Feedback loops 2

[ ] 07/11/2012

Mặc dù stocks và flows là điều kiện cần và đủ để sinh ra hành vi động lực (dynamic behavior), nó không phải là các khối duy nhất tạo nên hệ thống động lực (dynamicals system). Chính xác hơn, stock (trữ lượng) và flow (lưu lượng) trong thế giới thực là một phần của các vòng lặp phản hồi (feedback loops) và những vòng lặp phản hồi thường nối liền với nhau bởi các mối nối phi tuyến (nonlinear) thường gây ra những hành vi ngược với trực giác (counterintuitive behavior).

Từ quan điểm của system dynamics, một hệ thống có thể được phân loại (classified) thành một trong hai loại “mở” hay “đóng”. Các hệ thống mở có kết quả đầu ra (outputs) phản ứng lại (respond to) nhưng không ảnh hưởng đến đầu vào (input) của nó. Mặt khác, hệ thống đóng có đầu ra phản ứng lại với đầu vào và ảnh hưởng đến đầu vào. Như vậy, hệ thống đóng nhận biết được đặc tính và ảnh hưởng của mình trong quá khứ nhưng các hệ thống mở thì không.

Forrester lưu ý rằng việc phân loại của một hệ thống như là mở hoặc đóng cửa phụ thuộc vào quan điểm của người quan sát hệ thống. Ví dụ, một chiếc xe hơi sẽ được phân loại như là một hệ thống mở nếu nó không kiểm soát hành trình và đang được quan sát bởi một người lái xe, người đã không coi mình là một phần của hệ thống. Từ quan điểm này, số lần đạp vào chân ga (đầu vào) ảnh hưởng đến tốc độ của chiếc xe (đầu ra), nhưng tốc độ của chiếc xe không ảnh hưởng đến việc có bao nhiêu lần chân ga được nhấn xuống. Mặt khác, cùng một chiếc xe, được phân loại như là một hệ thống kín, nếu người lái xe tự coi mình là một thành phần của hệ thống. Trong trường hợp này việc nhấn chân ga ảnh hưởng đến tốc độ xe và tốc độ xe sẽ ảnh hưởng đến số lần người lái xe nhấn vào bàn đạp.

Cả hai loại hệ thống đều tồn tại trên thế giới, phổ biến và quan trọng nhất, cho đến nay, là những hệ thống đóng. Hình 1 minh họa vòng phản hồi của một hệ thống đóng bao gồm, theo thứ tự, một stock, một quy tắc quyết định kiểm soát sự thay đổi của flow. Hình 1 là phần mở rộng trực tiếp của một hình dạng stock và một flow đơn giản trước đó ngoại trừ phần liên kết thông tin được thêm vào để tạo thành một vòng lặp phản hồi. Trong trường hợp này, một liên kết thông tin “truyền” thông tin trở lại biến flow về trạng thái (hay “level – mức”) nước của biến stock. Những thông tin này được sử dụng để đưa ra các quyết định về việc làm thế nào để thay đổi xu hướng của dòng chảy.

Figure 1: Simple System Dynamics Stock-Flow-Feedback Loop Structure.

Điều quan trọng cần lưu ý là các thông tin về trạng thái của hệ thống được gởi ra bởi stock thường bị trì hoãn và/hoặc bị bóp méo trước khi nó đến flow (cái đóng vòng lặp và ảnh hưởng đến stocks). Hình 2 là một ví dụ cho thấy cấu trúc phức tạp hơn của một stock-flow-feedback loop, trong đó thông tin về stock bị trì hoãn trong stock thứ hai, tiêu biểu cho nhận thức của người ra quyết định của stock (Perceived_Stock_Level), trước khi được thông qua. Nhận thức của người ra quyết định sau đó bị thay đổi bởi một sự thiên vị để tạo thành ý kiến riêng của người đó về stock (tức là Opinion_Of_Stock_Level). Cuối cùng, ý kiến của người quyết định được so sánh với mức độ mong muốn của họ về stock, lần lượt, ảnh hưởng đến flow và làm thay đổi stock. Trong hình này, thiên vị của người ra quyết định cũng bị mô hình ảnh hưởng sau một sự chậm trễ đáng kể bởi nhận thức của họ về trạng thái mô hình.

Nếu phản hồi đóng vai trò cơ bản trong việc kiểm soát một hệ thống đóng thì một nguyên tắc quan trọng trong mô hình system dynamics có thể được phát biểu: Mỗi vòng lặp phản hồi trong một mô hình system dynamics phải có ít nhất một stock. Một vòng lặp phản hồi trong đó có một stock được gọi là một vòng lặp phụ (minor loop), trong khi có nhiều hơn một stock được gọi là vòng lặp chính (major loop).

Figure 2: More Sophisticated Stock-Flow-Feedback Loop Structure

Những hệ thống đóng được điều khiển bởi hai loại vòng lặp phản hồi: vòng lặp khẳng định (positive loops) và vòng lặp phủ định (negative loops). Vòng lặp khẳng định đóng vai trò tự củng cố các quá trình (reinforcing processes) trong đó một hành động tạo một kết quả mà kết quả đó lại tạo ra nhiều hành động hơn và do đó có nhiều kết quả hơn. Bất cứ điều gì có thể được mô tả như một vicious cycle (vòng luẩn quẩn, Vicious circle of poverty: vòng luẩn quẩn nghèo khó), virtuous circle: vòng xoáy đi lên đều có thể phân loại như một quá trình phản hồi tích cực. Nói chung, các quá trình phản hồi tích cực làm mất ổn định hệ thống và làm cho nó “run away – chạy xa” khỏi vị trí hiện tại. Vì vậy, nó chịu trách nhiệm về việc tăng trưởng hay suy giảm của hệ thống.

Từ vicious có nghĩa là xấu xa, độc ác, và circle nghĩa là cái vòng tròn. Người Mỹ dùng thành ngữ ‘vicious circle‘ để chỉ cái vòng luẩn quẩn, tức là một loạt những biến cố liên tiếp xảy ra khiến tình hình càng ngày càng tệ hơn trước. Từ virtuous có nghĩa là có đạo đức tốt, thành ngữ virtuous circle để chỉ vòng xoáy đi lên.

Mặt khác, những vòng lặp phản hồi phủ định (negative feedback loops) mô tả quá trình tìm kiếm mục tiêu bằng cách tạo ra hành động nhằm di chuyển hệ thống đến, hoặc giữ cho hệ thống ở một trạng thái mong muốn. Nói chung, quá trình phản hồi phủ định giữ ổn định hệ thống, mặc dù đôi khi có thể gây mất ổn định hệ thống bằng cách làm cho hệ thống dao động.

Positive loops

Vòng phản hồi dương là vòng phản hồi tự thúc đẩy, tự tăng cường lẫn nhau tạo thành một khuynh hướng, một xu hướng chung. A tác động lên B, B tác động trở lại A, A lại tác động lên B. Khi một con cừu hoảng loạn bỏ chạy, con cừu thứ 2 thấy con cừu thứ nhất bỏ chạy nên bỏ chạy theo, con cừu thứ ba thấy hai con cừu 1 và 2 bỏ chạy nên bỏ chạy theo,…

Video giải thích hàm tăng trưởng từ phút thứ 2:30

https://www.youtube.com/watch?v=kIQvBYOtgMg

Positive loops được biểu diễn như các hàm tăng trưởng như được minh họa trong câu chuyện hạt gạo trên bàn cờ vua.

Thời cổ đại, nước Ấn Độ có một vị vua rất ham chơi, nhà vua hay cùng các quan đại thần nghĩ ra những trò chơi trí tuệ. Ai nghĩ được trò chơi hay, liền được nhà vua trọng thưởng hậu, có khi còn được phong quan tước rất cao.

Một lần, có một vị quan trẻ tuổi nghĩ ra một trò chơi mới lạ, là cái bàn cờ vua có 64 ô vuông. Trò chơi thú vị vô cùng, thiên biến vạn hóa, càng chơi càng thích thú và hấp dẫn, lại rất có ích cho việc rèn luyện nhân cách và trí tuệ. Nhà vua chơi mãi không biết chán, liền cao hứng muốn thưởng thật lớn cho người phát minh ra nó. Nhà vua liền hỏi viên quan trẻ tuổi.

Trò chơi do nhà ngươi nghĩ ra, quả thật mới và rất hay. Nhà ngươi muốn được thưởng như thế nào. Trẫm nhất định sẽ đáp ứng yêu nguyện vọng của nhà ngươi một cách xứng đáng !

Viên quan trẻ tuổi kia nói không thích vàng bạc hay châu báu, cũng không muốn được phong chức tước hay lãnh địa. Viên quan tâu với nhà vua “ Thần chỉ xin bệ hạ thưởng cho bằng những hạt lúa”.
Nhà vua nghe thất vậy, liền cười ha hả, hỏi : nhà ngươi cần bao nhiêu lúa. Trẫm chấp nhận đáp ứng yêu cầu của nhà ngươi!

Viên quan liền tâu : Bẩm, trên bàn cờ tướng có 64 ô vuông. Bây giờ xin bệ hạ sai người, trong ô thứ nhất bỏ vào một hạt lúa. Ô thứ hai bỏ vào 1 + 1 = 2 hạt, ô thứ ba bỏ vào 2 + 2 = 4 hạt. ô thứ tư bỏ vào 2 x 2 x2 = 8 = 23 hạt, cứ như vậy đến ô cuối cùng. (Tức là ô sau sẽ gấp đôi ô trước)

Nhà vua nghĩ, mỗi hạt lúa bé tí tẹo, cái bàn cờ có 64 ô cũng bé tí tẹo, theo cách mà viên quan trẻ đề nghị, thì cùng lắm chỉ tốn vài trăm ký lô gam lúa là cùng, không vấn đề gì. Vì thế vua phán bảo quan coi kho lương : “ Nhà ngươi đi mang mười bao tải lúa lại thưởng cho người kia !”

Khi quan coi kho lương tính lại số hạt lúa phải giao cho người được thưởng, bỗng cả mặt biến sắc, vội tâu với nhà vua.

Bẩm bệ hạ, số lúa thưởng cho người kia không phải chỉ là hàng chục bao tải lúa đâu ạ! Mà có lẽ toàn bộ lương thực của cả Vương quốc thu hoạch trong một năm cũng không đủ để thưởng cho anh ta.

Ví dụ về sự hoảng loạn của bầy cừu. Khi một con cừu hoảng loạn bỏ chạy, con cừu thứ 2 thấy con cừu thứ nhất bỏ chạy nên bỏ chạy theo, con cừu thứ ba thấy hai con cừu 1 và 2 bỏ chạy nên bỏ chạy theo,…

Dân số thế giới là những vòng lặp tự thúc đẩy lẫn nhau (hàm tăng trưởng)

Số lượng người tham gia Facebook theo thời gian cũng là một vòng lặp tự thúc đẩy lẫn nhau, khi một người tham gia FB thì sẽ lôi kéo bạn bè họ tham gia, khi bạn bè họ tham gia thì sẽ lôi kéo thêm những người bạn khác tham gia.

GDP Mỹ là một hàm tăng trưởng

Negative loops

Vòng phản hồi âm là vòng phản hồi cân bằng (balance). Ví dụ khi iPhones càng bán ra nhiều thì càng tiến gần đến độ bão hòa của thị trường, do đó doanh số bán iPhones không thể tăng trưởng mãi. Các hệ thống luôn có giới hạn của sự tăng trưởng (limit of the growth).