Modelado Matemático-Computacional de la...

1 | Internal use only Grupo de Modelado de Sistemas Complejos – Universidad Central del Ecuador

Modelado

Matemático-Computacional

de la Cultura

Fernando Sancho Caparrini

Investigador Prometeo-Senescyt (Ecuador)

Dpt. Ciencias de la Computación e Inteligencia Artificial

Universidad de Sevilla (España)


Guión (~aproximado~) de la charla • … sobre el Grupo de Modelado de Sistemas Complejos (UCE) …

• … sobre el título de la charla …

• El Problema general

• Buscando un marco

• Buscando una representación

• Fijando un problema: El Barroco Hispano

• Ejemplo de metodología desarrollada

• Otros casos de uso

• Tecnologías en Uso y en Desarrollo

• ¿Qué es un Laboratorio Cultural?

• Conclusiones


Grupo de Modelado de Sistemas Complejos

(Universidad Central del Ecuador)

• Grupo de creciente creación.

• Con un conjunto de proyectos importante desde su nacimiento:

INPC, Análisis Social, PYMES-Ecuador, Biodiversidad, …

• Objetivo a corto plazo:

Laboratorio de Modelado de Sistemas Complejos.

• Conexiones con Grupos Extranjeros.


¿Qué hacemos? Estudiamos los Sistemas Complejos desde el punto de vista Matemático,

haciendo uso de:

• Teoría de Redes Complejas,

• Modelado Multiagente,

• Ecuaciones Diferenciales.

Y generamos Aplicaciones Computacionales para analizar objetos de

diversas áreas:

• Biología

• Urbanismo

• Objetos culturales

• …


La Teoría…

Teoría de Redes Complejas

Modelado Multiagente

Ecuaciones Diferenciales

6 | Internal use only Grupo de Modelado de Sistemas Complejos – Universidad Central del Ecuador 6 | Sancho Caparrini, F.| Humanidades, Matemáticas y Redes Complejas... o como usar la Computación para...

La red de grupos actual…


Alta

Productividad

Proyecto

a Medio

Plazo

Artículos

Capacidad

Formativa

Permanente

Máster Ciencia

del Dato

Colaboraciones

Nacionales Internacionales

Laboratorio

de Modelado

de Sistemas

Complejos

Investigación

General

UCE

Revistas Congresos

Proyectos de

Fin de Carrera

Objetivos Académicos


El Problema de la Cultura…


La madeja por desenredar…

Un Problema Grande: Multidisciplinar y Transdisciplinar

Barroco

Humanidades Digitales

Cultura

Matemáticas Redes Sociales

Computación

Sistemas Complejos


Algunas preguntas iniciales…

¿Qué es la cultura?

¿Qué son los sistemas culturales?

¿Cómo se puede afrontar su estudio?

¿Se puede aplicar un estudio científico?

¿Quién se encarga de su estudio?

¿Desde qué disciplinas?

¿Podría hacerse desde una única disciplina?


La cultura como información…sobre algo

“…es información capaz de afectar el comportamiento de un individuo; … que éste

adquiere de otros a través de la enseñanza, la imitación y otras formas de transmisión

social.” Peter J. Richerson y Robert Boyd (2005)

“… nos referimos a representaciones de larga duración que están ampliamente

distribuidas en una población ... No existe un umbral que separe las representaciones

culturales de las individuales.” Dan Sperber (1985)

“La conclusiones apuntan a la existencia de procesos cognitivos y de aprendizaje

específicamente humanos en los que el contexto juega un papel fundamental. Es gracias a este

contexto (el contexto cultural) que un ser humano entiende a un interlocutor como un agente

intencional con quien puede compartir la atención…” Michael Tomasello (2000)

“Un grupo cultural se mantiene unido por medio de un flujo constante

de información …la mayoría trata de circunstancias locales y no se

transmite más allá de los miembros del grupo.”

Dan Sperber y Lawrence A. Hirschfeld (2004)


¿Porqué las preguntas anteriores son

difíciles? No sabemos cómo “modelar” el proceso: no tenemos

una “ecuación” que nos diga cómo funcionan las cosas ni cómo

están relacionadas.

Es un proceso que evoluciona en el tiempo: no es una

estructura rígida y constante.

Intervienen muchos actores, parámetros, factores en

cada uno de los procesos que queremos estudiar.

…y, además, las interacciones entre ellos son complejas y

es difícil predecir la cadena de consecuencias que

disparan.


Un marco común: Sistemas Complejos

¿Qué son los sistemas complejos?

La ciencia de los sistemas complejos trata de describir diferentes

sistemas (biológicos, sociales, culturales) haciendo énfasis en su

descomposición en elementos simples y la

interacción entre los mismos, y en la

emergencia de un comportamiento no

predecible a priori por las técnicas actuales.


El concepto de Multiescala en los

Sistemas Complejos

• Un sistema complejo suele estar compuesto por otros sistemas

complejos (no por ello más simples).

• En muchos casos, la agrupación de sistemas complejos da lugar a

un sistema complejo de tamaño mayor.

• Esto hace que se intente buscar una representación

independiente de la “escala” del sistema… que sirva para todas

las escalas.


Las redes (grafos) como representación

Primer paso: representar la información como un grafo.

Importante: cualquier sistema que

disponga de relaciones internas se

puede representar como un grafo.


Las redes (grafos) como representación Segundo Paso: Reconocer lo importante de un “objeto” complejo…

A partir de las propiedades de los nodos del grafo y de las conexiones entre esos nodos,

podemos descubrir características fundamentales acerca del objeto.

Ejemplos:

Objeto = Conjunto de obras: ¿qué

obras podrían ser las más

representativas de una época,

estilo, país,…?

Objeto = Una sola obra:

¿qué características son las más

sobresalientes de una obra?


Las redes (grafos) como representación Comparar los grafos asociados a distintos “objetos”

Nos permite, por ejemplo, decir si un objeto es más “complejo” que otro,

y medir “distancias” entre objetos:

más parecidos los grafos, más parecidos los objetos

d1

d2

d3


Las redes (grafos) como representación Representar cada objeto como un punto, usando estas distancias entre puntos:

Los bloques de puntos cercanos pueden representar estilos, autorías, …

dependiendo de la medida seleccionada.

Consecuencia: No

sabemos qué define un

estilo concreto, pero

quizás podamos saber

qué lugar ocupan los

objetos culturales

considerados como ese

estilo dentro del mapa

de la cultura.


Pero vamos al grano: un caso de uso…


The Hispanic Baroque Project Objetivos:

1. describir los patrones barrocos más comunes y resistentes en diferentes entornos;

2. establecer su relación con procesos de identidad social y de organización;

3. analizar las tecnologías de la cultura que han hecho posible esta adaptabilidad del

barroco;

4. determinar su efectividad basándose en la reaparición de fenómenos Neo-barrocos en

el mundo contemporáneo;

5. crear nuevas herramientas que fortalezcan los métodos de

investigación en humanidades.

http://hispanicbaroque.ca


Fijando un problema: el Barroco • ¿Qué es el barroco? un estilo… una época… un movimiento cultural…

• ¿Qué caracteriza al barroco frente al renacimiento, el romanticismo, la

ilustración, el modernismo,…?

• ¿Son iguales todos los barrocos (italiano, español, alemán,

hispanoamericano,…)?

• ¿Qué condiciones se dieron para que “ocurriera” el barroco?

• ¿Hay barroco hoy en día? (de nueva producción)

• ¿Razones para que el objeto de estudio sea el Barroco Hispano?

• ¿¿¿Qué hacen matemáticos e informáticos estudiando el Barroco???

• ¿¿¿Qué hace Canadá estudiando el Barroco Hispanoamericano???


Tres Preguntas Fundamentales

1. ¿Es posible crear y mantener comunidades

globales a través de una red compartida de

imágenes y símbolos?

2. En el caso de la red de pinturas que estamos considerando, ¿qué tipo

de religión y qué tipo de arte contribuyen a la existencia de la red?

3. ¿Es el arte un candidato como una de las instituciones que ayudan a

mantener sociedades e interacciones a gran escala?


Origen de los datos

• Base de Datos Relacional (Clásica)

• Interfaz basado en Web: http://baroqueart.cultureplex.ca

~ 100,000 tópicos

~ 13,000 obras de arte (S.XVI-XIX)

~ 1,500 artistas

~ 400 series

~ 200 escuelas

~ 2,500 localizaciones geográficas

~ 75,000 descripciones atómicas


Metodología

Almacenando información semántica

– Descriptores ad-hoc

– Ontología formal:

http://ontologies.cultureplex.ca


Metodología

Como ejemplo, en esta presentación nos centraremos en los

descriptores y obras de arte

Por medio de los descriptores, damos una medida de similitud

entre obras...

... permite clasificar obras en clases de similaridad

... (dualidad) y obtener relaciones entre descriptores

Analizar la evolución de estas clases a lo largo del tiempo


Metodología

Medida de Similitud:

S(O1,O2)=#{descriptores en común entre O1 y O2}

Descriptor 1

Descriptor 3

Descriptor 5

Descriptor 4

Descriptor 2

Descriptor 7

Descriptor 6

S=2


Metodología

Limitaciones reales:

– Demasiadas operaciones JOIN en la BD

– Del orden de millones de aristas (casi un grafo completo)

Soluciones:

– Crear aristas si hay, al menos, 5 descriptores en común.

– Dividir los datos en 12 secciones:

desde 1550-1575 a 1825-1850


Algunos resultados y discusión


1550-1575 1575-1600 1600-1625 1625-1650 1650-1675

1750-1775 1700-1725 1725-1750 1775-1800 1800-1825

v v 1675-1700

v 1825-1850

v

v

v

v v v v

v

Clustering & Visualizaciones: Grafo en crudo

http://zoom.it/vJVw#full


Religioso Civil

Retrato Santos

Virgenes Cristos

Immaculada

1550-1575 1575-1600 1600-1625 1625-1650 1650-1675 1675-1700

1750-1775 1700-1725 1725-1750 1775-1800 1800-1825 1825-1850

Clustering & Visualizaciones:

Mapas Semánticos


Discusión Desde 1725 se muestra una disminución pronunciada de arte religioso (religioso +

santos)

En el periodo 1750-1775 se comienza a producir un incremento del arte civil (civil +

religioso), que parece cubrir las pérdidas ocasionadas en el arte religioso


Discusión • El contenido semántico se mueve de la estabilidad ofrecida por los temas religiosos

hacia la diversidad de referencias locales relacionadas con las pinturas civiles

• El “retrato” permite la diversificación de contenidos en la red

• ~1700 se convierte en el mecanismo que permite mover el peso de la información

semántica existente de una área a otra


Otros casos desarrollados…

…en cultura


Análisis de una red social mítico-religiosa

Historia de la Real

Villa del Potosí


Estudio del concepto de negritud en la literatura

del Siglo XX

Centralidad Betweeness


Creatividad gastronómica en elBulli Esquema


Arte contemporáneo (Museo Reina Sofía)

Evolución Temporal de

Descriptores de

Elementos

Temática por artistas

Agrupaciones de

Artistas


Obras Literarias: almacenando semántica

¿Cómo se relacionan los

distintos elementos que

intervienen en una obra

literaria?

¿Cuáles son y cómo se tratan

los temas habituales en las

obras literarias de esa época?

¿Cómo se representa la

información que hay escrita en

una obra literaria?


Instituto Nacional de

Patrimonio Cultural del

Ecuador • Marco de diversos proyectos :

• Análisis de objetos patrimoniales por tipo (inmaterial, mueble, inmueble,…)

• Capacidad para relacionar objetos culturales a partir de las relaciones ya

existentes y de sus características.

• Asesoría acerca de la BD (desde un punto de vista técnico).

• Asesoramiento en gestión de riesgos (aplicar técnicas de ML).

• Activación (a la sociedad) de la información del INPC.

• Fuente de pasantías/PFC/TFM.

• En desarrollo…


Tecnologías en uso y otros proyectos

relacionados


SylvaDB: Una base de datos basada en grafos Sylva es una herramienta desarrollada en el CulturePlex Lab con el fin de

manipular redes complejas de forma más directa.

Permite al investigador compartir los resultados con otros colegas,

proporcionando un marco común para las Humanidades Digitales.


Sistemas de Modelado Multi-Agente

Simulan la interacción entre “pequeños” agentes individuales que pueden

interactuar también con el entorno y tomar decisiones.

Útiles cuando no se conoce el comportamiento global

de un sistema, pero se sabe que “emerge” como

resultado de las interacciones locales

de partes del sistema que son más

fáciles de simular.

Relacionados, profundamente, con

Sistemas Complejos.


Virtual Cultural Laboratory:

1. ¿Cómo influye la dominación de la información?

2. ¿Qué papel juegan los repositorios de información en la

transmisión y conservación de la cultura?

Sistemas de Modelado Multi-Agente

Áreas

Culturales

Mundo

Espacio de

Mensajes


Yutzu

Es una herramienta online de

uso libre y gratuito que permite

recopilar información variada (de

la web o localmente suministrada

por el usuario) acerca de un

tópico de interés en forma de

paquete organizado que se puede

publicar.


OpenSource…desde luego


Objetivos de un laboratorio cultural

• Trabajar en varias etapas de la dinámica cultural

– Creación

– Transmisión

– Representación

• Manejar la Complejidad Cultural

– Análisis Multiescala

– Aproximación Multidisciplinar

– Uso de nuevas tecnologías y metodologías


Motivación • Necesidades comunes:

– Recopilar/almacenar información con alto contenido semántico

– Uso de modelos asbtractos y robustos de representación

– Herramientas de visualización y análisis

– Publicar/Compartir información de una forma simple y rica

• Propiedades comunes:

– Tanto interés en los tópicos como en las relaciones entre ellos

– Basado en un esquema flexible de representación a varios

niveles: descriptivo, semántico y relacional

– Fundamentos matemáticos robustos:

• Teoría de Redes

• Minería de Datos (clásica, grafos y texto)

• Técnicas de IA para el modelado y extracción de conocimiento


Conclusiones

Ante problemas grandes:

Ataques multidisciplinares.

Creación de nuevas herramientas (teóricas y prácticas).

Necesidad de formación adecuada.

Disciplinas involucradas:

Humanidades (muy variadas) para la decisión de objetivos e

interpretación semántica.

Matemáticas para el modelado teórico.

Computación para la realización efectiva de herramientas de

visualización, manipulación y análisis.

Neurociencia, Economía, Antropología,…


¿Más información?

Sitios Web asociados a los proyectos:

www.cultureplex.ca

www.hispanicbaroque.ca

www.ecomplexcity.org

www.gmsc.uce.edu.ec

Si desean contactar:

Fernando Sancho Caparrini: [email protected]

(alternativo: [email protected])

¡Muchas Gracias

por su atención!

mailto:[email protected]

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