Una nuova Guerra Civile

autoinvestebiciTitolo esagerato? Non proprio.

Lo sapete già: il campione di motociclismo Nicky Hayden non ce l’ha fatta. Investito da una automobile mentre si allenava in bicicletta, è morto dopo alcuni giorni di coma.

Anche lui vittima della guerra civile in corso tra automobilisti e ciclisti, ma che vede vittime solo da un lato. Eh già, perché sembrerebbe proprio che chi si mette alla guida di una automobile non riesca a comprendere che a morire è sempre e solo la parte più debole.

E, purtroppo, non è una opinione personale. I dati ISTAT provvisori 2015 parlano chiaro: pedoni e ciclisti muoiono ogni giorno sulle strade. Sempre, invariabilmente, uccisi da automobili.

Il rapporto ISTAT sui dati della mortalità stradale nel 2015 restituisce un quadro letteralmente da guerra civile. Su 173.892 incidenti stradali con lesioni, ben 3419 morti e 246050 feriti. Un quadro a dir poco drammatico, considerando che, per la prima volta dal 2001, cresce il numero di vittime, con un aumento dell’1.1% su base annua.

Anche il grafico seguente parla chiarissimo:

incidentiauto_2015
I cosiddetti utenti vulnerabili della strada, cioè pedoni, bici, ciclomotori e motocicli hanno un indice di mortalità altissimo. Ogni volta che accade un incidente che coinvolge un pedone, questo ha il 3.07% di probabilità di morire. Superiore alla motocicletta e al motorino, rispettivamente 1.8% e 0.84%. Alle biciclette non va meno bene: 1.43 morti ogni cento incidenti. Un quadro drammatico che vede, tra i morti sulle strade, oltre il 50% di utenti vulnerabili.

Ciò che va assolutamente compreso è che ad uccidere sono sempre e solo le automobili. Spesso giustificando i propri comportamenti con luoghi comuni, del tipo che i ciclisti vanno in coppia sulle strade, che frequentano strade pericolose, che mettono in atto comportamenti scorretti. Vero, ma non è motivo sufficiente per mettere in atto comportamenti che aumentano il rischio di incidente.

Basta farsi un giro sui Social Network per cogliere in pieno tutta la drammaticità e la pericolosità di questo modo di approcciare la strada. Questo commento li riassume tutti:

Tandem_colombo_bici
E’ un utente Facebook che, infastidito dalla presenza di un tandem, pensa bene di scattare una fotografia col cellulare dal posto del guidatore, a semaforo verde e veicolo in movimento. Violando così il codice della strada ma, soprattutto, mettendo in grave pericolo proprio il tanto vituperato ciclista. Che, poi, in questo caso specifico si tratta di una coppia, una disabile non vedente e la sua guida, che si allenano sul loro tandem giallo canarino per le gare amatoriali, con tanto di gruppo a supporto, ben visibile nell’immagine.

A poco vale l’invito stampato sulla maglia della cicilista, di tenersi ad un metro e mezzo, vista la vicinanza e la pericolosità della situazione in cui è scattata questa immagine. L’immagine sulla destra è solo una delle centinaia che ho raccolto dalla telecamera che porto in mountain bike. Sebbene io stia rigidamente incollato sulla striscia bianca del lato destro della carreggiata, su una strada con limite a 50 km/h, due automobili sfrecciano nel senso opposto a velocità sostenuta, mentre una mi sfiora, superandomi a velocità folle. Andavo circa a 28 km/h, la velocità del veicolo che mi ha superato è stimabile sui cento ed oltre.

Provate a chiedere ad un automobilista della morte di Hayden, vi dirà che se l’è cercata, perché non si è fermato allo stop. Questi esempi sono emblematici, perché l’idea che il ciclista se la cerchi e che, per questo, meriti di morire, non si sa per quale arcano meccanismo, fa sentire gli automobilisti in diritto di mettere in atto comportamenti pericolosissimi, che aumentano la probablità di incidente e mietono vittime tra gli utenti della strada.

E, infatti, si muore.

 

-> Vai ai dati ISTAT 2015 

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Il Fidget Spinner è mania: contrabbandato come antistress è in realtà un notevole giocattolo didattico

fidget-spinner-a-tre-punte-neroLo avrete visto in tutte le salse in giro per il web e sui canali di informazione ufficiali: giornali e siti web non fanno altro che parlare del Fidget Spinner, quella trottola portatile che gira vorticosamente su sé stessa. Puntuale come le tasse e la morte, arriva l’invenzione che ne rende appetibile la notizia da spendere sui media: si tratterebbe di un giocattolo antistress.

Tanto e tale il battage su questo punto, che nell’epoca del giornalismo a cottimo con articoli pagati cinque euro, incredibile ma vero, sembra che nessuno si accorga che il Fidget Spinner è un giocattolo didattico molto particolare.

Erede moderno della trottola, il giocattolo è costruito in modo tale da girare vorticosamente su un cuscinetto a sfere centrale, con tre pesi in metallo disposti su raggi a centoventi gradi, e materiale plastico ad unire il tutto.

Ed è veramente meraviglioso vedere come ci si butti a pesce, nell’era della post-informazione, su un giocattolo non curandosi, completamente, di come realmente sia fatto e accodandosi alla massa continuando a parlare a vanvera di anti-stress, di strumento che favorisce l’attenzione. E sono proprio le testate giornalistiche “ufficiali” a prendere gli scivoloni più clamorosi, con articoli fantasiosissimi dove è assimilato talvolta ad uno yo-yo, talaltra a una trottola elettronica e in un caso i tre pesi arrivano persino  a diventare eliche.

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Ma la cosa più incredibile è che nessuno, dico nessuno, sembra accorgersi del potenziale didattico del Fidget Spinner. Andiamo dritti al punto, per poi fare un passo indietro e spiegarci meglio: è uno dei rarissimi oggetti in grado di rappresentare, in modo visibile e sperimentabile, la conservazione del momento della quantità di moto.

Si tratta essenzialmente del principio fisico su cui si regge il funzionamento del giroscopio, lo stesso della cara, vecchia, trottola. Con la differenza che, essendo governabile con le mani, consente di sperimentare la conservazione di questa quantità giroscopio
fisica in modo estremamente diretto.

Ma andiamo con ordine: alla fine di questo articolo sono disponibili diversi articoli in cui abbiamo trattato in modo approfondito gli aspetti legati alla conservazione in fisica classica, meritano sicuramente una visitina. Detto questo, giocando col Fidget Spinner, e con una trottola in generale, ci si accorge presto che l’oggetto è molto stabile una volta che viene posto in rotazione.trottola

Ci siamo occupati a più riprese del principio di conservazione, che verte su un concetto semplice, anche immediato:

un sistema tende a resistere al cambiamento tanto maggiore è l’energia che ne caratterizza lo stato corrente.

Questa proprietà dei sistemi fisica va sotto il nome di inerzia.

Il Fidget Spinner, la trottola, gli strumenti giroscopici di un aeroplano (l’orizzonte artificiale), le ruote di moto e bici garantiscono tanta più stabilità quanto più:
– sono pesanti
– ruotano verticosamente
– hanno pesi dislocati su bracci lunghi

Abbiamo già trattato della quantità di moto, e della sua conservazione e visto ch220px-Momento_angolaree è pari a massa per velocità: mv (vedi link di approfondimento a fine post). Quando il corpo ruota con velocità uniforme con raggio di rotazione r e velocità angolare w, la velocità tangenziale diventa v = wr.

Il momento della quantità di moto è dato da un prodotto vettoriale: L=r x mv, ove r è il
raggio di rotazione. Nel caso specifico il calcolo si semplifica grazie alla ortogonalità tra il raggio di rotazione r e la velocità tangenziale v e diviene semplicemente rmv. Ma v è pari ad wr e quindi, una volta attaccata una massa m ad un braccio lungo r, il contributo al momento angolare totale è proporzionale alla massa m e al quadrato del braccio r^2. Abbiamo visto che se facciamo ruotare il tutto con velocità angolare w, questa funge da ulteriore componente moltiplicativa. Totale? Nientemeno che mwr^2.

Questo video del MITMassachussets Institute of Technology di Boston, mostra lo stesso effetto applicato ad una ruota di bicicletta:

Il video dimostra come, facendo ruotare una pesante ruota per bicicletta su una pedana girevole, tutto il sistema tende a reagire al cambio di orientamento del piano di rotazione della ruota conservando il momento della quantità di moto totale, ponendosi in rotazione attorno al proprio asse. Il risultato è sorprendente.

Abbiamo qundi, come anticipato:
– proporzionalità alla massa m
– proporzionalità alla velocità angolare w
– proporzionalità al quadrato del raggio di rotazione r^2

Il momento della quantità di moto  mwr^2, che va anche sotto il nome di momento angolare, ha la interessante proprietà di conservarsi. Attenzione che si tratta di un vettore, e non di un numero puro, il che vuol dire che il Fidget Spinner resiste a cambiare asse di rotazione tanto più gira veloce.

Ed è il principio fisico che lo rende così stabile: i tre pesi connessi al braccio centrale hanno proprio questo prezioso ruolo. Il punto è che per sperimentare la conservazione del Noether_Emmy_4momento della quantità di moto dovremmo normalmente ricorrere ad esperimenti complessi o pericolosi da fare con i ragazzi, come ad esempio metterci in rapida rotazione su una sedia stringendo ed allargando le braccia, o correre a perdifiato in bici o in moto.

Il Fidget Spinner è interessante come gioco didattico perché consente di comprendere una legge fisica altrimenti troppo complessa da sperimentare. E, per rincarare la dose rispetto ai giornalari che hanno saputo parlare solo di anti-stress, vi invito a leggere la storia di un grande fisico donna, Emmy Noether, che scoprì – in isolamento e contro tutti e tutto in una situazione di grande discriminazione – la relazione che intercorre tra simmetria e conservazione.

-> Vai alla storia di Emmy Noether

-> Vai all’approfondimento sulla conservazione del momento angolare nel sistema solare 

-> Vai all’approfondimento sulla conservazione dell’energia

->Vai all’approfondimento sulla conservazione della quantità di moto

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Logica al calcolatore: il Puzzle di Einstein

EinsteinRiddleTenetevi pronti, che nell’epoca dei Social Network e di Ugo Qualunque stiamo per essere invasi dall’ennesimo quesito “solo per veri geni”. Sta già dilagando su WhatsApp e arriverà prestissimo su Facebook, quindi meglio prepararsi per tempo.

Va però ammesso che il nuovo tormentone  è interessante perché riporta in auge il tema della logica del primo ordine, nonché dei problemi basati su restrizione di uno spazio di ricerca attraverso proprietà specifiche dei dati imposti in forma di assiomi.

Va da sé che il ciarpame che gira nei Social è rarissimamente innovativo e, quasi sempre, è frutto di un riciclo di cose talmente vecchie da essere riconducibili tranquillamente all’era pre-internet. E così è anche in questo caso.

Ma andiamo con ordine: il “quiz per veri geni” che sta girando in questi giorni va sotto il nome di Puzzle di Einstein, perché si vuole che sia stato inventato dallo stesso genio tedesco. Ovviamente così non è, anche perché Einstein era un fisico e non un logico. Il puzzle è disponibile in innumerevoli versioni, come vuole la palta da Social Network, tutte equivalenti. Noterete infatti che quella dell’immagine di apertura in inglese è diversa dalla seguente, tratta da Wikipedia in Italiano:

In una strada ci sono 5 case dipinte in 5 colori diversi. In ogni casa vive una persona di differente nazionalità e ciascuno dei padroni di casa beve una bevanda diversa, fuma una marca di sigarette diversa, tiene un animaletto diverso. Le case sono disposte in ordine dalla prima alla quinta, e valgono i seguenti indizi:

  1. L’inglese vive nella casa rossa.
  2. Lo spagnolo è proprietario del cane.
  3. Il caffè è bevuto nella casa verde.
  4. Il tè è bevuto dall’ucraino.
  5. La casa verde è immediatamente a destra della casa avorio.
  6. Il fumatore Old Gold possiede lumache.
  7. Le Kool sono fumate nella casa gialla.
  8. Il latte si beve nella casa in mezzo.
  9. Il norvegese vive nella prima casa.
  10. L’uomo che fuma Chesterfield vive nella casa accanto all’uomo con la volpe.
  11. Le Kool sono fumate nella casa vicino a quella dove si tiene il cavallo.
  12. Chi fuma le Lucky Strike beve succo d’arancia.
  13. Il giapponese fuma Parliament.
  14. Il norvegese vive vicino alla casa blu.

Chi beve acqua e chi possiede la zebra?

Come non ricordare la meravigliosa collana di libri di Martin Gardner, “Enigmi e Giochi Matematici”? Ecco, questo problema è risolvibile tranquillamente mediante un processo enigmigiochivol2puramente meccanico, che di geniale ha veramente poco. Va detto che il genio sta nell’ideare il processo, ma questa – si – è materia per pochi.

In “Enigmi e Giochi Matematici vol. 2”, il capitolo 11 “Logica Ricreativa”, racconta proprio come questo genere di giochi sia stato in gran voga ai tempi del brillante enigmeista inglese Henry Dudeney, ma anche ampiamente praticato da Lewis Carrol, che vi si dilettava non poco. Vi invito a rileggerlo.

Ecco il problema di Dudeney:

1. Smith, Jones e Robinson sono ingegnere, frenatore e fuochista di un treno. Sul treno ci sono però anche tre signori dallo stesso nome, identificati come Sig. Smith, Sig. Jones, Sig. Robinson. E non sono gli stessi dei primi tre.
2. Il Sig. Robinson vive a Los Angeles.
3. Il frenatore vive ad Omaha.
4. Il Sig. Jones ha dimenticato l’algebra imparata alle superiori.
5. Il passeggero che ha lo stesso nome del frenatore vive a Chicago.
6. Il frenatore ed uno dei passeggeri, un eminente fisico, frequentano la stessa chiesa.
7. Smith batte il fuochista a biliardo.

Chi è l’ingegnere?

Entrambe i problemi sono in realtà di logica matematica, e vanno affrontati attraverso un processo di mutua esclusione. Il problema di Dudeney si risolve scrivendo due tabelle di associazione nomi di persone e professioni, nomi di persone e città di residenza.

Il problema è formulato in modo tale che una persona possa vivere in una sola città ed esercitare una sola professione. Quindi, nelle tabelle dobbiamo scrivere V per “vero” in una sola casella di ciascuna riga mentre per il resto delle caselle della stessa riga e colonna scriveremo F per “falso”, ecco le tabelle da riempire tratte dal libro di M. Gardner:

smithjonesrobinson_gardner

Procedendo in modo iterativo, quindi ripassando su tutti i dati a turno, è possiblie man mano riempire le due tabelle in modo che vi sia un solo V per riga e colonna e, per tutte le altre, F. Quindi, se in una riga rimane un solo spazio libero in mezzo a tutte F, quello sarà il fatto necessariamente vero da marcare con V. Viceversa, marcando con V un fatto, tutti gli altri della stessa riga e colonna vanno marcati con F. Dopo pochi passaggi si ottiene la soluzione cercata. Un processo semplicissimo da implementare in un calcolatore elettronico.

Quindi, se volete dilettarvi con il presunto puzzle di Einstein, basta scrivere stavolta non due ma cinque tabelle, rispettivamente Casa / Colore, Casa / Nazionalità, Casa / Bibita, Casa / Animale, Casa / Sigarette.  Le Case vanno numerate da 1 a 5, in modo da avere l’informazione della posizione: case contigue avranno numeri contigui.

E, così, entrare nel novero dei “veri geni”. Ma, con buona pace dei Social Network, la cosa veramente interessante è che questo processo – a tutti gli effetti di deduzione – è implementabile  al calcolatore. Ed è la porta verso i sistemi sistemi esperti, ovvero applicazioni in grado di ragionare autonomamente.

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Dallo Strutturalismo al Deep Learning al calcolatore

originalOrmai diverso tempo addietro abbiamo parlato del linguista svizzero Ferdinand de Saussure, padre dello strutturalismo. Secondo Saussure, un termine ha significato di per sé indefinito, ma lo acquisisce dalla rete di relazioni con i termini che figurano, sistematicamente, nel suo contesto.

La scienza medica e la psicologia cognitiva non hanno ancora fornito una spiegazione sul modo in cui il cervello umano impara, o definisce, i significati dei termini o dei segni in generale. La tesi di Saussure è interessante perché apre la strada all’ipotesi che siano gli schemi specifici in cui appaiono i segni a definirne il significato.

Fu proprio Saussure a proporre il Triangolo Semiotico come mezzo illustrativo del cosiddetto processo di significazione, in cui segno, significato, significante e referente concorrono alla comunicazione attraverso schemi condivisi dalla stessa comunità di parlanti. Il segno linguistico è infatti completamente arbitrario e assume significato con 300px-triangolo_semioticol’uso, ovvero mediante il contesto in cui appare. In sostanza il linguaggio è una convenzione.

Quando ci occupammo per la prima volta dei temi dello strutturalismo e dell’impatto potenziale sull’apprendimento al calcolatore era il 2011 e, nel frattempo, sono cambiate parecchie cose. Innanzitutto c’è stato l’avvento dell’era dei cosiddetti Big Data & Analytics, ovvero delle tecnologie che consentono di trattare grandi moli di informazione con modelli statistici sofisticati.

Questa novità rende di fatto possibile insegnare ad una macchina a costruire il significato di un discorso o di un intero corpus di testi anche piuttosto esteso, come ad esempio l’intera Wikipedia.

In qualsiasi lingua.

L’idea che presentò Saussure nel suo Corso di Linguistica Generale, ormai oltre cento anni fa e per la precisione nel 1916, si è rivelata infatti fondamentale non solo per comprendere come si genera il linguaggio umano, ma anche per costruire modelli matematici che intercettano la relazione tra i concetti.

L’innovazione di Saussure, vincente per lo sviluppo della linguistica computazionale, sta nel principio ipotetico secondo il quale il significato di un termine, o la definizione di un concetto generale, possa essere costruita sulla base dei termini che appaiono nel suo stesso contesto. Il significato è definito dalla struttura di significati ad esso connesso, lo strutturalismo, appunto.

Un po’ come a dire che non abbiamo bisogno di sapere cosa sia una mela per definirla, basta sapere che è dolce, rossa e che si può mangiare. Oggi, che abbiamo a disposizione testi da milioni di parole, grazie al web, e una enorme disponibilità di risorse scientifiche, come ad esempio il linguaggio Python di cui abbiamo parlato la volta scorsa, l’idea di Saussure ha trovato piena applicazione.

Dal 2008 il matematico cecoslovacco Radim Řehůřek ha iniziato a sviluppare una rete neurale che ha l’obiettivo di convertire le parole di un qualsiasi linguaggio naturale in vettori di numeri reali e, su questo, applicare un processo di apprendimento profondo, o Deep Learning, in modo da scendere al massimo livello di dettaglio possibile attraverso una qualsiasi rete di concetti. Obiettivo: rappresentare il significato di tutti i termini trovati nel testo in base al contesto in cui sono collocati.

Il modulo, che va sotto il nome di Gensim, è stato inizialmente sviluppato in vari spezzoni di codice per la libreria di matematica digitale cecosclovacca, per poi trovare una struttura più omogenea e, dal 2008 a oggi, ha visto una crescita costante fino a diventare una vera e propria libreria, gratuita e disponibile online, che consente di paragonare testi sul principio della similarità semantica. Da qui il nome di GenSim, ovvero Generatore di Similarità semantica.

Gensim, ad oggi il più robusto algoritmo di Deep Learning per il calcolo di similarità semantica, consente di eseguire operazioni al limite della fantascienza. Una volta addestrata la rete neurale su un testo qualsiasi ed in qualsiasi lingua, è possibile interrogarla per farsi restituire il termine più simile ad uno qualsiasi, ad esempio interrogandolo con la parola “mela” risponde con tutti i frutti simili. O calcolare proporzioni semantiche, come ad “giovane” sta a “bello” come “vecchio” sta a ?

E Gensim risponde “buono”.

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Un capolavoro di ingegneria meccanica per calcolare la data di Pasqua, ma solo fino al 2017

La Pasqua è sempre impegnativa, non solo per le libagioni che la caratterizzano. A decidere che si celebra nella prima domenica del mese successiva al primo plenilunio dell’equinozio di Primavera, fu il Consiglio di Nicea, nel 325 dopo Cristo.

Da allora, con le successive modificazioni del calendario, la data di Pasqua cade tra il 22 marzo ed il 25 aprile, secondo un ciclo che si ripete quasi ogni 6 milioni di anni. Per calcolare la data di Pasqua occorre un vero e proprio algoritmo, ovviamente semplice da programmare in un calcolatore, ma estremamente complesso altrimenti.

A dispetto dei quasi venti secoli passati dal consiglio di Nicea, il primo orologio meccanico che calcola la data di Pasqua è stato realizzato solamente nel 1989 dalla maison orologiera Patek Philippe. Il calcolo della data di Pasqua è la complicazione meccanica più estrema in orologeria, e la costruzione del Calibro 89, realizzato per i 150 anni della casa ha richiesto uno sforzo di progettazione e realizzazione assolutamente inusitato: basti pensare che al direttore tecnico di Patek Philippe, Jean-Pierre Musy, sono stati necessari ben sei anni per la sua costruzione.

Realizzato nel 1989 in un unico esemplare, fu venduto all’asta all’equivalente di circa 5 Screen_Shot_2017-04-15_at_2.10.57_PM.pngmilioni di euro nel 2009 ed oggi è valutato da Sotheby’s alla cifra record di 25 milioni di euro. Si tratta infatti di un orologio astronomico tascabile che mostra, il calendario perpetuo completo di anno, mese, giorno, l’anno bisestile, l’equazione del tempo, la posizione dei pianeti, alba e tramonto. Oltre alle funzioni astronomiche incorpora un termometro, un cronometro con funzione di tempi parziali e l’indicazione della riserva di carica. Pesa poco più di un chilo ed è spesso quattro centimetri, con un diametro di poco meno di nove. Un oggetto unico, dal valore stellare, appunto.

Il meccanismo del calcolo della data di Pasqua, tuttavia, ha un limite. Jean-Pierre Musy e gli altri due progettisti che lo progettarono, François Devaud, Frédérique Zesiger, si affidarono ad una ruota dentata che incorpora, di fatto, un programma meccanico che fa saltare l’indicatore della data di Pasqua di un numero predeterminato di giorni, per tutti gli anni dal 1989 al 2017. Si sa, ventisei anni passano in fretta, e proprio quest’anno è l’ultimo utile per cui l’orologio meccanico manterrà valide le sue funzioni.

Quanto potrà costare una revisione di un tale capolavoro in Patek Philippe è ignoto, ma tanto di cappello all’ingegno umano. Che, davvero, non ha confini.

 

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