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Page 1: Taller Capacitación a docentes - UAI Fractales: Sistemas Dinámicos y Teoría del Caos

Taller Capacitación a docentes - UAI Taller Capacitación a docentes - UAI

Fractales:Fractales:

Sistemas Dinámicos y Teoría del CaosSistemas Dinámicos y Teoría del Caos

Page 2: Taller Capacitación a docentes - UAI Fractales: Sistemas Dinámicos y Teoría del Caos

Primera PartePrimera Parte

Aspectos Teóricos de la Aspectos Teóricos de la Geometría FractalGeometría Fractal

Definición de Fractal

Autosimilitud

Dimensión Fractal

Diferentes Tipos de Fractales

Page 3: Taller Capacitación a docentes - UAI Fractales: Sistemas Dinámicos y Teoría del Caos

¿Qué es un Fractal?¿Qué es un Fractal?

Son objetos geométricos que poseen dos características fundamentales:

1) Autosimilitud

2) Dimensión Fraccionaria

¿Cuántos tipos de Fractales existen?¿Cuántos tipos de Fractales existen?

Los objetos Fractales se pueden clasificar de la siguiente manera:

Lineales

Complejos

Caóticos

Page 4: Taller Capacitación a docentes - UAI Fractales: Sistemas Dinámicos y Teoría del Caos

AutosimilitudAutosimilitud

1) Perfecta1) Perfecta: Cada porción de un objeto tiene exactamente las mismas características del objeto compelto.

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2) Estadística: 2) Estadística: cada región de un objeto conserva, de manera estadísticamente similar, sus características globales.

AutosimilitudAutosimilitud

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¿Cómo se genera un Fractal?¿Cómo se genera un Fractal?

Paso 1, se elige una imagen generadora (puede ser cualquiera, desde una recta hasta la cara de Mickey Mouse).

Paso 2, se elige un algoritmo de transformación de la imagen generadora.

Paso 3, se itera el algoritmo infinitas veces, o con un límite determinado como variable en un software.

Ejemplos:

Curva de Von Koch Curva de Peano Modelo Neuronal

Los Fractales complejos se generan con la misma lógica, solo que en lugar de iterar una imagen, se itera una ecuación en el plano de los números complejos. Por ejemplo, el Conjunto de Mandelbrot se genera mediante la iteración de: Zn+1 = Zn^2 + C

Los Fractales Caóticos, son los elementos geométricos de la Teoría del Cáos. Se los denomina Atractores. Se generan a través de mediciones provenientes del mundo real, como Ecuaciones Direnciales o Series de tiempo. Cuando uno modela un sistema natural caótico, tiene como finalidad encontrar un Atractor.

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Definición informal de Geometría FractalDefinición informal de Geometría Fractal

La Geometría Fractal, llamada también "Geometría de la Naturaleza", es un conjunto de estructuras irregulares y complejas descriptas a través de algoritmos matemáticos y

computacionales; los cuales reemplazan a los puntos, rectas, circunferencias y demás figuras provenientes de la matemática tradicional. Estos objetos tienen como características fundamental las propiedades de Autosimilitud y la de convivir en extraños paisajes formados

por dimensiones fraccionarias.

Page 8: Taller Capacitación a docentes - UAI Fractales: Sistemas Dinámicos y Teoría del Caos

Diferentes Tipos de FractalesDiferentes Tipos de Fractales

FractalesFractales

LinealesLineales

Autosimilitud Perfecta

Dimensión Fractal fácil decalcular con: S = S = LLDD

Se crean a partir de:-Un generador -Un algoritmo de repetición

Ejemplo: Triángulo de Cantor y

Triágulo de Sierpinski

ComplejosComplejos

Autosimilitud Estadística

Dimensión Fractal difícil de calcular. Se requiere software. Método: Box Couting

Se crean a partir de:-Un Z0 -Iteraciones en el Plano Complejo

Ejemplo: Conjunto de Mandelbrot, Conjunto de Julia

CaóticosCaóticos

Poseen estructura Fractal.Autosimilitud Estadística

Se requieren métodos de medición más complejos que la Dimensión Fractal.

Se generan a partir de sistemas de Ecuaciones Diferenciales

Ejemplo: Atractor de LorentzModela el Clima Meteorológico

Son los objetos geométricosde la Teoría del Caos

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Fractales Caóticos - Atractores Extraños Fractales Caóticos - Atractores Extraños

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Segunda ParteSegunda Parte

Sistemas DinámicosSistemas Dinámicos

Teoría del CaosTeoría del Caos

Arte

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Concepto de Dinámica:Concepto de Dinámica:

La dinámica de cualquier situación se refiere a como el estado de la mencionada situación planteada, evoluciona a lo largo del tiempo.

Definición de Sistema:Definición de Sistema:

Grupo interrelacionado de elementos independientes que forman un “todo” más complejo y persigue un determinado fin.

Por ejemplo, el cuerpo humano o una red de computadores.

Definición Informal de Sistemas Dinámicos:Definición Informal de Sistemas Dinámicos:

Llamamos Sistemas Dinámicos a aquellos que, mediante una regla, pueden serdefinidos por un conjunto de variables cuyos valores cambian a lo largo del tiempo.

- Dichas variables se denominan “variables de estado” - Ellas determinan el “estado” del sistema en un momento dado- Ellas trazan una trayectoria determinando el “espacio de estado”

Nota: No confundir la evolución en el tiempo de las variables de una ecuación con la evolución de los parámetros de la misma.

Conceptos básicosConceptos básicos

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Caos de todos los díasCaos de todos los días

Por un clavo se perdió una herradura,Por la herradura se perdió el caballo,Por el caballo se perdió al jinete,Por el jinete ser perdió la batalla,Por la batalla se perdió el reino

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Efecto Mariposa

Este concepto hace referencia a la sensibilidad de un sistemas a las condiciones iniciales:

El aleteo de una mariposa en Tokio puede generar un torbellino en el Caribe

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Caos de todos los díasCaos de todos los días

Al repetir este experimentoen reiteradas ocasiones, por másque las condiciones iniciales seanprácticamente las mismas, los resultadosson significativamente diferentes.

“ Cambios minúsculos conducen a resultados totalmente divergentes”

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Caos en la NaturalezaCaos en la Naturaleza

Dualidad entre Orden y Caos.Ejemplos:

Solitones

Turbulencias

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Leyes del CaosLeyes del Caos

Leyes “Informales” del Caos

Todo sistema presenta una dualidad Orden – Caos

Todo sistema presuntamente Ordenado tiende al Caos.

Todo sistema Caótico presenta islas de Orden intrínsecas

Ej: Cuerpo Humano Corazón – Cerebro

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Taller de Fractales y Sistemas Dinámicos - UAITaller de Fractales y Sistemas Dinámicos - UAI

Juan Pablo Braña : [email protected]

Marisa Rollieri: [email protected]

Fractales:Fractales:

Sistemas Dinámicos y Teoría del CaosSistemas Dinámicos y Teoría del Caos