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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)
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2 | Internal use only Grupo de Modelado de Sistemas Complejos – Universidad Central del Ecuador
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
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3 | Internal use only Grupo de Modelado de Sistemas Complejos – Universidad Central del Ecuador
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.
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4 | Internal use only Grupo de Modelado de Sistemas Complejos – Universidad Central del Ecuador
¿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
• …
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La Teoría…
Teoría de Redes Complejas
Modelado Multiagente
Ecuaciones Diferenciales
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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…
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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
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El Problema de la Cultura…
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La madeja por desenredar…
Un Problema Grande: Multidisciplinar y Transdisciplinar
Barroco
Humanidades Digitales
Cultura
Matemáticas Redes Sociales
Computación
Sistemas Complejos
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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?
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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)
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¿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.
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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.
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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.
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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.
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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?
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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
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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.
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Pero vamos al grano: un caso de uso…
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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
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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???
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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?
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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
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Metodología
Almacenando información semántica
– Descriptores ad-hoc
– Ontología formal:
http://ontologies.cultureplex.ca
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25 | Internal use only Grupo de Modelado de Sistemas Complejos – Universidad Central del Ecuador
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
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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
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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
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Algunos resultados y discusión
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29 | Internal use only Grupo de Modelado de Sistemas Complejos – Universidad Central del Ecuador
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
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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
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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
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32 | Internal use only Grupo de Modelado de Sistemas Complejos – Universidad Central del Ecuador
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
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33 | Internal use only Grupo de Modelado de Sistemas Complejos – Universidad Central del Ecuador
Otros casos desarrollados…
…en cultura
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Análisis de una red social mítico-religiosa
Historia de la Real
Villa del Potosí
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Estudio del concepto de negritud en la literatura
del Siglo XX
Centralidad Betweeness
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Creatividad gastronómica en elBulli Esquema
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Arte contemporáneo (Museo Reina Sofía)
Evolución Temporal de
Descriptores de
Elementos
Temática por artistas
Agrupaciones de
Artistas
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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?
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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…
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Tecnologías en uso y otros proyectos
relacionados
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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.
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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.
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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
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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.
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OpenSource…desde luego
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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
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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
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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,…
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¿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!