복잡계 시스템의 구조적 특성 계량을 위한 엔트로피 평가: 농촌인구유인력과 뼈대구조물의 신뢰성 평가

Abstract

본 연구에서는 엔트로피를 통해 시스템 내부 구성요소가 이루는 분포의 구조적 특성을 정량화하고자 하였으며, 이를 농촌과 같은 지역시스템과 구조물 시스템에 적용하여 그 구조적 특성을 분석하고자 하였다. 농촌은 지역 내부에 다양한 요소가 서로 영향을 주고받는 하나의 복잡계로 이해할 수 있다. 지역은 인구, 산업, 문화 등 다양한 요소로 구성되어 있다. 이들 요소는 각각 지역 내에서 일정한 분포를 형성하고 있으며 각 요소 별로 서로 상관관계를 가진다. 구조물의 경우에도 부재와 부재 사이의 상호작용을 통해 외력에 저항하는 복잡계로 이해할 수 있다. 복잡계(complex system)는 요소 사이에 상관관계가 존재하며 되먹임(feed-back)이 발생하는 구조적 특성이 있다. 이로 인해 시스템의 복잡성(complexity)이 증가하여 분석에 어려움이 있다. 이러한 문제점을 극복하기 위해 정보이론, 네트워크(network) 이론 및 복잡계 시스템에 대한 이론이 개발되었다. 이를 통해 복잡계를 인식하고 분석하는 새로운 시각과 틀(frame)이 정립되었으며, 복잡계의 분석 영역이 확대되는 계기를 가져왔다. 본 연구에서는 정보이론 및 네트워크 이론 등의 복잡계 분석이론을 통해 농촌지역 내부의 인구 및 산업 분포에 따른 인구유인력을 계량하고, 구조물 강성도행렬의 확률분포 특성에 따른 신뢰성 평가를 하고자 하였다. 농촌 지역의 인구유인력 계량을 위해 지역을 하나의 네트워크로 이루어진 복잡계로 치환하여 분석하였다. 엔트로피를 통해 지역 내부 구성요소의 분포를 정량화하고, 중력이론을 통해 지역간 연결을 분석하였으며, 가상일의 개념을 적용하여 전체 지역 네트워크의 작용을 모의하였다. 모의 결과를 통해 지역의 인구유인력을 계량하였다. 또한 구조물의 신뢰성평가를 위해 구조물 내부의 구조적 특성에 대한 정보를 담고 있는 강성도 행렬의 확률분포 특성을 엔트로피를 통해 계량하고, 하중과 구조물 저항의 앙상블(ensemble)을 교차엔트로피를 통해 분석함으로써 구조물 시스템의 신뢰성을 평가하고자 하였다.