Die Erforschung komplexer Strukturen ist gegenwärtig eines der interessantesten wissenschaftlichen Themen. Dieses Buch behandelt Möglichkeiten der Beschreibung und quantitativen Charakterisierung komplexer Strukturen mit Hilfe verschiedener Entropie- und Informationsmaße. Nach einer allgemein verständlichen Einführung der Grundbegriffe werden die für eine quantitative Analyse erforderlichen Konzepte ausführlich behandelt und an zahlreichen Beispielen, wie Zeitreihen, Biosequenzen, literarischen Texten und Musikstücken, veranschaulicht.
Die Erforschung komplexer Strukturen ist gegenwärtig eines der interessantesten wissenschaftlichen Themen. Dieses Buch behandelt Möglichkeiten der Beschreibung und quantitativen Charakterisierung komplexer Strukturen mit Hilfe verschiedener Entropie- und Informationsmaße. Nach einer allgemein verständlichen Einführung der Grundbegriffe werden die für eine quantitative Analyse erforderlichen Konzepte ausführlich behandelt und an zahlreichen Beispielen, wie Zeitreihen, Biosequenzen, literarischen Texten und Musikstücken, veranschaulicht.
Prof. Dr.-Ing. Frank Schweitzer lehrt Bodenmechanik und Grundbau an der FH München und ist außerdem als Sachverständiger tätig.
Inhaltsangabe
1 Komplexität und Entropie.- 1.1 Struktur und Ordnung.- 1.2 Was sind komplexe Strukturen?.- 1.3 Komplexität als Phänomen.- 1.4 Quantifizierimg der Komplexität.- 1.5 Thermodynamische Entropie.- 1.6 Statistische und informationstheoretisehe Entropie.- 1.7 Entropie und Vorhersagbarkeit.- 2 Selbstorganisation und Information.- 2.1 Entropie und potentielle Information.- 2.2 Entropie und Selbstorganisation.- 2.3 Zur Evolution der Informationsverarbeitung.- 2.4 Gebundene und freie Information.- 2.5 Strukturelle und funktionale Information.- 2.6 Pragmatische Information.- 2.7 Information und Kommunikation.- 2.8 Selbstorganisation durch Information in einem Agentenmodell.- 2.9 Kollektive Information.- 3 Informationstheoretische Maße.- 3.1 Nachrichten und Kommunikation.- 3.2 Informationsquellen.- 3.3 Das Shannonsche Informationsmaß.- 3.4 Dynamische Entropien.- 3.5 Sequenzen mit langem Gedächtnis.- 3.6 Bedingte Entropien und Komplexität.- 3.7 Kullback-Information und Transinformation.- 3.8 Rényi -Entropien.- 3.9 Thermodynamischer Formalismus.- 4 Dynamisch generierte Strukturen.- 4.1 Strukturen und Symbolsequenzen.- 4.2 Symbolische Dynamik.- 4.3 Stationarität und Ergodizität.- 4.4 Kolmogorov-Sinai-Entropie.- 4.5 Der Satz von McMillan.- 4.6 Die Feigenbaum-Route ins Chaos und Intermittenz.- 4.7 Selbstähnliche und intermittente Symbolsequenzen.- 4.8 Ein Komplexitätsvergleich.- 5 Entropie und Komplexität natürlicher Sequenzen.- 5.1 Symbolfolgen und Symbolische Dynamik.- 5.2 Blockentropie und bedingte Entropie.- 5.3 Maße für Komplexität und Vorhersagbarkeit.- 5.4 Das Fibonacci-Modell der Evolution komplexer Folgen.- 5.5 Analyse natürlicher Sequenzen.- 5.6 Struktur von Texten, Notenfolgen und Biosequenzen.- 5.7 Diskussion der Komplexität natürlicher Symbolfolgen.- 6Quantitative Ästhetik.- 6.1 Naturwissenschaft und Ästhetik: Fünf Standpunkte.- 6.2 Versuche einer quantitativen Ästhetik.- 6.3 Birkhoffs mathematische Theorie der Ästhetik.- 6.4 Statistische Analysen von Sprache und Stil.- 6.5 Informationstheorie und Ästhetik.- 6.6 Grenzen der quantitativen Ästhetik.- 6.7 Ein Fazit am Schluß.- Literatur.- Namen- und Sachverzeichnis.
1 Komplexität und Entropie.- 1.1 Struktur und Ordnung.- 1.2 Was sind komplexe Strukturen?.- 1.3 Komplexität als Phänomen.- 1.4 Quantifizierimg der Komplexität.- 1.5 Thermodynamische Entropie.- 1.6 Statistische und informationstheoretisehe Entropie.- 1.7 Entropie und Vorhersagbarkeit.- 2 Selbstorganisation und Information.- 2.1 Entropie und potentielle Information.- 2.2 Entropie und Selbstorganisation.- 2.3 Zur Evolution der Informationsverarbeitung.- 2.4 Gebundene und freie Information.- 2.5 Strukturelle und funktionale Information.- 2.6 Pragmatische Information.- 2.7 Information und Kommunikation.- 2.8 Selbstorganisation durch Information in einem Agentenmodell.- 2.9 Kollektive Information.- 3 Informationstheoretische Maße.- 3.1 Nachrichten und Kommunikation.- 3.2 Informationsquellen.- 3.3 Das Shannonsche Informationsmaß.- 3.4 Dynamische Entropien.- 3.5 Sequenzen mit langem Gedächtnis.- 3.6 Bedingte Entropien und Komplexität.- 3.7 Kullback-Information und Transinformation.- 3.8 Rényi -Entropien.- 3.9 Thermodynamischer Formalismus.- 4 Dynamisch generierte Strukturen.- 4.1 Strukturen und Symbolsequenzen.- 4.2 Symbolische Dynamik.- 4.3 Stationarität und Ergodizität.- 4.4 Kolmogorov-Sinai-Entropie.- 4.5 Der Satz von McMillan.- 4.6 Die Feigenbaum-Route ins Chaos und Intermittenz.- 4.7 Selbstähnliche und intermittente Symbolsequenzen.- 4.8 Ein Komplexitätsvergleich.- 5 Entropie und Komplexität natürlicher Sequenzen.- 5.1 Symbolfolgen und Symbolische Dynamik.- 5.2 Blockentropie und bedingte Entropie.- 5.3 Maße für Komplexität und Vorhersagbarkeit.- 5.4 Das Fibonacci-Modell der Evolution komplexer Folgen.- 5.5 Analyse natürlicher Sequenzen.- 5.6 Struktur von Texten, Notenfolgen und Biosequenzen.- 5.7 Diskussion der Komplexität natürlicher Symbolfolgen.- 6Quantitative Ästhetik.- 6.1 Naturwissenschaft und Ästhetik: Fünf Standpunkte.- 6.2 Versuche einer quantitativen Ästhetik.- 6.3 Birkhoffs mathematische Theorie der Ästhetik.- 6.4 Statistische Analysen von Sprache und Stil.- 6.5 Informationstheorie und Ästhetik.- 6.6 Grenzen der quantitativen Ästhetik.- 6.7 Ein Fazit am Schluß.- Literatur.- Namen- und Sachverzeichnis.
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