Il Piano Triennale è a cura di: Massimo Buscema, Direttore del Semeion

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2 Il Piano Triennale è a cura di: Massimo Buscema, Direttore del Semeion Hanno collaborato i ricercatori del Semeion: Giulia Massini, Stefano Terzi, Marco Intraligi, Guido Maurelli, Massimiliano Capriotti, Riccardo Petritoli Semeion Centro Ricerche di Scienze della Comunicazione Via Sersale, Roma web: e mail:

3 SEMEION Centro Ricerche di Scienze della Comunicazione Piano Triennale Anni Ricerca di Base e Applicata Sintesi delle Ricerche del 2007 ARACNE

4 Copyright MMVIII ARACNE editrice S.r.l. via Raffaele Garofalo, 133 A/B Roma (06) ISBN I diritti di traduzione, di memorizzazione elettronica, di riproduzione e di adattamento anche parziale, con qualsiasi mezzo, sono riservati per tutti i Paesi. Non sono assolutamente consentite le fotocopie senza il permesso scritto dell Editore. I edizione: maggio 2008

5 Indice 1. Presentazione del Semeion Componenti del Semeion I campi d interesse della ricerca Piano Triennale Ricerca di base ( ) di Massimo Buscema 2. Piano Triennale Ricerca di Base ( ) Teoria Generale dei sistemi Artificiali Adattivi La Sintassi delle immagini: le informazioni nascoste Active Connection Matrix (ACM) La Semantica delle immagini: il pixel e il suo contesto la Pixel Vector Theory (PVT) Analisi dei segnali non stazionari Implicit Function as Squashing Time (IFAST) Meta classificatori e nuove reti supervisionate (MetaNet) Reti Auto Associate non lineari (Mappe Contrattive) Teoria dei Grafi e Data Mining (H Function) Multi Dimensional Scaling (PST e Population) Virtual Data Generation (PI Function and HID) Co Clustering and Bi Clustering (Visual DB) Il Clustering Dinamico sulle Traiettorie dei Datasets (DPCA) Piano Trennale Ricerca Applicata ( ) di G. Maurelli 3. Piano Triennale Ricerca Applicata ( ) Biomedicale settore Imaging Progetto CAD Mr mammography con Sistemi Artificiali Adattivi per la classificazione e previsione di masse tumorali 127 5

6 Progetto CAD Mr mammography con Sistemi Artificiali Adattivi per la classificazione di microcalcificazioni tumorali Progetto di svilippo di Meta Classificatori per l ottomizzazione delle previsioni sui tumori Sistema di analisi dell imaging biomedicale per far emergere l informazione nascosta Campo Biomedicale settore clinico Corsi di formazione sull Intelligenza Artificiale per medici specialisti Software applicativi per l elaborazione complessa di dataset clinici Progetto IMPROVE sul rischio cardiovascolare Progetto Nazionale Emorragia Digestiva (PNED) Progetto per l identificazione di nuovi biomarkers nell Alzheimer Disease Social Security Progetto Central Drug Trafficking Database (CDTD) Progetto Sicurezza integrata su 4 livelli Progetto telecamera intelligente e firma micro gestuale Progetto analisi e previsione del traffico mercantile nel mediterraneo Progetto Selezione del Personale delle Forze Armate Industria, marketing e mondo del lavoro Previsione di classi di fumatori sulla base di analisi cliniche e variabili socio anagrafiche Analisi e simulazione dinamica dei comportamenti di consumo 162 6

7 Analisi e ottimizzazione dei percorsi lavorativi Analisi e previsione della concentrazione di gas sulla base di sistemi nanosensori Sintesi delle Ricerche del 2007 a cura di M. Buscema, G. Massini, S. Terzi, M. Intraligi, G. Maurelli 4. Novità della Ricerca di Base nell anno Active Connection Martix (ACM): evoluzioni Clusterig Dinamico La Funzione Hubness (H): evoluzioni SOM Maps Hidden Input Discovery (HID) Meta Classificatori modelli e software Multidimensional Scaling modelli e software Semantic Connection Map Pubblicazioni scientifiche Attività di formazione Collaborazioni e brevetti Collaborazioni e cooperazioni istituzionali Elenco dei brevetti Partecipazione a conferenze e convegni 221 7

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9 1. Presentazione del Semeion Il Centro Ricerche Semeion è un Ente Scientifico senza scopo di lucro, fondato nel 1985, con personalità giuridica riconosciuta nel 1991 dal Ministero dell Università e della Ricerca (MIUR). Dal 2005 è diventato Istituto Scientifico Speciale del MIUR. L attività istituzionale del Semeion è suddivisa in tre ambiti: - ricerca di base e sperimentale nel campo dell intelligenza artificiale, volta a scoprire e sperimentare nuovi modelli matematici e algoritmi con particolare riferimento ai Sistemi Artificiali Adattivi; - ricerca applicata effettuata attraverso la realizzazione di progetti in biomedicina, sicurezza sociale, imaging, economia e finanza; - formazione di giovani ricercatori, attraverso corsi, seminari e stage, nel campo dell intelligenza artificiale con particolare attenzione ai nuovi modelli di Reti Neurali Artificiali e Algoritmi Evolutivi e alle procedure di applicazione per risolvere problemi complessi. L attività di ricerca sviluppata in ognuno di questi tre ambiti si materializza producendo una serie di oggetti concreti: - la ricerca di base e sperimentale si concretizza attraverso la realizzazione di scoperte che vengono diffuse nella comunità scientifica tramite la pubblicazione di articoli scientifici e libri, e che spesso pongono le basi per la registrazione di brevetti; - la ricerca applicata si concretizza tramite la realizzazione di progetti in diversi campi applicativi nei quali i Sistemi Artificiali Adattivi possono portare nuove conoscenze e realizzazione di know-how, i progetti più innovativi e competitivi diventano brevetti sfruttabili dal mondo dell industria; - la formazione si realizza attraverso corsi, seminari e stage, che consentono a neolaureati in diverse discipline (informatica, ingegneria, fisica, matematica, medicina, statistica, ecc.) di acquisire nuove competenze nell ambito del vasto campo dell Intelligenza Artificiale. 9

10 Lo schema seguente illustra le diverse ramificazioni dell attività di ricerca scientifica del Semeion. Attività di Ricerca del Semeion Ricerca di Base e Sperimentale Ricerca Applicata Formazione Scoperte e Brevetti Software di Ricerca Pubblicazioni Articoli scientifici Libri Progetti e Software applicativo Partecipazione a convegni Seminari Corsi Stage Nell organizzazione generale delle attività di ricerca il tempo dedicato alla ricerca di base e sperimentale corrisponde a circa il 60% delle risorse umane in organico al Semeion. Le scoperte e il software di ricerca, che viene parallelamente sviluppato a scopo sperimentale, i brevetti e le pubblicazioni scientifiche, sia libri che articoli scientifici, sono gli oggetti con i quali la ricerca di base comunica i risultati del proprio lavoro alla comunità scientifica. La partecipazione a conferenze e convegni, inoltre, misura il livello di interesse che la comunità scientifica attribuisce al lavoro svolto dai ricercatori del Semeion. La ricerca applicata, che può essere definita come un insieme di procedure organizzate al fine di verificare il dominio di validità e l utilità di una teoria, dipende dalla ricerca di base. Ha il compito di verificare la possibilità di sviluppare tecnologie che abbiano la consistenza dei prototipi. Essa misura il grado di sfruttamento di una teoria sul piano della sua utilità economica e sociale. Durante l attività di ricerca applicata si realizzano i progetti e si costruiscono i 10

11 prototipi. All interno del Semeion l attività di ricerca applicata impegna circa il 30% delle risorse umane. La formazione, infine, che comprende anche gli stage formativi, nella pianificazione delle attività istituzionali del Semeion, si può definire un attività di divulgazione scientifica, con intento didattico. Ha lo scopo di formare i nuovi ricercatori nel campo dell Intelligenza Artificiale e occupa circa il 10% delle risorse umane del Semeion. L equipe del Semeion è composta globalmente da 21 persone. Il nucleo centrale è composto di 10 ricercatori di provenienza multidisciplinare: informatici, ingegneri, fisici, economisti e medici. Ognuno è impegnato, con diversi livelli di coinvolgimento, nella ricerca di base, sperimentale e applicata. A questi si aggiungono 6 ricercatori associati e 3 ricercatori esterni che occasionalmente collaborano all attività del Centro. Le altre due persone gestiscono l amministrazione e la segreteria. Nel corso di questi ultimi anni il lavoro dei ricercatori del Semeion ha prodotto numerose scoperte nel campo dell Intelligenza Artificiale, alcune delle quali sono state brevettate in collaborazione con aziende interessate al loro sfruttamento economico. Nei laboratori del Semeion sono stati ideati, progettati e sperimentati nuovi modelli di Sistemi Artificiali Adattivi (Reti Neurali, Algoritmi Evolutivi, Sistemi di analisi e pre-processamento dei dati), e sono stati sviluppati programmi informatici finalizzati alla sperimentazione di questi modelli. L attività di ricerca si è concretizzata in oltre 200 pubblicazioni di articoli scientifici su riviste internazionali, 20 libri monografici e 14 brevetti internazionali. Nel 2007 si è costituito un Comitato Tecnologico Scientifico, composto da diverse personalità del mondo della ricerca sia di ambito pubblico che privato. Il Comitato si riunisce tre volte all anno e ha una funzione consultiva nell ottica di contribuire ad orientare l attività di ricerca di base e applicata che il Semeion svolge. L organigramma dei componenti del Semeion è così strutturato. 11

12 Direttore Prof. Massimo Buscema Comitato Tecnologico Scientifico Prof. F. Beltrame Dr. A. Bettini Dr. M. Chieli Prof. A. Collina Dr. L. Criscuoli Dr. E. Grossi Dr. F. Nazzari Prof. R. Passariello Prof. PL. Sacco Dr. C. Sandels Navarro Ricerca di base e sperimentale Ricerca applicata Ricerca organizzazione e comunicazione Ricercatori associati Ricercatori esterni Relazioni pubbliche e istituzionali Prof. M. Buscema Dr.ssa G. Massini Ing. S. Terzi Ing. M. Breda M. Intraligi Dr. M. Capriotti Dr. V. Carlei Ing. R. Petritoli Dr. M. Pizziol Dr. G. Maurelli G. Magistretti Dr.ssa E. Testa Ing. G. Catzola Dr. E. Grossi Ing. G. Pieri Prof. G. Salina St. G. Monaghan Amm. R. Fusco Prof. S. Einstein Prof. PL. Sacco Dr. M. Ramazzotti Studio M&D L.M. Hercolani Gaddi L organigramma del Semeion L equipe dei ricercatori del Semeion 12

13 1.1 Componenti del Semeion Prof. Massimo Buscema (1955): Direttore della Ricerca. Computer scientist, fa ricerca da anni sulle Reti Neurali Artificiali e sui Sistemi Artificiali Adattivi. È stato professore presso alla University of Charleston (West Virginia-USA) e direttore del Department of Science of Communications della stessa università, è stato, inoltre, professore di Informatica e Linguistica presso l Università di Perugia. Membro dell Editorial Board di diverse riviste scientifiche internazionali. Ha ideato, costruito e sviluppato nuovi modelli e algoritmi d intelligenza artificiale. È autore di numerose pubblicazioni scientifiche sugli aspetti teorici della Natural Computation con oltre 150 titoli: articoli scientifici, saggi e libri sullo stesso tema. Inventore di 14 brevetti internazionali. Ricerca di Base e Sperimentale Dr.ssa Giulia Massini (1957): Ricercatore Senior, informatica, svolge attività di ricerca sui Sistemi Artificiali Adattivi. Si occupa dell applicazione della Neural Computation in prevalenza in ambito sociale e medico. Ha ideato e sviluppato nuovi algoritmi adattivi e software di ricerca, è autrice di numerose pubblicazioni scientifiche. Ing. Stefano Terzi (1970): Ricercatore Senior, ingegnere elettronico, ha sviluppato software di ricerca implementando modelli di Reti Neurali Artificiali e di algoritmi evolutivi, per l applicazione al campo medico e della sicurezza. Autore di diverse pubblicazioni scientifiche. Ing. Marco Breda (1962): Ricercatore Senior, ingegnere elettronico, ha lavorato in importanti aziende nel settore delle telecomunicazioni (Telecom, Ericsson). Opera come ricercatore presso il Semeion dove si occupa di ricerca di base, contribuendo a diverse pubblicazioni e alla produzione di alcuni pacchetti applicativi. Ricerca Applicata Marco Intraligi (1959): Ricercatore Senior, informatico, esperto in tecniche di preprocessing ed elaborazioni di dati con i Sistemi Artificiali Adattivi. Autore di articoli scientifici sulle applicazioni di 13

14 modelli artificiali nell ambito della diagnostica clinica e dei sistemi di trattamento dell imaging biomedicale. Dr. Massimiliano Capriotti (1964): Ricercatore, informatico, esperto nell applicazione dei modelli d intelligenza artificiali al campo della sicurezza e della medicina. Autore di pubblicazioni scientifiche. Ing. Riccardo Petritoli (1970): Ricercatore, ingegnere elettronico, ha sviluppato software applicativi in ambito medico implementando modelli di Reti Neurali Artificiali. È esperto in tecniche di analisi di imaging biomedicale. Autore di pubblicazioni scientifiche. Dr. Marco Pizziol (1980): Ricercatore, laureato in fisica presso l Università degli Studi di Roma Tor Vergata, lavora nell ambito della ricerca e sviluppo di sistemi adattivi applicati in campo biomedico. Organizzazione e Comunicazione della Ricerca Dr. Guido Maurelli (1957): Ricercatore, laureato in lettere e filosofia, Responsabile della comunicazione. È esperto nell applicazione dei Sistemi Artificiali Adattivi al campo sociale. Ha pubblicato articoli e saggi su libri e riviste scientifiche internazionali. Si occupa della divulgazione scientifica delle attività di ricerca del Semeion. Dr.ssa Ester Testa (1972): segreteria organizzativa, laureata in Scienze Politiche, si occupa dell organizzazione interna delle attività del Semeion. Giancarlo Magistretti (1969): ragioniere, responsabile dell amministrazione del Semeion. Ricercatori Associati Ing. Gino Catzola (1953): Ricercatore Associato, ingegnere elettronico, specializzato in Program Management, Computer Science, e Sistemi Dinamici Complessi. Ha lavorato per importanti aziende multinazionali per i mercati Difesa, Spazio, Telecomunicazioni (TIM, Digital Equipment, Alenia Spazio). Attualmente è in Telecom Italia. Collabora all attività di ricerca del Semeion sui Sistemi Dinamici Complessi, Reti Neurali Artificiali e Intelligenza Artificiale. Dr. Enzo Grossi (1951): Ricercatore Associato, medico, attualmente Direttore Medico della Bracco SpA, Dipartimento Farma Italia. Ha 14

15 lavorato come manager nell ambito della Ricerca e Sviluppo di diverse aziende multinazionali del settore medico farmaceutico (Menarini, Ciba Geigy, Beecham-Smith Kline & Beecham). Autore di circa 300 pubblicazioni scientifiche su riviste mediche. Membro di diverse società scientifiche e di board scientifici di riviste internazionali. Collabora all attività di ricerca del Semeion, contribuendo attraverso numerose pubblicazioni. Ing. Giovanni Pieri (1938): Ricercatore Associato, ingegnere chimico, attualmente è consulente per il trasferimento tecnologico presso imprese e enti pubblici. È stato direttore del Centro Ricerche G. Donegani (Montedison/ENI). Ha pubblicato articoli scientifici sulla fisica delle apparecchiature chimiche. Dr. Vittorio Carlei (1972): Ricercatore Associato, Phd in economia, è Direttore della 2C-srl, una spin-off del Semeion, che opera nell ambito della business innovation, applicando sistemi intelligenti in campo economico e finanziario per grandi gruppi bancari (Santander, Unicredit). Prof. Gaetano Salina (1960): Ricercatore Associato, Primo Ricercatore dell Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, lavora nella sezione di Roma Tor Vergata. I suoi principali campi di interesse sono: computers massivamente paralleli, reti neuronali, elettronica digitale ed analogica (VLSI), meccanica statistica e teoria dei campi. St. Geoff Monaghan (1954): Ricercatore Associato, detective, ha lavorato 25 anni presso nella Metropolitan Police Service di Londra, Scotland Yard, con un esperienza internazionale nelle strategie di contrasto al traffico di droga. Attualmente è consulente dell United Nations Office on Drugs and Crime (UNODC) sede di Mosca. Ammiraglio Roberto Fusco (1946): Ricercatore Associato, attualmente è ufficiale ammiraglio della Marina Militare in congedo. Ha percorso l intera carriera di ufficiale di Stato Maggiore fino al massimo grado di Ammiraglio di Squadra. Laureato in Scienze marittime e navali, specializzato in guerra elettronica e telecomunicazioni. Ha assolto numerosi incarichi di comando navale. Dal 2007 collabora come esperto militare con il Semeion. 15

16 Ricercatori Esterni Prof. Stanley Einstein (1934): Psicologo clinico e sociale, da molti anni specializzato nel campo delle tossicodipendenze, con particolare riferimento ai problemi di uso ed abuso di droghe. Autore di 14 libri, fondatore ed Editor in Chief della rivista internazionale sulle droghe Substance Use & Misure pubblicata da oltre 40 anni, e di altre riviste su problemi sociali come Violence, Aggression & Terrorism. Direttore del Middle Eastern Summer Institute on Drug Use, Jerusalem. Prof. Pierluigi Sacco (1964): Professore Ordinario di Politica Economica presso l Università IUAV di Venezia. Prorettore alla Comunicazione e alle attività editoriali della IUAV. Scrive per il Sole24Ore. Ha pubblicato numerosi articoli e saggi scientifici nel campo della teoria economica, della teoria dei giochi e dell economia della cultura. Dr. Marco Ramazzotti (1969): Archeologo, Ricercatore presso la Cattedra di Archeologia e Storia dell Arte del Vicino Oriente Antico. È stato fra i primi archeologi che ha applicato modelli matematici (Reti Neurali, Algoritmi Evolutivi) allo studio di database archeologici, pubblicando diversi articoli su importanti riviste del settore. Comitato Tecnologico Scientifico Prof. Francesco Beltrame (1953): Professore Ordinario di Bioingegneria, Dipartimento di Informatica, Sistemistica e Telematica della Facoltà di Ingegneria dell Università degli Studi di Genova. Direttore del Dipartimento di Tecnologie dell Informazione e delle Comunicazioni del CNR. Presidente del Comitato Tecnico Scientifico del MUR per la ricerca industriale (legge 297/99). Dr. Andrea Bettini (1953): Manager e consulente di direzione, ha ricoperto ruoli dirigenziali in numerose aziende operanti in diversi settori: informatica, servizi, formazione professionale (Apple Computer Italia, Sodexho Pass, MrTed Italy, Irescogi, Fondazione Consulenti per il Lavoro). Attualmente è partner associato di Boyden International. Dr. Massimo Chieli (1950): Presidente di Alitalia Express e Consulente Aziendale. È autore di articoli e pubblicazioni su temi di 16

17 organizzazione e di service management e svolge docenze in corsi di formazione e master aziendali e universitari. Prof. Amilcare Collina (1939): Ingegnere chimico, è stato Professore al Politecnico di Milano, per 25 anni ha lavorato nel settore Ricerca & Sviluppo della Montedison con diversi livelli di responsabilità fino ad arrivare a ricoprire il ruolo di Capo dell Ufficio Tecnologico dell intero Gruppo. Dal 1994 lavora nel Gruppo Mapei, attualmente è Advisor del CEO per la ricerca e l innovazione. È membro del Board Ricerca ed Innovazione del Cefic (European Chemical Industry Council). Dr. Luciano Criscuoli (1950): Direttore Generale per il Coordinamento e lo Sviluppo della Ricerca del Ministero dell Università e della Ricerca dal È membro permanente di numerose commissioni di studio per l attuazione delle politiche di intervento nel settore della ricerca. Ricopre incarichi istituzionali di rappresentanza del Ministero nelle sedi nazionali e internazionali. Ha curato la definizione di nuove specifiche normative di settore, e di documenti di programmazione del Ministero per l attuazione di interventi finalizzati al potenziamento e al sostegno della ricerca (PNR, Linee Guida per la Politica Scientifica e Tecnologica del Governo, PON per il Mezzogiorno, ecc). Dr. Enzo Grossi (1951): già descritto nei ricercatori associati. Dr. Federico Nazzari (1942): Manager nel settore dell industria Farmaceutica ha svolto le sue mansioni in aziende multinazionali ricoprendo importanti ruoli dirigenziali (Vice Direttore Generale Upjohn SpA, AD della Maggioni Winthrop, Presidente e AD dell Istituto Luso Farmaco d Italia SpA. Dal 2000 al 2007 ha operato in Bracco come Group Vice President General Affairs. È stato Presidente di Farmindustria per tre mandati, di cui due consecutivi il terzo nel Dal febbraio 2007 è entrato nel Consiglio di Recordati SpA con delega per i rapporti istituzionali. Prof. Roberto Passariello (1941): Professore Ordinario di Radiologia e Direttore dell Istituto di Radiologia dell Università degli Studi di Roma La Sapienza. Autore o co-autore di 10 libri e di oltre 500 pubblicazioni scientifiche, molte delle quali su riviste internazionali. Autore di più di 600 Conferenze, comunicazioni, relazioni su invito e moderazioni a Tavole Rotonde in Italia e all Estero. Membro 17

18 Onorario di numerose società scientifiche fra cui: Radiological Society of North America, European Association of Radiology, Cardiovascular and Interventional Society of Europe, Royal College of Radiology. Prof. Pierluigi Sacco (1964): già descritto nei ricercatori associati. Dr. Cristiano Sandels Navarro (1960): Project & Business Manager, si occupa di progetti di sviluppo, organizzazione e gestione aziendale. Ha lavorato nell ambito della comunicazione, marketing e consulenza aziendale. Collabora con l Università di Milano con docenze sulla sostenibilità energetica e ambientale. Ha contribuito alla stesura dei contenuti del programma per la candidatura di Milano per l EXPO Relazioni pubbliche e istituzionali Luciana Marcellini Hercolani Gaddi (1948): Public & Institutional Relations, fondatrice dello Studio M&D, che svolge tutte le attività necessarie a favorire il contatto e la messa in relazione fra aziende pubbliche, private ed istituzioni. I settori dove lo Studio prevalentemente opera sono quelli della Ricerca, dell Aeronautica, della Manutenzione. Collabora con il Semeion dal I campi d interesse della ricerca L attività di ricerca del Semeion nelle sue componenti, ricerca di base, ricerca sperimentale e ricerca applicata, ha investito, nel tempo, diversi campi d interesse. Nel corso degli anni, come è ovvio per un centro ricerche, l interesse ha subito modifiche determinate essenzialmente da mutate condizioni storico-scientifiche. Queste trasformazioni d interesse sono state orientate principalmente da due spinte parallele: a) un lavoro di ricerca scientifica sempre più orientato a studiare e comprendere le logiche di funzionamento dei fenomeni complessi; b) un attenzione al contesto storico relativamente allo sviluppo delle dinamiche socio-culturali e alle diverse manifestazioni del mondo naturale. In questa prospettiva l esplicitazione dei campi di interesse nei quali la ricerca del Semeion si è sviluppata dalla sua fondazione ad oggi, 18

19 consentirà di comprendere l evoluzione scientifica e storica del centro. I campi sono: 1. prevenzione sociale e sanitaria (dal 1985); 2. settore aziendale e industriale (dal 1987); 3. settore scolastico ed educativo (dal 1990); 4. ambiente e territorio (dal 1995); 5. economia e finanza (dal 1996); 6. mondo del lavoro e orientamento professionale (dal 1998); 7. settore medico, biologico e farmaceutico (dal 2000); 8. settore della sicurezza sociale e dei fenomeni criminali (dal 2000). 19

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21 Piano Triennale Ricerca di Base ( ) di Massimo Buscema

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23 2. Piano Triennale Ricerca di Base ( ) Prima di entrare nella descrizione delle diverse attività svolte dai ricercatori, è utile fornire una breve definizione di come il Semeion concepisce la ricerca di base e sperimentale La ricerca di base consiste nella formulazione di teorie adeguatamente formalizzate (linguaggio matematico e/o equivalente implementabile su computer) e nella loro sperimentazione. Ricerca di base e sperimentale sono due facce della stessa medaglia: la prima senza la seconda è non falsificabile e, quindi, incontrollabile, la seconda senza la prima è un attività disordinata. La formulazione di teorie e la loro sperimentazione costituiscono i fondamenti della ricerca di base, così come da anni mostra la fisica. La ricerca di base e quella sperimentale permettono le scoperte fondamentali. Le scoperte fondamentali sono quelle che ridisegnano i criteri con i quali si produce la conoscenza scientifica. Si tratta, quindi, di scoperte che non si limitano ad accrescere la conoscenza scientifica, ma che permettono nel tempo un progresso scientifico forte ed improvviso e un conseguente ritorno esponenziale degli investimenti. Le scoperte incrementali, invece, sono quelle che perfezionano e/o specificano, in un ambito sperimentale o applicativo particolare, le scoperte fondamentali. La ricerca di base si valuta in relazione alla produttività delle scoperte fondamentali e incrementali, e in base al numero di applicazioni tecnologiche che essa permette nel tempo. La ricerca di base e quella sperimentale, così concepite, sono fra le attività principali del Semeion, all interno dei settori dell attività istituzionale. Si tratta delle attività che costituiscono il motore del lavoro di ricerca che si manifesta successivamente sotto diversi aspetti. La ricerca di base è il luogo di riferimento teorico in relazione al quale la ricerca applicata pianifica la realizzazione dei progetti. È il laboratorio dove si sperimentano nuove teorie e si costruiscono nuovi modelli e algoritmi, realizzando programmi informatici di ricerca che hanno come scopo una pura funzione sperimentale. 23

24 2.1 Teoria Generale dei Sistemi Artificiali Adattivi I Sistemi Artificiali Adattivi (AAS) fanno parte del vasto mondo della Natural Computation (NC). La Natural Computation (NC) è un sottoinsieme delle Artificial Sciences (AS). Con Artificial Science si intendono quelle scienze per le quali la comprensione dei processi naturali e/o culturali si realizza tramite la ricreazione di quei processi stessi per mezzo di modelli automatici. Nelle AS il computer è ciò che la scrittura rappresenta per la lingua naturale: le AS sono costituite da algebre formali per la generazione di modelli artificiali (strutture e processi), nello stesso modo in cui le lingue naturali sono costituite di una semantica, di una sintassi e di una pragmatica per la generazione di testi. Nelle lingue naturali la scrittura è la conquista dell indipendenza della parola dal tempo, tramite lo spazio; nelle AS il computer è la conquista dell indipendenza del modello dal soggetto, tramite l automazione. Così come, tramite la scrittura, una lingua naturale può creare oggetti culturali che prima della scrittura erano impensabili (romanzi, testi giuridici, manuali, ecc.) allo stesso modo le AS, tramite il computer, possono creare modelli automatici di impensabile complessità. Lingue naturali e Artificial Sciences, senza la scrittura e il computer, restano quindi limitate. Ma una scrittura non basata su una lingua naturale, o un modello automatico non generato da un algebra formale, è un insieme di scarabocchi (vedi schema nella pagina successiva). Nelle AS la comprensione di un qualsiasi processo naturale e/o culturale avviene in modo proporzionale alla capacità del modello artificiale automatico di ricreare quel processo. Più la comparazione tra processo originale e modello generato da esito positivo, più è probabile che il modello artificiale abbia esplicitato le regole di funzionamento del processo originale. Questo confronto, tuttavia, non può essere effettuato in modo ingenuo. Sono necessari sofisticati strumenti di analisi per effettuare una comparazione attendibile tra processo originale e modello artificiale. 24

25 Artificial Sciences Processi Naturali e Culturali Analisi Algebre Formali Comparazione Modelli Artificiali Automatici Generazione Il grafico mostra come l analisi dei Processi Naturali e/o Culturali, che si vuole comprendere, parte da una teoria, che adeguatamente formalizzata (Algebre Formali), è in grado di generare Modelli Artificiali Automatici di quei Processi Naturali e/o Culturali. Infine, i Modelli Artificiali Automatici generati devono essere comparati con i Processi Naturali e/o Culturali di cui pretendono esserne il modello e la spiegazione. La maggioranza degli strumenti di analisi utili per questa comparazione consiste nel confrontare le dinamiche del processo originale e quelle del modello artificiale al variare delle rispettive condizioni al contorno. In modo sintetico si potrebbe argomentare che: 1. più, al variare delle condizioni al contorno, si ottengono varietà di dinamiche di risposta sia nel processo originale che nel modello artificiale; e 2. più queste dinamiche tra processo originale e modello artificiale sono omologhe, allora 3. più è probabile che il modello artificiale sia una buona spiegazione del processo originale. Nella figura che segue proponiamo un albero tassonomico per la caratterizzazione delle discipline che, attraverso la Natural Computation e la Classic Computation, compongono il sistema delle Artificial Sciences: 25

26 Con Natural Computation (NC) si intende quella parte delle Artificial Sciences (AS) che tenta di costruire modelli automatici di processi naturali e/o culturali tramite l interazione locale di microprocessi non isomorfi al processo originale. Nella NC si assume quindi che: 1. qualsiasi processo sia il risultato, più o meno contingente, di processi più elementari che tendono ad auto-organizzarsi nel tempo e nello spazio; 2. nessuno dei microprocessi è di per sé informativo circa la funzione che assumerà rispetto agli altri, né del processo globale di cui sarà parte. Artificial Sciences Classic Computation Natural Computation Programming Theory Computer Models Microelectronis Digital Systems Descriptive Systems Generative Systems Operative Systems Programming Languages Software Engineering Computer Architectures Compilers Data Base Real Time Systems Distributed Systems Telematics Images Acquisition Images Management Images Processing Graphics Systems Dynamic Systems Theory Dissipative Systems Theory Autopoietic Systems Theory Probabilistic Theory Catastropher Theory Chaos Theory Evidence Theory Fuzzy Logic.. Physical Systems Evolutionary Systems Adaptive Systems Learning Systems (Artificial Neural Networks) Albero tassonomico delle discipline che compongono il sistema delle Artificial Sciences Questa filosofia computazionale, poco economica per la creazione di modelli semplici, può essere utilizzata efficacemente per creare qualsiasi tipo di processo o modello che si ispiri a processi complessi, ossia a processi di fronte ai quali le filosofie classiche hanno trovato notevoli inconvenienti.

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