Mannschaftswettbewerb Informatik Klasse 11

1999

 

Aufgabenstellung

 

 

 

Das vorliegende Exzerpt liefert einen vielfältigen und ideenanregenden Hintergrund für die Gestaltung von Simulationsmodellen. Für einen Mannschaftswettbewerb Informatik wollen Sie eine dreigliedrige Aufgabe formulieren, die folgenden Randbedingungen genügt:

1.      Das Material sollte anschaulich erweitert bzw. auf Anwendungen übertragen werden (Der Phantasie sind keine Grenzen gesetzt!).

2.      Die Aufgabe sollte in ca. 3 Stunden praktisch realisierbar/programmierbar sein.

3.      Der Anschluß der Simulation an weitere Teilbereiche des informatorischen Aufgabenlösens ist wünschenswert.

4.      Für die tiefe theoretische Durchdringung sollten anspruchsvolle Datenmodelle verlangt werden.

5.      Die Programmierbasis ist ein MS-DOS-Computer höchstens 486er mit der Sprache Turbo-Pascal in der Version 6.0.

 

 

Teil I               Modellierung

 

Bearbeiten Sie das Textmaterial und versuchen Sie, eine geeignete Aufgabenstellung zu finden. Geben Sie dabei mögliche Denkrichtungen, Datenmodelle und Verfahren möglichst exakt in einem Text wieder.

Drucken Sie den Text aus!

 

Teil II              Programmierung

 

Bearbeiten Sie den Text Ihres Vorgängers und versuchen Sie, Teillösungen zu realisieren. Gehen Sie dabei von den Vorgaben ihres Partners aus, ohne Sie zu modifizieren. Die Teillösungen können sich auf Verfahren oder die Datenmodelle beziehen. Erstellen Sie eine Demoversion der Teillösungen und kommentieren Sie Ihr Programm.

Drucken Sie das Programm aus!

 

Teil III            Dokumentation

 

Begutachten Sie das Arbeitsmaterial Ihrer Vorgänger. Stellen Sie gegebenenfalls die Demoversion noch fertig. Formulieren Sie die Aufgabenstellung für den Wettbewerb aus (inkl. Hinweisen, Einführungsgeschichte, etc.)

Drucken Sie die komplette Aufgabenstellung aus!

 

 


 

Einführung in die PsychoHistorik (nach Michael F. Flynn)

 

Kinematic des sozialen Verhaltens

 

1. Ökozonen

Regionen, die für bestimmte Lebensweisen attraktiv sind. Man lege ein feines Gitter über eine Landschaft und färbe jene Quadrate ein, deren Nachbafilename rquadrate ähnliche Vorteile gegenüber den restlichen Gebieten aufweisen. Z.B. Küsten-Ökozone: Alle Quadrate die an einer Küste liegen.

 

2. Siedlungsbildung

Ausgehend von einer abstrakten Landschaft und einer Funktion a,  welche die Bevölkerungsdichte in jeder Koordinate definiert, wirken zwei entgegengesetzte Kräfte:

1) eine Vorliebe für Standorte mit geringer Bevölkerungsdichte

2) eine Affinität p für Standorte, die positive Verstärkungen versprechen (z.B. Zugang zu fruchtbaren Boden)

Die beiden Gradienten wirken als positive und negative Attraktoren.Der Geburt-Tod-Prozeß gleicht unter diesen Annahmen einer chemischen Diffusions-Reaktion.

 

3. Topologische Netzwerke

Die durch oben beschriebene Prozesse entstandenen Siedlungen bilden Knoten eines topologischen Netzwerkes. Die Knoten mit der größten Konnektivität sind die Hauptstädte.

 

4. Zivilisatorische Interaktion

Das Ausmaß des Verkehrs und anderer Kommunikation läßt sich durch die Formel

            I = C(m1m2)/dk

beschreiben. Die Masse m ist eine Funktion von Population und Wohlstand, wohingegen die Distanz d die Zeit und die Energie bezeichnet, deren es bedarf, um zwischen zwei Orten zu reisen. Der Faktor k ist ein Maß für die politischen und ökonomischen Grenzen (z.B. für Aztekenzeit in Mexico-City k=1,9).

 

5. Zentralplatz-Theorie

Waren besitzen minimale und maximale Reichweiten. Dies sind Entfernungen, die Menschen bereit sind,  zurückzulegen um eine Ware zu kaufen/ verkaufen. Daraus ergibt sich eine Hierachie von Marktflecken, die in einer idealisierten Landschaft ein Gitter sich durchdringender Hexagone bilden (Christaller-Gitter). Jede höhere Ordnung K schließt zusätzlich Teile der benachbarten untergeordneten Marktflecken ein. Dabei verhalten sich die Flächen 1:K.

 

AXIOM: Menschliche Gesellschaften sind homöostatische Systeme.

 

Unterliegen den Gesetzen des logistischen (begrenzt exponentiellen) Wachstums.

Rashevski-Modell:  Wenn ein neues Verhalten auftritt, ist dies ein Anreiz, es zu imitieren. Die Stärke des Anreizes hängt von drei Faktoren ab:

            X             der Zahl der Tuer („Mama, das tun doch alle!“)

            Ax            den Überredungs-(Zwang-) Ressourcen der Tuer („Na stellt euch nicht so an, seid ihr etwa

feige?“)

            A            der angeborenen Imitationsbereitschaft der Population

Eine Gruppe X0 vertritt ein Verhalten B, eine Gruppe Y0 vertritt Nicht-B. Dann ergibt sich für das Modell

( Ax X0 – Ay Y0 )/ A  ein Verhältnis, das im Falle eines Überschreitens eines Wertes C für B spricht, im Falle des Unterschreitens von –C gegen die Übernahme von B. Im verbleibenden Fall entsteht ein bipolares Gleichgewicht, das vom Schmetterlingseffekt abhängig ist.

Wichtig: Das Gleichgewichtssystem kann sich während der Entwicklung verändern!

 

Die Biologie der Geschichte

 

Sämtliche lebende Systeme verarbeiten Informationen. Biologische Systeme benutzen Gene, zivilisatorische Systeme verwenden Sprachen. Der Informationsgehalt wird als Komplexität bezeichnet. Während nichtlebende Systeme an Komplexität verlieren (Entropie), können lebende Systeme komplexer werden (Evolution).

 

 

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Meme sind die kulturelle Analogie zu den Genen und werden durch „elementare Ideen“ repräsentiert (Fakten, Sprichwörter, Slogans). Meme gedeihen und sterben gemäß ihrer Nützlichkeit und ihrer Attraktivität. Sie pflanzen sich durch Imitationen (mimesis) von Gehirn zu Gehirn fort. Sie induzieren erlerntes Verhalten.

Ist ein Teil p der Gesellschaft infiziert mit einem Mem, so besteht die Wahrscheinlichkeit K, daß der Nicht-Tuer sich mit dem Verhalten ansteckt à dp/dt =kp(1-p). Ist hingegen das Mem in einer zentralen Informationsquelle verfügbar, so ist mit einem beschränkten Wachstum zu rechnen. Aus der Sicht des Individiums kann die Mem-Verbreitung deshalb auch mit einer Virenseuche verglichen werden.

Meme haben aber auch räumliche (geographische) Ausbreitungsgeschwindigkeiten, die als Funktion w² ausgedrückt werden kann, wobei w das Produkt aus der Geschwindigkeit und der Kapazität der Transporttechnik ist. Regionen mit einer hohen spezifischen Küstenlinie (Verhältnis aus Küsten- + Fluß-strecken / Landfläche) sollten bei gleichen anderen Parametern, höhere Raten der kulturellen Entwicklung haben, sobald eine bestimmte Bevölkerungsdichte erreicht ist (ähnlich einer kritischen Masse einer Nuklearreaktion).

In der Kommunikation werden vertraute Meme wiederholt übermittelt und verstärkt als auch gelehrt. Dies dient der Fortpflanzung des kulturellen Erbes. Dabei treten zuweilen Mutationen auf (Stille-Post-Prinzip) oder es erscheinen völlig neue (abartige) Meme. Diese werden entweder vom Immunsystem abgestoßen oder führen zu einer Akkomodation des Systems und werden somit akzeptiert. Die Akzeptanz /Abstoßung hängt vom Mem selbst ab.

Jedes Verhalten besitzt einen Energie- und Zeitaufwand. Es kann durch die Reaktionen des physischen und sozialen Umfeldes verstärkt werden. Es gibt natürliche und anerzogene Verstärker (z.B. Geld). Die drei minimalen natürlichen Verstärker sind a) Essen , b) Fortpflanzung und c) Liebe/ Anerkennung.  Neuerlich zeigt sich ein vierter wesentlicher Verstärker d) die geringste Mühe.

Verhalten werden aber ebenso durch Tendenzen der Gesellschaft, die Meta-Ebenen, bestimmt, und außerdem wirkt die Individualität der Individuen. Die Verhaltens-Infrastruktur einer Gesellschaft besteht aus den Methoden der Produktion und der Reproduktion. Die Produktion richtet sich auf den Verstärker a), die Reproduktion auf den Verstärker b). Die Infrastruktur ist die Schnittstelle zwischen Kultur und Natur. Die materiellen Grenzen der Physik und der Biologie setzen sich dort mit den kulturellen Praktiken auseinander, die darauf abzielen, sie zu überwinden.

Wenn die infrastrukturellen Umstände nicht stimmen, wird ein Mem sich nicht ausbreiten, ganz gleich wie hoch seine Akzeptanz ist. Aber Meme können auch zu späteren Zeitpunkten erneut auftreten. „Wenn die Umstände stimmen, werden große Ideen gedacht werden.“

Grundaxiom der zivilisatorischen Evolution: Zivilisationen entwicklen sich durch natürliche Selektion, wobei sie sich auf Meme stützen, um den biophysischen Nutzen der Individuen zu maximieren.

Für Populationen gilt, daß die Fähigkeiten der Reproduktion größer sind, als die Möglichkeiten der Produktion für die Replikanten. Daraus folgt eine fortwährende Ressourcenknappheit, die zu einer zivilisatorischen Kraft wird. Die Aufteilung der Ressourcen ist in jeder Population durch verschiedene Spezies bestimmt. Man unterscheidet schmale Nischen (z.B. Eichhörnchen) und breite Nischen (z.B. Bären). Ein Lösungsansatz findet sich im Räuber-Beute-Verhältnis, das zu einer Ressourcenumverteilung beiträgt. Die Nischengröße relativ zur Ressourcenbasis bestimmt die Größe einer Populationsart.

In der kulturellen Evolution sind allerdings (im Gegensatz zur biologischen) bei anhaltender Ressourcenknappheit die Spezies in der Lage die Nischen zu wechseln.

Die Familiengröße einer Spezies ist die Differenz zwischen den biophysischen Ressourcen, die von den Eltern benötigt werden, um ihren Lebensstil zu erhalten, und der biophysischen Investition, derer es bedarf Kinder aufzuziehen à  N~(R – P) / C  (N...durchschn. Kinderzahl, R ...verfügbare Ress., P ..Res.bedarf der Eltern, C...Kostenaufwand für ein Kind).

Das Bevölkerungswachstum wird durch Einschränkungen der Fortpflanzungsprivilegien (z.B. Zölibat, Pille, Heiratslizenzen) und durch Abschöpfung des Überflusses (z.B. Abtreibung). Jede zusätzliche Ressourcenproduktion führt jedoch zu vermehrtem Bevölkerungswachstum. Daraus folgt eine stetige Verarmung der Gesellschaft, einer Überfüllung der mittleren und oberen Klassen, eine Selbstsüchtigkeit noch so sozialer Machthaber, Unruhen (ausgehend von den mittleren Klassen) und fortwährend neue Sparpläne. Ein Gegenmittel ist die Expansion durch Handel, hier können freie Fremdressourcen genutzt werden. Sollte dies auch nicht genügen, so ist der Krieg ein wesentliches Mittel neue Ausgangsbedingungen zu schaffen. Dabei ist der Aggressor logischerweise (nach bisher Gesagtem) ein gutsituiertes, dicht besiedeltes und in vielen Bereichen stark wachsendes Land mit hohem Pro-Kopf-Einkommen und hohem Lebensstandard. Die Verteidungsfähigkeit der Länder hängt nun von der Flexibiltät der technischen Entwicklung und der Imitationsfähigkeit des Landes ab.