Introducción al modelaje de sistemas dinámicos

COMP 397X

Rafael R. Canales-Pastrana

UIA-Bayamón

DESTREZAS DEPENSAMIENTO

SISTEMODINAMICAS

PENSAMIENTODINAMICO

SE BUSCAN PATRONESDE CAMBIO

PEN

SAM

IEN

TO

GE

NE

RIC

O

VISIO

N D

EC

ON

JUN

TO

PEN

SAM

IEN

TO

EN

BU

CL

ES

SW B

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IME

NT

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ION

PEN

SAM

IEN

TO

EST

RU

CT

UR

AL

FLU

JOS

Y N

IVE

LE

S

PENSAMIENTOSISTEMICO“ELSISTEMA ES EL

CULPABLE”

PEN

SAM

IEN

TO

EX

PER

IME

NT

AL

¿QU

E SU

CE

DE

RIA

SI….?

VER REFLEXIONESMODELO FLU EN CD

MODELAJE SD:¿PARA QUE?1.CLARIFICAR SUPUESTOS,VARIABLES Y PARAMETROS2.COMPRIMIR EN EL TIEMPO EL COMPORTAMIENTO

3.EXPLORAR SUPUESTOS ALTERNATIVOS4. CLARIFICAR CONCEPTOS TRANSDICIPLINARIOS5.CONTRASTAR CONJETURAS CUANTITATIVAS6. CONTESTAR PREGUNTAS ESPECIFICAS SOBRE EL SISTEMA

7.ESTIMAR PARAMETROS DE DIFICIL ESTIMACION ALTERNA

8. ORGANIZAR INFORMACION DE ORIGENES DIVERSOS9.EVALUAR POLITICAS DE ACCION SOBRE LOS SISTEMAS10.EVALUAR LA SENSITIVIDAD DEL SISTEMA A CAMBIOS

11. SUGERIR DATOS CRUCIALES QUE SE NECESITA SABER

12.AYUDAR AL DISEÑO Y ANALISIS DE EXPERIMENTOS13.IDENTIFICAR TENDENCIAS Y HACER PRONOSTICOS14. ESTIMAR LA INCERTIDUMBRE DE LOS PRONOSTICOS15. GENERAR UN SENTIDO DE APODERAMIENTO

SUGERENCIAS PARA COMENZAR

1. SELECCIONE UN SISTEMA DINAMICO INTERESANTE DE SU CAMPO QUE NO SUELE

ESTUDIARSE A PROFUNDIDAD EN LOS CURSOS BASICOS/INTERMEDIOS QUE USTED ENSEÑA.

2 CONSTRUYA UN MODELO SD DEL SISTEMA E INVESTIGUE SU COMPORTAMIENTO., A LA LUZ DE SU CONOCIMIENTO PREVIO DEL SISTEMA.( “LEARNING BY DOING “)

3. SELECCIONE UN GRUPO PEQUEÑO DE ESTUDIANTES Y PROVISTO QU E HAY HARDWARE Y SOFTWARE DISPONIBLE RECONSTRUYA EL MODELO CON ELLOS.

4. CONCENTRE SUS ENERGIAS EN APRENDER Y ENSEÑAR LA SISTEMODINAMICA COMO UNAHERRAMIENTA DEL PENSAMIENTO Y NO MERAMENTE COMO UN PROGRAMA DE COMPUTADORA.

LO DEMAS VIENE POR AÑADIDURA.

5. COMPARTA SUS EXPERIENCIAS Y MODELOS CON OTROS COLEGAS A TRAVES DE INTERNET.

UN MODO DE HACER SELECCION INICIAL

1. IDENTIFIQUE UN PATRON CARACTERISTICO DE COMPORTAMIENTODE UN SISTEMA CONOCIDO: Vg. OSCILACION

2. SELECCIONE UN ARQUETIPO SISTEMODINAMICO QUE GENEREUN PATRON SIMILAR DE CAMBIO:

Vg. DOS NIVELES RELACIONADOS POR BUCLE NEGATIVO

3.INTENTE BUSCAR EN SU MODELO MENTAL DEL SISTEMA UNA POSIBLE INTERPRETACION DEL ARQUETIPO SISTEMICO:

Vg VER PROXIMAS ILUSTRACIONES

LOCALICE EN UN BANCO DE MODELOS, UN MODELO SD DEUN SISTEMA EN SU CAMPO DE INTERES , RECONSTRUYALO.

Vg. VER MUESTRA DE MODELOS MAS ADELANTE

MODO ALTERNO

4. HAGA QUE SUS ESTUDIANTES PASEN POR EL MISMO PROCESO QUE USTED

ESQUEMA SISTEMODINAMICO DE SISTEMA DINAMICO OSCILANTE

NIVEL1FLUJO1

NIVEL 2FLUJO 2

C

MOMEN TU M

FU ER ZA ELASTIC A

D ESPLAZAMIEN TO VELOC ID AD

C

IN SU LIN A

GLU C OSA

SEC R EC ION ELIMIN AC ION

PR OD U C C ION C ON SU MO

C

PR ED AD OR

PR ED AD O

C R EC IMIEN TO PR ED AD OR MOR TALID AD PR ED AD OR

R EPR OD U C C ION PR ED AD O D EPR ED AC ION

C

IN VEN TAR IOFABR IC AC ION

VEN TAS

TRABAJ AD OR ESC ON TR ATACION \\D ESPID O

C

OSCILADOR FISICORESORTE DE HOOKE

OSCILADOR BIOQUIMICOCICLO DE LA GLUCOSA

OSCILADOR BIOLOGICOPREDADOR-PREDADO

OSCILADOR ECONOMICOCICLO ECONOMICO

MAS ILUSTRACIONES DEL ESQUEMA SD DE OSCILADOR

NIVEL1FLUJO1

NIVEL 2FLUJO 2

C

C ON C EN TR AC ION

EN ZIMAR EGEN ER AC ION

EN ZIMA

D EC R EC IMIEN TO

EN ZIMA

C ON C EN TR AC ION

C OMPLEJ O EN ZIMATICO

SIN TESISD ESTR U C C ION

X

Y

A+X-------> YY+X-------->2X+Bresultado neto: A----->B

C

N IVEL D E PR EFER EN C IA

D E MOD A :FALD AS C OR TASC AMBIO D E PR EFER EN C IAS

N IVEL D E QU EMAZON

D E MOD A

C R EC IMIEN TO

D E QU EMAZON D E MOD A

C quemazon=aburrimiento

MALTR ATO

AC U MU LAD O

FR EC U EN C IA

MALTR ATO

R IESGO

D EL MALTR ATAN TE

C R EC IMIEN TO

D E R IESGO

C

OSCILADORQUIMICO

REACCIONAUTOCATALITICA

OSCILADOR SOCIOLOGICOCICLO DE LA MODA

OSCILADOR PSICOLOGICOCICLO VIOLENCIA DOMESTICA

CREYENTES RELIGIOSOS AFILIADOS

SUSCEPTIBLES

ESCEPTICOS

DESAFILIACION

VACUNACION

TASA DE VACUNACION

NIVEL DE LITERACIA CIENTIFICA

PSEUDOCREYENTES

RECUPERADOS

RESUSCEPTIBILIZACION

CONTAGIO

RECUPERACION

TASA DE RESUSCEPTIBILIZACION

TASA DE RECUPERACIONEXPERIENCIAS PARANORMALES

TASA DE CONTAGIO

PROPENSIDAD NATURAL

AUDIENCIA

PROMOCION EN MEDIOS

intensidad de errores

cognoscitivos

beneficio netocontrolabilidad ambiental

nivel de conocimiento

metacientifico

nivel de conocimiento cientifico

MODELO PSICOSOCIAL DE DIFUSION DE LA PSEUDOCIENCIA

FISICA: CAIDA DE METEORITOALTURA

VELOCIDAD

MASA

MOMENTUMFUERZA NETA

PESO

FRICCION

g MASA AREA TRANSVERSAL

~

DENSIDAD DEL AIRE

COEFICIENTE AERODINAMICO

DENSIDAD DEL METEORO

QUIMICA:AGOTAMIENTO DEL OZONO ESTRATOSFERICO

OZONO

PRODUCCION NATURAL O3DESTRUCCION O3

CAMBIO EN RADIACION ULTRAVIOLETA

CLO

TASA ANUAL DE CAMBIO DE EMISION

DESTRUCCION CLO

CLORO

COEF REACCION D

DESTRUCCION CL

CFCL3

EMISION ATMOSFERICA

DESTRUCCION CFCL3

VEL REACCION A

NIVEL ACTUAL DE EMISION ANUAL

COEF REACCION C

DESTRUCCION NATURAL O3

TASA NAT DESTRUCCION O3

TASA REMOCION NATURAL CL

COEF REACCION B

REACCION REACTANTES PRODUCTOS A O + O2 O3 B CFCL3 CFCL2 +CL C CL + O3 CLO + O2 D CLO + O CL + O2

A BASIC MATHEMATICAL MODEL OF THE INMUNE RESPONSE, H. MAYER et al, DynamicalDisease, Ed J. Belair/L. Glass, American Institute of Physics, 1995.

PATOGENOS

ANTIPATOGENOS

crecimiento patogenos eliminacion patogenos

autocatalisis de antipatogenos

produccion antipatogenos

mortalidad antipatogenos

coef eliminaciontasa crecimiento patogenos

intensidad respuestainmunologica

uv

tasa actual de auto catalisis

tasa normal autocatalisis

n

tasa mortalidadantipatogenos

BIOQUIMICA:MODELO DE LA RESPUESTA INMUNOLOGICA

FRECUENCIA GENE

?

FLUJO DE GENES

?

PRESION MUTACIONAL

?

DERIVA GENETICA

?

SELECCION NATURAL

tasa mutacion directa Aa

tasa mutacioninversa aA

FRECUENCIA GENEPOBLACION INMIGRANTE

TASA MIGRATORIA

VARIANZA REPRODUCTIVA

TAMAÑO POBLACION

FITNESSGENOTIPO

TASA REPRODUCTIVAGENE

FITNESS MEDIOPOBLACION

TASA REPRODUCTIVADIFERENCIAL

semilla

MODELO DE EVOLUCION DE UNA POBLACION

A PRIMER ON POPULATION BIOLOGY, E. WILSON & W. BOSSART,1975

MODELO DE PSICOTERAPIA FAMILIAR

CORAJE DE MADRE

coraje potencialpadre

ENFURECIMIENTO MADRE

CORAJE DE PADRE

tasa enfurecimiento padre

ENFURECIMIENTO PADRE

NIVEL DE RESPONSABILIDAD PADRE

ADQUISICIONRESPONSABILIDAD

coraje potencialmadre

tasa adquisicion responsabilidad

nivel critico deresponsabilidad

tasa enfurecimientomaterna

tasa maxima enfurecimiento madre

nivel potencial deresponsabilidad padre

DISIPACIONRESPONSABILIDAD

duración sentidoresponsabilidad

paterno

DISIPACION DE CORAJE PADRE

duracion corajede padre

FUENTE: ANALYSIS OF DYNAMIC PSYCHOLOGICAL SYSTEMS, VOL 2METHODS AND APPLICATIONS, ED. BY R. LEVINE & H. FITZGERALDPLENUM PRESS, 1993.

MODELO DE GERENCIA INDUSTRIAL

TRABAJADORES

TRABAJO ACUMULADONUEVOS PEDIDOS PRODUCCION

PRODUCTIVIDADPOR TRABAJADOR

~

HORAS TRABAJADAS

~ PRODUCTIVIDADPOR HORA TRABAJADA

TRABAJO MANEJABLE

DESGASTE MENTAL MEDIO

INCREMENTO EN DESGASTE MENTAL

DISIPACIONDE DESGASTE MENTAL

~

TIEMPODE DISIPACION

DESGASTEPOR HORA EXTRA

TRABAJADA

RECLUTAMIENTO NETO

~

NUMERODESEADO

DE TRABAJADORES

TIEMPODE RECLUTAMIENTO

BUCLECORRECTIVO

BUCLEREFORZANTE

VER TUTORIAL 2 EN CD

MODELO DE GOODWIN DEL CICLO ECONOMICO

VER:THE DEATH OFECONOMICSP.OLMEROD, 1994

BUTTERFLYECONOMICSP. OLMEROD, 1999.

THE ECONOMYAS AN EVOLVINGCOMPLEX SYSTEMSANTA FE INST. PROC.. 1 & 2,1987,1997

nivel de empleo reduccion nivel empleo

tasa de productividad

tasa de crecimiento de fuerza trabajadora

crecimiento nivel empleo

salario relativo

contraccion salarial

crecimiento del salario

gananciarelativa

tasa marginal de crecimientode salario

tasa nula

tasa maxima decrecimiento

choque externo

capitalinversion depreciacion

tasa depreciacion

tasa maxima decrecimiento

tasa de productividad

produccion

tasa de crecimientode la produccionfuerza de trabajo

tasa de crecimiento de fuerza trabajadora

ingreso realper capita

elasticidad deproductividad

nivel mediode empleo

tasa depreciacion

gananciamedia

MERCADO LABORAL

LUCHA DE CLASES

ACUMULACION DE CAPITAL

SOCIOLOGIA: MODELO DE LA ADICCION A DROGAS EN PR

J.Medin & L. Santiago, modelo revisado de Jack Homer et-al, A System Dynamicssimulation model of cocaine prevalence,1990, Rand Corporation.

SUB MODELO DE PREVALENCIA DE ADICCION A DROGAS EN PR.

ADICTOS ACTIVOS LIBRES EXADICTOS

ADICTOS ENCARCELADOS

INICIACION

RECUPERACION

ENCARCELACION

EXCARCELACION

REINCIDENCIA

mortalidad AE

mortalidad AA

mortalidad EA

SUSCEPTIBILIDAD REF

TASA DE REC

TASA REINC

TASA DE EXCARCELACION

tasa AA

tasa EA

tasa AE

PREVALENCIA ADICCION

POBLACION SUSCEPTIBLE

MULTIPLICADOR SOCIAL

RIESGO LEGAL PERCIBIDO

RIESGO DE SALUD PERCIBIDO

MULTIPLICADOR ECONOMICO

Barry Richmond,Story of the month, High Performance Systems Inc,2001

POLITOLOGIA: DINAMICA DEL TERRORISMO

ACTOS TERRORISTAS

COMISION

TERRORISTAS

intensidad actividad terrorista

ELIMINACIONRECLUTAMIENTO

OPERATIVOS ANTITERRORISTAS

OPERACION ANTITERRORISTA

efectividad media por operativo

SENTIMIENTO ANTI USA GENERACION DE

SENTIMIENTO ANTI USA

Intensidad de generacion

~

productividad del reclutamiento

multiplicador politico

DISIPACION

TASA DISIPACION

COMISION

ACTOS TERRORISTAS

CONSTRUCCION DE MONUMENTOS

CONSTRUCCION DE MONUMENTOS

CAMBIO DEMOGRAFICO

CAMBIO DEMOGRAFICO

PRODUCCION DE ALIMENTOS

PRODUCCION DE ALIMENTOS

LUCHA DE CLASES

LUCHA DE CLASES

HISTORIA: MODELO DEL COLAPSO DE LA CIVILIZACION MAYA

brecha

poblacion

monumentalizaciondel trabajo

longevidad

monumentos

nacimientosdefunciones

monumentalizaciondel trabajo

terminacion

decadenciade monumentos

ajuste por lucha de clase

reservade alimentosproduccion alimentaria consumo alimentario

tasa denacimiento

construccionper capita

fraccion poblacionen construccion de

monumentos

~

multiplicadorde longevidad

monumentalizaciondel trabajo

duracion mediade monumentos

tiempode ajuste por

lucha de clases

monumentalizacion deseada del trabajopor clase dominante

monumentosper capita normal

poblacion

poblacionproduccion alimentos

fraccion poblacionen produccion alimentos

produccionalimentaria

normal

~

multiplicadorproduccionalimentaria

poblacion normalproduccion de alimentos

~

multiplicadormonumentalizacion deseada

monumentosper capita deseadopor clase dominante

monumentosconstruyendose

construccion

poblacion

duracion media de construccion

~ multiplicadorde longevidad

construccionnormal per capita

longevidad normal

monumentosper capita

~multiplicador monumentos

per capita deseadospor clase dominante

monumentosper capita

consumo alimentarioper capita

consumo normalalimentos per capita

consumo alimentarioper capita relativo

consumo alimentarioper capita relativo

consumo alimentarioper capita relativo

CONSTRUCCION DE MONUMENTOS

CAMBIO DEMOGRAFICO

PRODUCCION DE ALIMENTOS

LUCHA DE CLASES

HISTORIA: COLAPSO DE LA CIVILIZACION MAYA CLASICA

A CASE STUDY OF THE CLASSIC MAYA COLLAPSE, D. Hosler ,et-al, Social processesin Maya Prehistory,Ed by N. Hammond, Academic Press, 1987.

MOTIVACION PARA VENGANZA DECRECIMIENTOCRECIMIENTO

motivacion por muerte

CLAUDIUS

MUERTE

NUEVA EVIDENCIAVIEJA EVIDENCIA

ENVEJECIMIENTO

tasa envejecimiento

indice de motivacion

ESCENA

REVELACION

oportunidadde actuar

LITERATURA : MODELO DE HAMLET Pamella Lee Hopkins,System Dynamics Review 8, no. 1 , winter 1992, 91-98.

DINAMICA DE LA MOTIVACION DE HAMLET PARA VENGAR LA MUERTE DE SU PADREY AJUSTICIAR A CLAUSIUS

compromisos culturales conPD

PARADIGMA DOMINANTE PDINVESTIGACION NORMAL

desarrollo potencial dePD

ROMPECABEZAS

GENERACION DE ROMPECABEZAS

ANOMALIAS

PARADIGMA REVOLUCIONARIOINVESTIGACION REVOLUCIONARIA

compromisos culturales conPR desarrollo potencial dePR

ROMPECABEZAS PR

GENERACION DE ROMPECABEZAS PR

ANOMALIAS PR

SOLUCION DE ROMPECABEZAS PR

SOLUCION DE ROMPECABEZAS

FILOSOFIA DE LA CIENCIA: MODELO DE KUHN DEL DESARROLLO DE LA CIENCIA

HUMANIDAD

NACIMIENTO MUERTE

HUMANIDAD1

NACIMIENTOI MUERTE1SALVACION

REINO DE LOS MUERTOS

CONDENA

HUMANIDAD11

GLORIFICADOSPARAISO

CONDENADOSINFIERNO

NIVELES DE EXISTENCIA TRANSHUMANO

REENCARNACION

MUERTE11

REINO DE LOSNO NATOS

CONCEPCIONES SOBRE LA VIDA HUMANA Y EL MAS ALLA

MATERIALISMO FILOSOFICO

FUENTE Y SUMIDARO ESTAN VACIOS

CRISTIANISMO

BUDISMO

ONTOLOGIA DE LA SISTEMODINAMICA

SISTEMISMOTODO OBJETO CONCRETO ES UN SISTEMA O ES PARTE DE

UN SISTEMASISTEMA=CONJUNTO DE COMPONENTES

INTERACTUANTES CON PROPIEDADES EMERGENTES

DINAMICISMO“TODO FLUYE”

HERACLITO

EPISTEMOLOGIA DE LA SD PARA ENTENDER Y/O CAMBIAR CON EFICACIA

UN SISTEMA CONCRETO ES PROPIO REPRESENTARLO POR UN MODELO SIMULABLE

MODELO SIMULABLE= SISTEMA CONCEPTUALQUE REPRESENTA ESQUEMATICAMENTE A UN

SISTEMA Y QUE OBEDECE A UNA LOGICAALGORITMICA

LA PREGUNTA FUNDAMENTAL QUE DEBE RESPONDER UN MODELO SD ES:

¿COMO CAMBIA UN SISTEMA CONCRETO?

UN SISTEMA COMPLEJO NO PUEDE SER COMPRENDIDO CABALMENTE A PARTIR DELENTENDIMIENTO DE SUS COMPONESTES

ETICA DE LA SISTEMODINAMICA

BUSQUESE LA CORROBORACION EMPIRICA DE LOS MODELOS Y SU COMPATIBILIDAD CON EL MEJORCONOCIMIENTO CIENTIFICO DISPONIBLE , ESTA

BUSQUEDA NO DEBE SER SACRIFICADA EN ARAS DE “COMPLACER AL CLIENTE DEL MODELO”

ESPECIFIQUESE LOS LIMITES DE APLICABILIDADDEL MODELO

LIMITES DEL MODELAJE SD1. LOS MODELOS SON SIEMPRE SIMPLIFICACIONES QUE

CARICATURIZAN LA REALIDAD;SI SON BUENOS CUMPLENCON LA ADVERTENCIA EINSTENIANA:

“SIMPLIFICAR TANTO COMO SEA POSIBLE, PERO NO MAS”

2.EXISTENCIA DE UN DOMINIO DE APLICABILIDAD, MASALLA DEL CUAL EL MODELO NO ES VALIDO NI CONFIABLE

3.LOS MODELOS SD SON POR DISEÑO DETERMINISTAS,Y SUCONVERSION EN ESTOCASTICOS DIFICULTA EL ANALISIS

4.LOS MODELOS SD SE COMPLICAN VISUALMENTE SI LA DIMENSION ESPACIAL SE INTRODUCE EN EL MODELAJE

5.EL MODELAJE SD CON STELLA NO SUELE SER LA SOLUCIONOPTIMA DE PROBLEMAS QUE SE ABORDAN CON MENTALIDAD DE ESPECIALISTA SINO CON MENTALIDAD DE GENERALISTA.

VIVENCIAS

PRINCIPIOS

PRACTICAS

¿QUE ES LA SISTEMODINAMICA?

MODELAJE----SIMULACION---VISUALIZACION DE SISTEMAS DINAMICOS

ESTRUCTURAL

TODO SISTEMA POSEE UNA ESTRUCTURA DE NIVELES Y FLUJOS.

EXCLUSION

UN NIVEL ES INFLUIDO SOLO POR SUS FLUJOS.

LA DINAMICA ES GENERADA PORLOS BUCLES DE REALIMENTACION

DINAMICO

SISTEMISMO

SISTEMAS EN TODA LA RUTA

DINAMICISMO

TODO FLUYE

BUCLEADOS POR VIDA

BUCLISMO

OR

GA

NIZ

AR

NU

ESTR

OS

MO

DELO

S

MEN

TALES

DE U

N M

OD

O C

OH

EREN

TE ENTEN

DER

LAS ESTR

UC

TUR

AS Q

UE

GEN

ERA

N C

AM

BIOS EN

LOS SISTEM

AS

AYUDAR A ENCONTRAR LOS CAMBIOS QUE MEJORAN EL SISTEMA DE MODO MAS DURADERO

APALANCAMIENTO

ENTEN

DIM

IENTOC

OH

EREN

CIA

¿ PARA QUE SIRVE LA SISTEMODINAMICA?

MANEJARLA

COMPLEJIDAD

A F O R IS M O

“ E L P L A C E R D E M O D E L A R E S H A C E R L O ; E L S U F R IM IE N T O : H A B E R L O H E C H O ”

EXPERIENCIA

ACUMULADA MODELANDOADQUISICION DE EXPERIENCIA

MODELANDO

SUFRIMIENTO

PLACER

“NO ES EL CONOCIMIENTO SINO EL ACTO DE CONOCER, NO SON LAS POSESIONESSINO LLEGAR A ELLAS LO QUE GENERA EL MAYOR DE LOS DISFRUTES” K.F. GAUSS

FLOW, MIHALY CSIKSZENTMIHALY, HARPER, 1991.