home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ NetNews Usenet Archive 1993 #3 / NN_1993_3.iso / spool / bit / listserv / csgl / 2299 < prev    next >
Encoding:
Text File  |  1993-01-27  |  18.2 KB  |  358 lines

  1. Comments: Gated by NETNEWS@AUVM.AMERICAN.EDU
  2. Path: sparky!uunet!uvaarpa!darwin.sura.net!paladin.american.edu!auvm!VAXF.COLORADO.EDU!POWERS_W
  3. Return-Path: <@VMD.CSO.UIUC.EDU:POWERS_W%FLC@VAXF.Colorado.EDU>
  4. X-Envelope-to: CSG-L@vmd.cso.uiuc.edu
  5. X-VMS-To: @CSG
  6. MIME-version: 1.0
  7. Content-transfer-encoding: 7BIT
  8. Message-ID: <01GTZ5L7GJCI0000GU@VAXF.COLORADO.EDU>
  9. Newsgroups: bit.listserv.csg-l
  10. Date:         Tue, 26 Jan 1993 13:30:32 -0700
  11. Sender:       "Control Systems Group Network (CSGnet)" <CSG-L@UIUCVMD.BITNET>
  12. From:         "William T. Powers" <POWERS_W%FLC@VAXF.COLORADO.EDU>
  13. Subject:      Bushes; "Real" conference; GAIA stuff
  14. Lines: 342
  15.  
  16. [From Bill Powers (930126.0830)]
  17.  
  18. Rick Marken (930125.1500) --
  19.  
  20. RE: output and perception bushes
  21.  
  22. (reformatted:)
  23. >When people think of control theory, they think of set points
  24. >for scalars -- so if control theory is applied to arm lifting,
  25. >the tendency is to imagine that one control system should be
  26. >assigned to each scalar component of the vector output (each
  27. >muscle). But it is also possible to have a control system
  28. >controlling a scalar quantity that is a function of ALL
  29. >components of the output vector at  once -- a single scalar
  30. >number, p, can vary as the sum of 5 muscles tensions, for
  31. >example.
  32.  
  33. This is a very important insight. Any high-level control system
  34. necessarily makes use of many lower-level control systems at
  35. once, and its perceptions are a function of the individual
  36. control effects of all those systems, plus disturbances. Yet it's
  37. still a scalar perception, not a vector. It can only get bigger
  38. or smaller.
  39.  
  40. This brings to mind a passing comment by John Gardner, to the
  41. effect that all the degrees of freedom of a hardware system have
  42. to be specified. While this is true, it means only that all the
  43. degrees of freedom ARE somehow specified. This does not mean they
  44. are all controlled. You can hold out an arm and control its
  45. position in the vertical direction but not the horizontal
  46. direction. Someone pushing up or down will find that your arm
  47. resists, but if they push sideways the arm will simply give way.
  48. A mechanical system's state is always the consequence of all
  49. forces acting on it, but not all of those forces necessarily come
  50. from associated control systems.
  51.  
  52. So if a single control system's output affects 5 degrees of
  53. freedom of the environment, and the controlled variable is some
  54. weighted sum of those 5 degrees of freedom, the environment will
  55. be controlled ONLY in that respect. The variables can all change
  56. in uncountable ways, but the only CONTROLLED aspect of those
  57. changes will be the one that keeps the value of a function of the
  58. 5 variables at a reference level. Actually the output can affect
  59. far more than 5 degrees of freedom, and normally would. But only
  60. the five that are sensed matter, and even for those, only the
  61. particular function that creates the perception is under control.
  62. The environment remains unspecified in all other respects, which
  63. is to say that environmental disturbances are free to alter the
  64. state of the environment in all other respects.
  65.  
  66. To get a 5-df environment completely under control, it's
  67. necessary to have control in all 5 df. This can be accomplished
  68. by 5 scalar control systems, each of which controls a function of
  69. the 5 variables that is linearly independent of the other
  70. functions. Any one of these control systems allows certain kinds
  71. of variation in all 5 df, but all five systems together exert
  72. complete control over the 5 variables. Just how they do this may
  73. not be readily apparent to passers-by if all the control systems
  74. act by affecting all of the variables.
  75.  
  76. One of the logical errors that's easy to make in learning control
  77. theory is to suppose that because a particular state of the
  78. environment is observed to be involved in control of a higher-
  79. level perception, ONLY that state of the environment will result
  80. when the perception is controlled.
  81.  
  82. I've seen this in linguistics. In a top-down model, some global
  83. feature of a sentence is specified. This feature is then
  84. exemplified by some element of a specific sentence at a lower
  85. level. But why that sentence, and not a totally different one
  86. that is also an example of the higher form? In fact the detailed
  87. sentences used as examples vary all over the place, so there is
  88. clearly no constraint on which sentence is to be used as an
  89. example. This is a major problem for top-down models (at least as
  90. far as implementing them is concerned).
  91.  
  92. A control-theoretic model of language production works the other
  93. way: it selects sentences until one is found that can be
  94. PERCEIVED as having a certain form matching a specified form.
  95. None of the degrees of freedom of the sentence matter except the
  96. combination that results in satisfying the reference-form; in all
  97. other respects the sentence is free to vary. Any old words that
  98. can be perceived as an NP will satisfy the requirement that an NP
  99. appear in the final result in that position. But you can't go the
  100. other way: you can't write an algorithm that will start with the
  101. specification that a noun phrase be uttered, and come up with a
  102. specific utterable noun phrase. The specification "NP" doesn't
  103. care which noun phrase is found; therefore it can't specify ANY
  104. noun phrase.
  105.  
  106. You linguists out there have heard me harp on this before. So far
  107. you haven't dealt with the basic problem. It's part of the same
  108. problem that Rick is talking about.
  109. -------------------------------------------------------------
  110. Cliff Joslyn (930125.1746) --
  111.  
  112. >Are you trying to use CSG '93 as a "real" conference, with
  113. >submissions open to everyone, review of articles, proceedings?
  114. >If you're not big enough for that yet, do you aspire to be?
  115.  
  116. From my point of view that's what we're trying to avoid, if
  117. possible. It may not be possible forever. At "real" conferences,
  118. you have a couple of plenary sessions, but mostly all the
  119. special-interest groups go off into parallel sessions and never
  120. interact with anyone with different ideas. The review process
  121. serves mainly to assure that only approved dogma is discussed,
  122. and that people with good ideas but without specialized training
  123. are never heard from. And those that are heard from get up with
  124. set pieces to say, say them, and sit down, with scarcely a
  125. comment or question. There isn't time -- got to get on to the
  126. next paper. The result is that the audience (there are no
  127. participants) hears a paper spoken at about 1/4 the speed that
  128. they could have read it, provided they are still awake at the end
  129. of the session. Worst of all, at the plenary sessions, what do
  130. you get? You get the movers and shakers, the Important People,
  131. the Leaders, who stand up and put on a two-hour show, mostly
  132. repeating things that the people listening have heard and read ad
  133. nauseum for years. You don't get a graduate student standing
  134. before the whole assembly sharing the excitement about an
  135. experiment of his or her own devising that worked just
  136. beautifully, or throwing out a cockeyed idea to be shot down. The
  137. graduate student isn't important enough to merit a plenary
  138. session.
  139.  
  140. The success of our last eight CSG meetings has always rested on
  141. fragile grounds. The basic theme is participation by everybody in
  142. everything. All sessions are plenary, about 26 hours of them.
  143. Speakers are strongly discouraged from reading papers, but
  144. encouraged to bring enough copies to pass around so people can
  145. read them in the off time. The ideal presentation consists of
  146. someone giving a short (ten-minute) talk ABOUT the paper they
  147. want to present, and then opening up the floor for discussion,
  148. assuming that everyone who is interested has read the copy
  149. distributed on the first day. The time allotted to a speaker or
  150. group of speakers is one hour, usually, of which most of the time
  151. is spent in discussion with all the participants in the room.
  152. People will get up and take the podium or the blackboard to make
  153. a point, and then sit down. Conversations go in all directions.
  154. The speaker is not necessarily at the center.
  155.  
  156. Sometimes pandemonium results. Mostly it doesn't. I think that
  157. one reason it runs so well is that we don't "accept papers" or
  158. "review submissions." Instead, during the first session
  159. (Wednesday evening) we haul out a blackboard and schedule the
  160. meeting. The time blocks are drawn out on a calendar, and the
  161. chairman says "OK, who wants to talk about what, and when, and
  162. how long?" There is the whole time pie in front of everyone,
  163. clearly finite. As it gets sliced, it becomes apparent that not
  164. everyone can talk as long as he or she pleases, and that room
  165. must be left for latecomers and accomodations must be made for
  166. people who have to leave early, and so on. Often the schedule is
  167. revised during the meeting to reshuffle speakers, bring up new
  168. topics that have caught everyone's interest, and so on. The whole
  169. initial scheduling process takes less than half an hour.
  170.  
  171. The interesting thing about all of this is that everyone wants to
  172. hear what the others have to say. It's assumed that the people
  173. present understand control theory well enough not to be snowed by
  174. the discussions, but we make no distinctions in that regard.
  175. Somehow we have never had any serious problem with an ignorant
  176. newcomer going off on a tangent -- few people have tried that,
  177. and it's quite clear that the group won't put up with it anyway.
  178. Everyone is aware that this brief time together once a year is
  179. precious and that it's important to hear from as many people as
  180. possible, whether they're standing up in front at the podium or
  181. just holding forth from a corner of the room. There is great
  182. mutual respect shown, and even newcomers catch on fast, both as
  183. to the implied obligations and as to their implied right to speak
  184. up. There is absolutely no prestige in being a speaker; the
  185. speaker basically kicks off a discussion on a new subject. One
  186. year it turned out that I didn't speak at all (from the position
  187. in front of the group, that is). Most years I don't have much to
  188. present in any formal way, although I may have some remarks for
  189. guests at the beginning.
  190.  
  191. One reason for the success of the meetings, I think, is that we
  192. have adopted the Gordon Research Conference format. Morning
  193. sessions run from 9:00 AM to lunch, afternoons are totally free
  194. (no sessions), and there is an evening session from 7:00 to 9:00
  195. or whenever we get thrown out of the room. The bull sessions then
  196. continue through a large part of the night. You have no idea how
  197. welcome that afternoon off is (well, you do, Cliff, as you've
  198. been to Gordon conferences). Of course people congregate in the
  199. computer room for demonstrations, or in the auditorium for
  200. impromptu tutorials or expansions on talks for people who want to
  201. hear more details, or on the tennis court, or the hiking paths,
  202. or down the hill in Durango. None of that is scheduled; you do
  203. what you please in the afternoon. That's when the special
  204. interests can get together to talk shop.
  205.  
  206. I don't know what will happen to this way of running the meetings
  207. when more than about 50 people attend (the largest attendance so
  208. far, of real participants not counting guests, has been about
  209. 30). The Gordon Conferences invite about 100 people, and that is
  210. really straining the concept of having all plenary sessions. What
  211. the Gordon people have done is to run many conferences, limiting
  212. each to 100. Maybe that's what we'll have to do. I don't want to
  213. think about it; the way we do it now is so great that I hate to
  214. contemplate the end of it that will surely come. Unless someone
  215. comes up with an absolutely brilliant idea.
  216.  
  217. The one thing I DON'T want to see is a "scientific meeting." I've
  218. been to enough of those to have had my fill of boredom.
  219.  
  220. Hope you'll decide to come to the '93 meeting. Just register when
  221. the announcement comes out -- that's all the qualification you
  222. need. You certainly know enough about control theory to find the
  223. meeting interesting, and to contribute.
  224.  
  225. As to cross-posting, I'm of two minds. When people ask me about
  226. coming, I tell them that of course they're welcome, but they
  227. won't get much out of it unless they've done their homework on
  228. PCT. This isn't a meeting you attend to find a job or increase
  229. your prestige. Use your own judgment.
  230. --------------------------------------------------------------
  231. Greg Williams (930126) --
  232.  
  233. RE GAIA:
  234.  
  235. Good on George Williams. I had a heck of a time with Lovelock --
  236. he's one of those who adamantly rejects the concept of a "set
  237. point". His Daisyworld is characterized by two equations, one
  238. showing the dependence of temperature on the number of daisies,
  239. and the other showing the dependence of daisy proliferation on
  240. temperature. Plots of these equations intersect at a point, which
  241. is what Lovelock claims is all that is necessary for control of
  242. the variables.
  243.  
  244. Of course he's right -- but I couldn't convince him that the set
  245. point is inherent in his system, which is really a control
  246. system. Oh, well.
  247.  
  248. It occurs to me, now that you bring up the subject, that there is
  249. a way of getting a high-gain control system out of a lot of low-
  250. gain systems operating in parallel. An example is the real human
  251. arm control system. No one control loop can have much effect,
  252. operating through only one small muscle fiber. But when you put a
  253. lot of such systems together, all sensing the same force (by
  254. different paths) and all contributing a little to the same output
  255. force, the result is multiplication of the loop gain by the
  256. number of systems in parallel.
  257.  
  258. For GAIA-like concepts, you get a different version of this
  259. effect. Suppose that plants have tight control over, say, the
  260. oxygen concentration in the immediate vicinity of their leaves. I
  261. don't know how tight this control actually is, but let's pretend
  262. that it's perfect. Each plant keeps the oxygen tension at the
  263. surface of its own leaves at exactly the level it wants.
  264.  
  265. So a disturbance of that oxygen tension will be completely
  266. canceled by variations in the plant's oxygen output. But consider
  267. the oxygen tension 1 millimeter away from the leaf. Here, the
  268. oxygen tension is affected by disturbances, too, but is less
  269. affected by variations in the plant's oxygen output because of
  270. diffusion in three dimensions. So the oxygen tension 1 mm from
  271. the leaf would be less controlled than that right at the surface
  272. of the leaf.
  273.  
  274. We can see, then, that there is a field of control surrounding
  275. the plant, with oxygen tension showing less and less resistance
  276. to disturbance as we sample the air farther and farther away from
  277. the plant. For a packet of air at sufficient distance from the
  278. plant, we would see no resistance to disturbance at all.
  279.  
  280. Now, start increasing the number of plants. As the density of
  281. plants gets greater, the mean distance of any arbitrary packet of
  282. air at ground level from any plant decreases, and the amount of
  283. stabilization of oxygen tension increases. To put it another way,
  284. the net apparent loop gain for controlling the oxygen tension of
  285. any arbitrary packet of air increases as the density of plant
  286. distribution increases. At some packing, I would guess that
  287. control of all packets of air from ground level to some
  288. considerable altitude would be essentially as good as it is at
  289. the surface of each plant's leaves, and the loop gain would be
  290. about the same as that for a single plant controlling oxygen
  291. tension at the surface of its own leaves.
  292.  
  293. All of this leads to an interesting and disturbing conclusion. If
  294. this sort of GAIA-control exists, then the loop gain for
  295. controlling essential environmental variables depends on the
  296. number of plants. The problem is that we see very little effect
  297. on the behavior of a control system over very large changes in
  298. loop gain, as long as the minimum gain is high enough. So as
  299. disturbances increase, the opposing outputs of the individual
  300. control systems also increase to cancel the effects, and we see
  301. little change in the controlled variable. It looks as though the
  302. disturbances are ineffective, and it continues to look that way
  303. even through the number of control systems acting in parallel is
  304. drastically decreasing.
  305.  
  306. At some point, however, the loop gain will fall far enough to
  307. begin allowing the disturbances to have significantly larger
  308. effects. The unfortunate thing is that this will occur only when
  309. the whole composite control system is right at the point of
  310. complete failure. The fact that control is involved conceals the
  311. progressive failure of the system until there is no margin of
  312. safety left at all. At that point, a disturbance that could
  313. easily have been counteracted before now can drive the controlled
  314. variable far enough from its community-wide mean set point to
  315. result in immediate disaster.
  316.  
  317. Just think in terms of deforestation. As the forests of the world
  318. are burned and cut down, their contribution to control of CO2 and
  319. O2 levels decreases. The composite loop gain, however, is still
  320. high enough that our pouring of CO2 into the air still has only
  321. very small measured effects. However, the loop gain is dropping
  322. at the same time that the disturbance is increasing. Sooner or
  323. later control will begin to fade away, and when the gain gets
  324. down to 5 or 10, the growing disturbance will rapidly have more
  325. and more effect. Just plot G/(1+G) as G decreases from 100 to 1.
  326. By the time we start to see large effects, it will be much too
  327. late to do anything about them. And the effect of any large but
  328. still probable pulse of disturbance may already exceed the
  329. capacity of the GAIAn control systems.
  330. --------------------------------------------------------------
  331. Bruce Nevin (930126.0831) --
  332.  
  333. >... control systems of a given order (e.g. cells) are
  334. >necessarily oblivious to the means by which they implement ECSs
  335. >and their perceptual signals, hierarchies of perceptual
  336. >control, etc. in control systems of the next higher order (e.g.
  337. >animals and plants).  The same principle applies to the Gaia
  338. >hypothesis.
  339.  
  340. This is a nice principle. It probably has an essential
  341. relationship to the concept of mobile awareness, and the idea
  342. that you are never aware OF the level of control FROM which you
  343. view the lower levels of experience. Control systems at any level
  344. -- which you have extended down as far as they will go -- are
  345. necessarily oblivious to higher systems. The only indication that
  346. a higher system might exist is in the sense that some states of
  347. perceptions just seem "right." Is this the origin of the idea of
  348. conscience, or superego?
  349. -----------------------------------------------------------
  350. Bob Clark (930124 or so) --
  351.  
  352. You ask whether giving sympathy is an example of positive
  353. feedback. Sure it is. The more you get, the more you want.
  354. =============================================================
  355. Best to all,
  356.  
  357. Bill P.
  358.