복잡성, 다중-크기 스펙트럼, 그리고 1/f 잡음

최설매,서민경,한승기 한국물리학회 2017 New Physics: Sae Mulli Vol.67 No.5

Here, we introduce recent studies to quantify complexity by using the multiscale profile that measures the complexity as a function of the scale of observation. Instead of quantifying complexity by a single number, Y. Bar-Yam (Adv. Com. Sys. 7, 47 (2004)) proposed to characterize complex systems by the multiscale profile of complexity. According to an information-theoretic method of computing the complexity spectrum for visual images that we developed recently, the complexity spectrum of the most complex visual images, like natural forest images, is shown to be evenly distributed over a logarithmic-scale space. When the complexity spectrum is replotted in a linear-scale space, the complexity spectrum exhibits a $1/s$ power behavior as a function of the size s. From this observation, the $1/f$ scaling as a function of frequency $f$ observed ubiquitously in the temporal behaviors of various systems represents the strong complexity of the system generating the signal. 최근에 복잡성을 관측하는 크기의 함수로 구하는 다중-크기 프로필을 이용하여 정량화하는 연구를 소개한다. Y. Bar-Yam (Adv. Com. Sys. 7, 47 (2004))은 복잡성을 하나의 수치로 정량화하는 대신에 복잡성의 다중-크기 프로파일을 통하여 분석하는 것을 제안하였다. 최근에 시각 이미지에 대해서 개발한 복잡성 스펙트럼을 계산하는 정보-이론적 방법에 따르면 복잡도가 제일 높은 복잡계에서는 복잡성 스펙트럼이 로그-크기 공간에서 균일하게 분포함을 보여주었다. 또한, 정보 스펙트럼을 선형-크기 공간에서 구하면 크기 s에 따라서 1/s 멱지수 특성이 있음을 보여주었다. 이것으로부터 다양한 계에서 주파수 f에 따라서 1/f 멱지수 특성은 이 신호를 만들어내는 계의 복잡성을 나타낸다고 할 수 있다.

두 가지 종류의 공통과학 교과서의 네트워크 분석: 모듈형과 융합형

최설매,문정희,윤장노,정진수,한승기 한국물리학회 2012 새물리 Vol.62 No.4

In the 2009 revised science curriculum, the goal of science education was focused on providing an integrative picture of science, instead of a conventional presenting of the sub-fields of science separately. In order to determine how this idea is reflected in the common science textbooks, we compare the network organization of two different types of common science textbooks: the modular type of the 7th curriculum and the integrative type of the revised 2009curriculum. According to the binary network analysis, where two word nodes are assumed to be linked if the corresponding word-pair appearance in the same sentence is at least one, both types have a scale-free degree distribution and a hierarchical organization, but the mean node degree in the integrative type is much bigger than it is in the modular type. As a consequence, the mean distance between any two nodes becomes much shorter in the integrative type. We also show that the organizations of the skeleton networks constructed from the weighted networks are much different in the two types: The modular type has a linear structure with multiple cores while the integrative one has a concentric organization developing around a common core. 2009년 개정 과학 교육과정에서는 기존의 분과적으로 나눠져 있던 과학교육의 틀을 벗어나 융합적 시각을 제시하여 학생들이 과학을 총체적으로이해하는 것에 초점을 맞추고 있다. 본 연구에서는 이러한 시도가공통과학 교과서에 제대로 반영 되었는지를 보기 위해 7차 교육과정에의한 모듈형 공통과학 교과서와 2009년 개정 교육과정에 의한 융합형공통과학 교과서의 과학 용어로 구성된 지식 네트워크를 비교하였다. 먼저 물리용어를 노드로 하고 두 물리용어가 같은 문장에서 나타나면연결되었다고 가정하고 구축한 이산 네트워크(binary network) 분석을통하여 이 두 가지 공통과학 교과서는 모두 복잡계 네트워크 특성과계층적 집단구조를 가지지만 융합형 공통과학 교과서의 노드의 평균도수는 모듈형 공통과학 교과서보다 더 크고 노드 사이의 평균 거리는 더짧다는 것을 보여주었다. 한편 두 물리용어가 같은 문장에 나타나는횟수를 가중치로 하여 구축한 가중치 네트워크(weighted network)를기반으로 하여 구축한 뼈대구조 네트워크(skeleton network) 분석에서는모듈형 공통과학 교과서에서는 다중 핵이 선형으로 이어지는 특성을가지고 있으나 융합형 공통과학 교과서에서는 단일 중심 핵 주위로네트워크가 동심원 형태로 뻗어 나가는 특성을 보이는 것으로 밝혀졌다.

중국과 한국의 중학교 과학과 교육과정 물리 영역 비교 연구

최설매,한승기 한국물리학회 2020 새물리 Vol.70 No.8

The present study takes 2011 middle school physics curriculum standards in China and the physics field of the 2015 science curriculum standards in South Korea as the research objects, and compares the objectives of science (physics) education and the composition of middle school physics curriculum contents in the two countries. The research results are as follows: 1. In terms of science (physics) education goals, both countries aim to improve scientific literacy, aiming to cultivate students’ inquiry ability and innovative consciousness on practical issues in nature and life; The curriculum standards in China stress learning basic physics, basic skills, and research method, while the curriculum standards in South Korea stress understanding the core concepts of science. 2. In terms of the content of middle school physics courses, in a quantitative comparison of the breadth and the depth of the content standards, we found that the middle school physics courses in China are more extensive than those of South Korea, but not as deep than those of South Korea. This result reflects the fact that science education in South Korea does not focus on the quantity of knowledge, but on the development of science core competence by learning an appropriate number of science core concepts. The results of this study provide references for the revision of middle school physics curriculum standards and the development of teaching materials in the future, as sell as useful enlightenment for the further improvement of middle school physics education. 본 연구는 중국의 2011년 중학교 물리 교육과정 표준과 한국의 2015 개정 과학과 교육과정의 물리영역을 연구 대상으로 하여 양국의 과학 (물리) 교육의 목표와 과학교육의 물리 영역 내용 구성을 정량적으로 비교 분석하였는데 주요 연구결과는 다음과 같다. 첫째, 과학(물리)교육의 목표에서 양국 모두자연 현상 및 일상생활의 문제를 과학적으로 탐구하고 창의적으로 해결하기 위한 과학적 소양을 기르는것을 과학 (물리) 교육의 목표로 하는 공통점이 있으나 중국은 물리 기초지식, 기본 기능과 연구 방법을배우는 것을 강조하고, 한국은 과학 핵심 개념을 이해하는 것을 강조하는 차이가 있다. 둘째, 중학교 물리영역 내용 구성의 범위(breadth)와 수준(depth)을 정량적 비교하였을 때, 중국 중학교 물리교육과정의학습 내용의 범위가 한국보다 더 넓은 반면, 수준은 더 낮은 것으로 드러났다. 이는 한국의 과학교육이지식의 양보다는 적절한 과학 핵심 지식을 배우는 과정을 통해 과학 핵심 역량의 함양을 육성하는 것을강조하고 있음을 반영하고 있다. 이 연구의 결과는 중학교 물리교육의 개선점과 시사점을 모색하여 향후중학교 물리 교육과정 개정과 교과서 개발에 필요한 정보를 제공하고, 중학교 물리 교육과정의 실행에유용한 시사점을 제안한다.

물리교과서에서 물리용어의 버스트 출현의 기억효과 연구

최설매,윤장노,정진수,한승기 한국물리학회 2014 새물리 Vol.64 No.6

The occurrence of events in various complex systems shows bursty behavior in which many short intervals are repeated until interrupted by a few long intervals. In this paper, the memory effect of bursty word occurrence in physics textbooks is compared with that of completely-shuffled random textbooks (CRTs) in which the word occurrence in the textbooks is completely shuffled. For each physics word, the memory effect is computed from the correlation between two consecutive intervals $\tau_{i} $and $\tau_{i+1} $. Statistically, the memory effect in physics textbooks is shown to be stronger than that in CRTs. In addition, the memory effect due to bursty word occurrence in physics textbooks is identified by a time correlation function with a long tail. We expect that bursty word occurrence quantified by the memory effect in a tetxbook could be utilized to organize the textbook,effectively. 여러 가지 복잡계에서 발생하는 사건들은 짧은 간격으로 수 많은 사건이 연달아 발생하다가 긴 간격으로 사건이 발생하는 버스트 특성을 보여준다. 본 연구에서는 물리교과서에서 나타나는 물리 용어의 버스트 출현 특성에 나타나는 기억효과를 물리용어 출현순서가 완전히 뒤섞여서 기억효과가 제거된 CRT와 비교하였다. 기억효과는 각각의 물리용어에 대하여 연속된 두 출현간격 $\tau_{i} $와 $\tau_{i+1}$ 사이의 상관관계로부터 구하였으며, 통계적으로 물리교과서의 기억효과가 CRT에서 관측되는 것보다 더 크다는 것을 알 수 있었다. 물리교과서에서 용어 출현의 기억효과는 긴 꼬리를 가지는 시간상관함수에서도 잘 나타남을 알 수 있었다. 기억효과로 측정되는 물리용어의 버스트 출현 특성은 물리교과서를 효율적으로 구성하는 데 활용할 수 있을 것이다.

3차원 생태계모델의 진동현상

최설매,정진수,한승기 한국물리학회 2011 새물리 Vol.61 No.6

In the three-dimensional population dynamics model of a two-species plant-herbivore system constructed based on the agent model by using the NetLogo simulation software, we observed the presence of a steady state and an oscillatory state. The steady state is characterized by the concentrations of the plant and the herbivore converging asymptotically to fixed values while the oscillatory state is characterized by concentrations that oscillate with time. According to a bifurcation analysis, the oscillatory state emerges from the steady state via a subcritical Hopf bifurcation with increasing birth rate of the herbivore and disappears through a supercritical Hopf bifurcation. We also observed that the two states, the steady state and the oscillatory state, coexist near the subcritical Hopf bifurcation point. Finally, we constructed a phase diagram of the dynamic model in the two-dimensional parameter space of the birth rate and the death rate and the compared it with the agent-based simulation result. NetLogo 시뮬레이션에 기반하여 구축한 식물-초식자(plant-herbivore)시스템의 3차원 모델에서 식물-초식자 개체군(population) 밀도의상호변화에는 정상상태(steady state)와 진동상태(oscillation state)가존재한다. 정상상태에서 식물-초식자의 밀도는 시간이 경과함에 따라각자의 평형밀도로 수렴하고 진동상태에서 식물-초식자의 밀도는 시간에따라 주기적으로 진동하게 된다. 3차원 모델에 대한분기분석(bifurcation analysis)에서 초식자의 출산율이 증가함에 따라정상상태에서 버금임계 호프 분기(subcritical Hopf bifurcation)를 통해진동상태로 되고 또 진동상태에서 초임계 호프 분기(supercritical Hopf bifurcation)를 통해 정상상태로 된다는 결과를 얻었다. 또한 버금임계호프 분기가 일어나는 영역에서는 정상상태와 진동상태가 공존하는현상도 보여주었다. 시뮬레이션에서도 정상상태와 진동상태가 존재하는데초식자의 출산율과 사망률에 따른 상그림(phase diagram)을 통해 3차원모델과 시뮬레이션 모델의 결과를 비교하였다.

버스트 척도를 이용한 뉴런 모델의 발화 특성 연구

최설매,김원섭,전영재,한승기 한국물리학회 2014 새물리 Vol.64 No.5

In neural systems, various neural spiking patterns are observed, depending on the external stimulus. Regular spikings are mostly observed in the excitatory neurons of the neocortex while high-frequency spikes, followed by low-frequency tonic spiking, also occur in a certain class of intrinsically-bursting neurons. Based on the burstiness measure, we investigate various spiking patterns observed in the Izhikevich neuron model. The region of parameter space characterized by the burst-firing pattern in the neuron model is easily identified by using a contour plot of the burstiness measure. The result of the analysis might contribute to the identification of the dynamic mechanism of burst firing in the neuron model. 신경계에서는 외부 자극에 따라서 다양한 발화 패턴을 보여준다. 규칙적인 발화는 대뇌 피질의 흥분성 뉴런에서 많이 관측되고, 높은 진동수의 발화가 낮은 진동수의 강한 발화에 이어지는 특성은 고유의 버스트 발화 뉴런에서 관측된다. 본 연구에서는 Izhikevich 뉴런 모델에서 관측되는 다양한 발화 패턴을 버스트 척도를 이용하여 분석하였다. 버스트 척도에 대한 이차원 매핑을 통하여 버스트 발화 패턴을 발생하는 변수 영역을 쉽게 구할 수 있었다. 이 결과는 뉴런 모델에서 버스트 발화 패턴의 발생 기작을 이해하는 데 크게 기여를 할 것이다.

쇼핑관광객의 감성적 소비성향이 브랜드 애착 및 브랜드 애호도에 미치는 영향 : 브랜드 추구혜택의 조절효과를 중심으로

최설매,최규환 경성대학교 산업개발연구소 2010 산업혁신연구 Vol.27 No.2

최근 들어 관광에서 쇼핑을 주목적으로 하는 쇼핑관광이 성행하고 있으며 소비자 욕구의 고급화, 다양화로 인해 명품 브랜드에 대한 소비자의 수요가 계속 증가하고 있다. 21세기는 소비자 개개인의 개성과 감성을 차별화하고 중요시하는 감성의 시대이다. 현대 소비자들은 감성중심의 제품에 관심을 가지고 구매를 하는 선택적 고급품 소비현상인 감성적 소비를 하고 있다. 이들은 명품 브랜드 구매를 통하여 자신의 신분이나 지위 등을 과시하고자 하는 욕구를 충족시키고자 한다. 따라서 쇼핑관광객의 감성적 소비성향과 명품 브랜드 간의 관계를 규명하고 감성적 소비성향이 명품 브랜드 애착 및 애호도에 미치는 영향, 명품 브랜드 추구혜택에 따라 감성적 소비성향이 브랜드 애착에 미치는 영향관계를 규명하고자 본 연구를 실시하였다. 본 연구는 쇼핑관광객들이 쇼핑관광에서 명품 브랜드의 구매에 있어서 감성적 소비성향을 심미적, 상징적, 쾌락적, 과시적 측면에서 다루어 쇼핑관광객의 소비성향을 파악하고 각 소비성향에 따라 소비자 집단을 구분함으로써 상이한 소비현상을 설명하는데 있어서 감성적 소비성향 측면을 고려하여 좀 더 명확하고 폭넓게 소비자를 이해하는 기준을 제공하고자 한다. 본 연구는 최근 2년 사이 해외여행(제주도 포함)시 크리스찬 디올, 루이비통, 코치, 버버리 등과 같은 해외 명품 브랜드를 구매한 경험이 있는 사람들을 표본대상, 최종 수집된 403부의 설문지가 분석에 사용되었으며 SPSS 14.0을 이용하여 요인분석, 신뢰도 분석, 회귀분석, 조절효과분석 등을 실시하였다. 연구결과로는 첫째, 쇼핑관광객의 감성적 소비성향이 명품 브랜드 애착에 긍정적인 영향을 미치며, 둘째, 쇼핑관광객의 명품 브랜드 애착이 명품 브랜드 애호도에 긍정적인 영향을 미치며, 셋째, 브랜드 추구혜택은 쇼핑관광객의 쾌락적 소비성향 및 과시적 소비성향과 브랜드 애착간의 관계에 있어서 조절변수로서 역할을 하는 것으로 나타났다.

NetLogo기반의 3차원 생태계모델의 구축

최설매,정진수,한승기 한국물리학회 2010 새물리 Vol.60 No.6

The 3-D population dynamics in an ecological environment was simulated by using the agent-based NetLogo program, and constructed a dynamic model consistent with the simulation results. The dynamic model is not a model with only two variables to describe the populations of predator and prey, but a model with third variable,the energy of the predator. The two models, the agent model and the dynamic model, were shown to be consistent by comparing the rates of increase/decrease for the populations of predator and prey, and the mean energy of the predator, and the phase diagram was determined by using system behavior. 본 연구에서는 개체 모형에 기반을 둔 NetLogo프로그램으로 생태계에서생기는 현상을 시뮬레이션하고 그 시뮬레이션에 부합되는 동역학 모델을구축했다. 동역학 모델에서는 포식자 (predator)와 먹이 (prey)의 양만고려하는 2개 변수를 갖는 모델이 아니라, 거기에 포식자의 에너지를도입하여 3개의 변수를 갖는 모델을 구축하였다. 두 모델의 포식자와먹이의 수량, 포식자의 평균에너지 등 양의 증가율과 감소율에 대한비교와 시스템 거동 (system behavior)이 나타내는 상그림 (phase diagram)의 비교를 통해 두 모델이 잘 일치하고 있음을 보여주었다.

Fabrication of Zirconium carbide nanofiber precursors by electrospinning

최설매,박원호,손원근,이태승 한국고분자학회 2006 한국고분자학회 학술대회 연구논문 초록집 Vol.2006 No.4

물리교과서 용어 출현의 두 상태 (Two-state) 모델

최설매,주애동,정진수,한승기 한국물리학회 2016 New Physics: Sae Mulli Vol.66 No.6

The temporal sequence of a specific event occurring in many complex systems looks very random without any regularities, but a record of many events over a long time period reveals that it is very bursty, being composed of two types of periods: a quiescent period with a long time-interval between events and a very rapidly firing period. Recently, the occurrence of physics terminology in physics textbooks was shown to be very bursty. In this paper, we show that the bursty word occurrence can be described by stochastic transitions in a two-state model composed of a low-firing state and a high-firing state. Using a genetic optimization algorithm, the bursty word occurrence in real textbooks can be well described by using the two-state model, which can be utilized for understanding the bursty-word occurrence in physics textbooks. 복잡계에서 특정한 사건이 발생하는 것은 규칙 없이 흡사 무작위적으로 보이지만 실제로 발생하는 사건을 오랫동안 관측하면 출현 간격이 긴 사건들이 지속적으로 발생하다가 갑자기 짧은 시간 동안 많은 사건이 연달아 발생하는 버스트 특성을 가지고 있다. 물리교과서에서 용어의 출현도 이와 유사한 버스트 특성을 가지고 있다. 본 연구에서는 물리교과서에서 나타나는 버스트 특성을 낮은 발화 상태와 높은 발화 상태로 구성된 간단한 두 상태 (two-state) 모형에서 확률적 전이로 잘 기술할 수 있음을 보여준다. 유전자 최적화 알고리즘을 적용한 결과는 물리교과서에서 실제로 나타나는 물리 용어 출현의 버스트 특성과 잘 일치하는 것을 알 수 있었으며, 이것은 물리교과서에서 용어의 버스트 발현 현상을 이해하는 데 활용할 수 있을 것이다.