[논문 리뷰] Interdisciplinarity in Socio-economics, mathematical analysis and predictability of complex systems

Didier Sornette|arXiv (Cornell University)|2008. 07. 24.

Complex Systems and Time Series Analysis참고 문헌 47인용 수 18

한 줄 요약

이 논문은 물리학과 응용수학에 기반한 다학제적 접근을 통해 복잡한 사회경제 시스템이 수학적 분석과 예측에 적합하다고 주장한다. 소르네트는 복잡한 시스템이 형식적 모델링을 거부한다는 견해를 도전하며, 통계역학과 같은 엄밀한 수학적 프레임워크가 사회경제 역학의 임계현상, 상전이, 그리고 예측 가능성까지 포괄할 수 있음을 입증한다.

ABSTRACT

In this essay, I attempt to provide supporting evidence as well as some balance for the thesis on `Transforming socio-economics with a new epistemology' presented by Hollingworth and Mueller (2008). First, I review a personal highlight of my own scientific path that illustrates the power of interdisciplinarity as well as unity of the mathematical description of natural and social processes. I also argue against the claim that complex systems are in general `not susceptible to mathematical analysis, but must be understood by letting them evolve over time or with simulation analysis'. Moreover, I present evidence of the limits of the claim that scientists working within Science II do not make predictions about the future because it is too complex. I stress the potentials for a third `Quantum Science' and its associated conceptual and philosophical revolutions, and finally point out some limits of the `new' theory of networks.

연구 동기 및 목표

• 복잡한 사회경제 시스템이 본질적으로 예측 불가능하고 수학적 분석에 저항한다는 주장에 대응하기 위해.
• 자신의 연구 경험을 바탕으로 자연과학과 사회과학 간 수학적 방법의 통합적 힘을 입증하기 위해.
• 과학 II(해석적, 정성적 과학)가 복잡성으로 인해 미래 예측을 할 수 없다는 생각을 도전하기 위해.
• 양자역학과 유사한 '제3의 과학'의 잠재력을 탐색하여 사회경제학에 새로운 개념적·방법론적 프레임워크를 제공하기 위해.
• 네트워크 이론이 복잡한 시스템의 전체 역학을 포착하는 데에 미치는 제한성을 비판적으로 평가하기 위해.

제안 방법

• 금융 및 사회 시스템에서의 극단적 사건과 임계현상에 대한 개인적 연구를 바탕으로.
• 파워 라이드, 상전이, 자가조직 임계성과 같은 통계역학 개념을 사회경제 데이터에 적용.
• 비정상 분포와 임계적 느려짐 등의 복잡계 수학모델을 활용해 예측 가능성 분석.
• 모의실험 기반 접근과 해석적 해법을 대비하여 닫힌 형태의 예측 가능성을 입증.
• 과학 I(정량적, 자연과학)와 과학 II(정성적, 해석적 과학) 간 철학적 차이를 다루어 인식론적 논의의 재구성.
• 네트워크 이론이 복잡한 시스템 모델링에 미치는 역할 평가 및 개념적·예측적 한계 규명.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 물리학에서 유래한 수학적 도구를 활용해 복잡한 사회경제 시스템을 의미 있게 분석하고 예측할 수 있는가?
• RQ2 복잡한 시스템이 수학적 분석에 적합하지 않다는 주장은 경험적·이론적으로 얼마나 타당한가?
• RQ3 과학 II의 과학자들이 복잡성에도 불구하고 향후 사회경제적 사건에 대해 검증 가능한 예측을 할 수 있는가?
• RQ4 사회과학에서 '양자 과학' 패러다임의 개념적·방법론적 기초는 무엇이며, 어떻게 사회경제 연구를 변화시킬 수 있는가?
• RQ5 네트워크 이론은 복잡한 사회경제 시스템의 역학을 모델링할 때 어떤 한계를 지니는가?

주요 결과

• 물리학과 사회경제학을 융합한 다학제적 접근은 복잡한 시스템이 파워 라이드와 임계현상 같은 수학적 규칙성을 보임을 드러낸다.
• 특히 통계역학을 통한 수학적 분석은 금융 및 사회 시스템의 극단적 사건을 예측할 수 있으며, 이러한 역학을 모델링하는 데는 시뮬레이션 외에도 가능함을 입증한다.
• 과학 II가 예측을 할 수 없다는 주장은 과장된 것으로, 해석적 접근 방식은 확률론적·통계적 프레임워크를 통해 형식화되고 검증될 수 있다.
• 사회경제학에서 '양자 과학' 패러다임의 잠재력은 매우 크며, 분리성, 비선형성, 비가역성의 이해에 새로운 개념적 도구를 제공할 수 있다.
• 네트워크 이론은 유용하지만, 깊이 있는 구조적 및 시간적 모델링 없이 적용할 경우 복잡한 시스템의 전체 역학을 포착하지 못한다.
• 금융 위기와 사회적 확산 현상의 경험적·이론적 증거를 통해 자연과정과 사회과정 간 수학의 통합적 힘이 입증된다.