networks involve the features of true, unreduced intelligence and consciousness (physics/0409140) appearing in complex (multivalued) network dynamics and results.

研究の動機と目的

• 通信システムを非還元的で相互作用的な力学系として分析するための厳密で非摂動的な枠組みを確立すること。
• 従来の摂動的手法が規則的で予測可能なダイナミクスを強制し、本質的複雑性を捉えられないという限界を解消すること。
• 相互作用における動的多値性が、カオス、フラクタル性、自己組織化、適応性といった普遍的現象を生じることを示すこと。
• 効率性、創造性、適応性といった主要なシステム特性を、動的複雑性という根本的組織概念として統一すること。
• 決定論的プログラミングから、複雑性の保存に従う相互作用駆動型の自律的システム進化へとパラダイム転換を提案すること。

提案手法

• 標準の摂動論に内在する近似を避けるために、多成分系における非還元的相互作用をモデル化する一般化された非摂動的有効ポテンシャル法を適用する。
• 任意の相互作用系のダイナミクスを記述する普遍的存在方程式（式1）を導出する。ここでは一般化ハミルトニアンと任意の相互作用ポテンシャルによって成分が定義される。
• 動的エントロピー（運動エネルギーおよび熱エネルギーの一般化）の概念を導入し、一般化作用を介して動的情報（総複雑性の基礎）を定義する。
• 普遍的な複雑性保存則（対称性原理）を確立し、一般化ハミルトニアン＝ジャコビ方程式（式23）および因果的量子化手順を用いて表現する。
• ハミルトニアン＝ジャコビ形式から一般化されたシュレーディンガー型方程式（式24）を導出し、多値的ダイナミクスにおける波動関数の進化を記述可能にする。
• 得られたハミルトン＝シュレーディンガー形式を用いて、構造と行動が外部プログラミングではなく、内在的相互作用ダイナミクスから生じる自律的ネットワーク進化をモデル化する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 通信ネットワークにおける非還元的・非摂動的相互作用は、どのように内在的カオス性と動的多値性を生じさせるか？
• RQ2 標準的な規則的系と比較して、複雑なネットワークダイナミクスにおける指数的高効率性の起源は何か？
• RQ3 動的複雑性という概念は、どのように自己組織化、適応性、知能といった通信システムの特性を統一するか？
• RQ4 自律的システムにおける複雑性の出現を支える普遍的な対称性または保存則は何か？
• RQ5 どのようにして従来の決定論的プログラミングのパラダイムを、動的で相互作用駆動型の枠組みに置き換えることができるか？

主な発見

• 通信ネットワークにおける非還元的相互作用プロセスは、因果的確率的順序で入れ替わる動的多値的構成を本質的に生じさせ、普遍的な力学的カオスを引き起こす。
• この手法により、非還元的ネットワークダイナミクスの効率性が、標準的な規則的動作と比較して指数関数的に向上することが明らかになった。これは多値的ダイナミクスに内在する複雑性に起因する。
• 普遍的な複雑性保存則が導出され、熱力学第一法則および第二法則が情報とエントロピーを含む因果的フレームワークに一般化され、拡張された。
• 一般化ハミルトニアン＝ジャコビ方程式（式23）および因果的シュレーディンガー方程式（式24）は、あらゆる複雑性レベルにおける複雑系進化の完全で非摂動的な記述を可能にする。
• 通信システムにおける知能は、動的複雑性の高い水準として一貫して定義され、自律的かつ自己発展的システムが知的行動の自然な実現形であるとされる。
• 決定論的プログラミングから、複雑性保存に従う相互作用駆動型ダイナミクスへのパラダイム転換により、自己組織的で適応的かつ極めて高効率な通信ネットワークの構築が可能になる。