ในทฤษฎีระบบ ระบบแบบกระจายอำนาจคือระบบที่ส่วนประกอบระดับล่างทำงานโดยใช้ข้อมูลในระดับท้องถิ่นเพื่อบรรลุเป้าหมายในระดับโลก รูปแบบพฤติกรรมในระดับโลกเป็นคุณสมบัติที่เกิดขึ้นเองจากกลไกพลวัตที่กระทำต่อส่วนประกอบในระดับท้องถิ่น เช่น การสื่อสารทางอ้อม มากกว่าที่จะเป็นผลมาจากการควบคุมจากส่วนกลางของระบบแบบรวมศูนย์

ระบบส่วนกลางเป็นระบบที่ตัวควบคุมส่วนกลางควบคุมส่วนประกอบระดับล่างของระบบโดยตรงหรือผ่านการใช้ลำดับชั้น อำนาจ (เช่น การสั่งการให้ส่วนประกอบระดับกลางสั่งการส่วนประกอบระดับล่าง) ^{[ 1 ]}พฤติกรรมที่ซับซ้อน ที่ แสดงโดยระบบนี้จึงเป็นผลมาจากการ "ควบคุม" ของตัวควบคุมส่วนกลางเหนือส่วนประกอบระดับล่างในระบบ รวมถึงการกำกับดูแลส่วนประกอบระดับล่างอย่างแข็งขัน

ในทางกลับกัน ระบบแบบกระจายอำนาจ คือระบบที่พฤติกรรมที่ซับซ้อนเกิดขึ้นจากการทำงานของส่วนประกอบระดับล่างที่ทำงานบนข้อมูลเฉพาะที่ ไม่ใช่คำสั่งจากผู้มีอำนาจสั่งการ รูปแบบการควบคุมนี้เรียกว่าการควบคุมแบบกระจายอำนาจหรือการควบคุมที่แต่ละส่วนประกอบของระบบมีส่วนรับผิดชอบเท่าเทียมกันในการมีส่วนร่วมในพฤติกรรมที่ซับซ้อนโดยรวม โดยการกระทำต่อข้อมูลเฉพาะที่ในลักษณะที่เหมาะสม ส่วนประกอบระดับล่างจะรับรู้ถึงการตอบสนองที่เหมาะสมเหล่านี้โดยปริยายผ่านกลไกที่อิงจากการปฏิสัมพันธ์ของส่วนประกอบกับสภาพแวดล้อม รวมถึงส่วนประกอบอื่นๆ ในสภาพแวดล้อมนั้นด้วย

ระบบกระจายอำนาจมีความเชื่อมโยงอย่างซับซ้อนกับแนวคิดเรื่องการจัดระเบียบตนเองซึ่งเป็นปรากฏการณ์ที่ปฏิสัมพันธ์ในระดับท้องถิ่นระหว่างส่วนประกอบของระบบสร้างระเบียบและการประสานงานเพื่อให้บรรลุเป้าหมายโดยรวมโดยปราศจากอิทธิพลสั่งการจากส่วนกลาง กฎที่ระบุปฏิสัมพันธ์เหล่านี้เกิดขึ้นจากข้อมูลในระดับท้องถิ่น และในกรณีของตัวแทนทางชีววิทยา (หรือที่ได้รับแรงบันดาลใจจากชีววิทยา) เกิดขึ้นจากระบบการรับรู้และการกระทำที่เชื่อมโยงกันอย่างใกล้ชิดของตัวแทน^{[ 2 ]}ปฏิสัมพันธ์เหล่านี้ก่อตัวขึ้นอย่างต่อเนื่องและขึ้นอยู่กับรูปแบบเชิงพื้นที่และเวลาซึ่งถูกสร้างขึ้นผ่านการตอบรับเชิงบวกและ เชิงลบ ที่ปฏิสัมพันธ์ให้ไว้ ตัวอย่างเช่น การระดมพลในการหา อาหาร ของมดขึ้นอยู่กับการตอบรับเชิงบวกของมดที่พบอาหารที่ปลาย เส้นทาง ฟีโรโมน ในขณะที่พฤติกรรม การเปลี่ยนงานของมดขึ้นอยู่กับการตอบรับเชิงลบของการ สัมผัส หนวดกับมดจำนวนหนึ่ง (ตัวอย่างเช่น อัตราการพบปะกับผู้หาอาหารที่ประสบความสำเร็จที่ต่ำเพียงพออาจทำให้คนงานในกองขยะเปลี่ยนไปหาอาหาร แม้ว่าปัจจัยอื่นๆ เช่น ความพร้อมของอาหารอาจส่งผลต่อเกณฑ์สำหรับการเปลี่ยนงาน)

แม้ว่าระบบกระจายอำนาจจะพบได้ง่ายในธรรมชาติ แต่ก็ยังปรากฏให้เห็นในแง่มุมต่างๆ ของสังคมมนุษย์ เช่น ระบบการปกครองและระบบเศรษฐกิจ

หนึ่งในตัวอย่างที่รู้จักกันดีที่สุดของระบบกระจายอำนาจ "ตามธรรมชาติ" คือระบบที่ใช้โดยอาณานิคมแมลง บางชนิด ในอาณานิคมแมลงเหล่านี้ การควบคุมจะกระจายไปในหมู่ ตัวแทนทางชีวภาพ ที่เป็นเนื้อเดียวกันซึ่งกระทำการตามข้อมูลในท้องถิ่นและการปฏิสัมพันธ์ในท้องถิ่นเพื่อสร้างพฤติกรรมโดยรวมที่ซับซ้อน ในขณะที่แสดงพฤติกรรมที่เรียบง่ายเป็นรายบุคคล ตัวแทนเหล่านี้บรรลุเป้าหมายโดยรวม เช่น การหาอาหารให้อาณานิคมหรือการเลี้ยงลูกอ่อนโดยใช้กลไกแบบไดนามิก เช่น การสื่อสารที่ไม่ชัดเจนและการใช้ประโยชน์จากระบบการกระทำและการรับรู้ที่เชื่อมโยงกันอย่างใกล้ชิด โดยไม่มีการควบคุมจากส่วนกลาง อาณานิคมแมลงเหล่านี้บรรลุเป้าหมายโดยรวมโดยการปฏิบัติงานที่จำเป็น ตอบสนองต่อสภาวะที่เปลี่ยนแปลงในสภาพแวดล้อมของอาณานิคมในแง่ของกิจกรรมงาน และปรับจำนวนคนงานที่ปฏิบัติงานแต่ละอย่างเพื่อให้แน่ใจว่างานทั้งหมดเสร็จสมบูรณ์^{[ 3 ]}ตัวอย่างเช่น อาณานิคมมดชี้นำพฤติกรรมโดยรวม (ในแง่ของการหาอาหาร การลาดตระเวน การดูแลลูกอ่อนและการบำรุงรักษารัง) โดยใช้เครือข่าย การปฏิสัมพันธ์ ตามรูปแบบเชิงพื้นที่และเวลา ที่เปลี่ยนแปลงเป็นจังหวะ ซึ่งอาศัยอัตราการสัมผัสของหนวดและการรับรู้กลิ่นแม้ว่าปฏิสัมพันธ์เหล่านี้จะประกอบไปด้วยปฏิสัมพันธ์กับสิ่งแวดล้อมและระหว่างมดด้วยกันเอง แต่มดไม่ได้ควบคุมพฤติกรรมของมดตัวอื่น และด้วยเหตุนี้จึงไม่มี "ผู้ควบคุมส่วนกลาง" ที่คอยกำหนดว่าต้องทำอะไรเพื่อให้บรรลุเป้าหมายโดยรวม

ในทางกลับกัน มดใช้ระบบการจัดสรรงาน ที่ยืดหยุ่น ซึ่งช่วยให้อาณานิคมสามารถตอบสนองต่อความต้องการที่เปลี่ยนแปลงไปอย่างรวดเร็วเพื่อให้บรรลุเป้าหมายเหล่านี้ ระบบการจัดสรรงานนี้คล้ายกับการแบ่งงานมีความยืดหยุ่นตรงที่งานทั้งหมดขึ้นอยู่กับจำนวนการพบปะของมด (ซึ่งอยู่ในรูปแบบของการสัมผัสหนวด) และการรับรู้การไล่ระดับทางเคมี (โดยใช้การรับรู้กลิ่นสำหรับเส้นทางฟีโรโมน) และสามารถนำไปใช้กับประชากรมดทั้งหมดได้ แม้ว่าการวิจัยล่าสุดจะแสดงให้เห็นว่างานบางอย่างอาจมีเกณฑ์การตอบสนองตามสรีรวิทยาและอายุ^{[ 4 ]}งานทั้งหมดสามารถทำได้โดยมด "ตัวใดก็ได้" ในอาณานิคม

ตัวอย่างเช่น ในพฤติกรรมการหาอาหารมดเก็บเกี่ยวสีแดง ( Pogonomyrmex barbatus ) สื่อสารกับมดตัวอื่น ๆ ว่าอาหารอยู่ที่ไหน มีอาหารมากแค่ไหน และควรเปลี่ยนภารกิจไปเป็นการหาอาหารหรือไม่ โดยอาศัย กลิ่น ไฮโดรคาร์บอนบนผิวหนังและอัตราการปฏิสัมพันธ์ของมด การใช้กลิ่นไฮโดรคาร์บอนบนผิวหนังของมดหาอาหารและเมล็ดพืช^{[ 5 ]}และอัตราการปฏิสัมพันธ์โดยใช้การสัมผัสหนวดสั้น ๆ ทำให้กลุ่มมดได้รับข้อมูลที่แม่นยำเกี่ยวกับความพร้อมของอาหารในปัจจุบัน และด้วยเหตุนี้จึงสามารถตัดสินใจได้ว่าควรเปลี่ยนไปเป็นพฤติกรรมการหาอาหารหรือไม่ "ทั้งหมดนี้โดยไม่ต้องได้รับการชี้นำจากตัวควบคุมส่วนกลางหรือแม้แต่จากมดตัวอื่น" อัตราที่มดหาอาหารกลับมาพร้อมเมล็ดพืชจะเป็นตัวกำหนดอัตราที่มดหาอาหารออกไปหาอาหารนอกรัง อัตราการกลับมาที่เร็วขึ้นบ่งชี้ว่ามีอาหารมากขึ้น และการปฏิสัมพันธ์ที่น้อยลงบ่งชี้ว่ามีความต้องการมดหาอาหารมากขึ้น การรวมกันของสองปัจจัยนี้ ซึ่งขึ้นอยู่กับข้อมูลในท้องถิ่นจากสิ่งแวดล้อมเท่านั้น นำไปสู่การตัดสินใจเกี่ยวกับการเปลี่ยนไปเป็นภารกิจการหาอาหาร และในที่สุดก็บรรลุเป้าหมายโดยรวมในการเลี้ยงดูกลุ่มมด

โดยสรุป การใช้สัญญาณง่ายๆ หลายอย่างร่วมกันทำให้ฝูงมดเก็บเกี่ยวสีแดงสามารถปรับกิจกรรมการหาอาหารได้อย่างแม่นยำและรวดเร็วให้สอดคล้องกับปริมาณอาหารที่มีอยู่ในปัจจุบัน^{[ 6 ]}ในขณะเดียวกันก็ใช้การตอบรับเชิงบวกในการควบคุมกระบวนการ: ยิ่งมดที่ออกไปหาอาหารพบกับมดที่กลับมาพร้อมเมล็ดพืชเร็วเท่าไร ก็ยิ่งมีมดออกไปหา อาหารมากขึ้นเท่านั้น ^{[ 7 ]}จากนั้นมดจะใช้สัญญาณเฉพาะที่เหล่านี้ในการหาอาหารต่อไป โดยใช้ประสาทสัมผัสการดมกลิ่นเพื่อรับรู้ร่องรอยฟีโรโมนที่มดตัวอื่นทิ้งไว้ และเดินตามร่องรอยนั้นลงไปยังแหล่งอาหาร แทนที่จะถูกมดตัวอื่นชี้นำหรือถูกบอกว่าอาหารอยู่ที่ไหน มดจะอาศัยระบบการกระทำและการรับรู้ที่เชื่อมโยงกันอย่างใกล้ชิดเพื่อร่วมกันทำงานให้สำเร็จโดยรวม^{[ 3 ]}

ในขณะที่อาณานิคมมดเก็บเกี่ยวสีแดงบรรลุเป้าหมายทั่วโลกโดยใช้ระบบกระจายอำนาจ แต่ไม่ใช่ว่าอาณานิคมแมลงทุกชนิดจะทำงานในลักษณะนี้ ตัวอย่างเช่น พฤติกรรมการหาอาหารของตัวต่ออยู่ภายใต้การควบคุมและกำกับดูแลอย่างต่อเนื่องของราชินี^{[ 8 ]}

โรงสีมดเป็นตัวอย่างหนึ่งของระบบชีวภาพแบบกระจายอำนาจที่ล้มเหลว เมื่อกฎเกณฑ์ที่ควบคุมตัวแทนแต่ละตัวไม่เพียงพอที่จะรับมือกับสถานการณ์บางอย่าง

ระบบเศรษฐกิจแบบตลาดคือระบบเศรษฐกิจที่การตัดสินใจเกี่ยวกับการลงทุนและการจัดสรรสินค้าของผู้ผลิตส่วนใหญ่เกิดขึ้นผ่านกลไกตลาด ไม่ใช่ผ่านแผนการผลิต (ดูระบบเศรษฐกิจแบบวางแผน ) ระบบเศรษฐกิจแบบตลาดเป็นระบบเศรษฐกิจแบบกระจายอำนาจ เพราะไม่ได้ทำงานผ่านแผนเศรษฐกิจส่วนกลาง (ซึ่งมักนำโดยหน่วยงานของรัฐ) แต่ทำงานผ่านปฏิสัมพันธ์ในระดับท้องถิ่นที่กระจายตัวอยู่ในตลาด (เช่นการลงทุน ของแต่ละบุคคล ) แม้ว่า "ระบบเศรษฐกิจแบบตลาด" จะเป็นคำที่กว้างและอาจแตกต่างกันอย่างมากในแง่ของการควบคุมโดยรัฐหรือรัฐบาล (และดังนั้นจึงเป็นการควบคุมจากส่วนกลาง) แต่ "พฤติกรรม" สุดท้ายของระบบเศรษฐกิจแบบตลาดใดๆ ก็ตาม เกิดขึ้นจากปฏิสัมพันธ์ในระดับท้องถิ่นเหล่านี้ และไม่ได้เป็นผลโดยตรงจากคำสั่งหรือข้อบังคับของหน่วยงานส่วนกลาง

ในขณะที่ปัญญาประดิษฐ์ (AI) แบบคลาสสิกในช่วงทศวรรษ 1970 มุ่งเน้นไปที่ระบบที่ใช้ความรู้หรือหุ่นยนต์วางแผนหุ่นยนต์ที่อิงตามพฤติกรรมของRodney Brooksและความสำเร็จในการกระทำในโลกแห่งความเป็นจริงที่เปลี่ยนแปลงไปอย่างคาดเดาไม่ได้ ทำให้ผู้วิจัย AI หลายคนเปลี่ยนจากสถาปัตยกรรมเชิงสัญลักษณ์แบบรวมศูนย์ที่วางแผนไว้ ไปเป็นการศึกษาสติปัญญาในฐานะผลผลิตที่เกิดขึ้นใหม่จากปฏิสัมพันธ์ที่เรียบง่าย^{[ 9 ]}ดังนั้นจึงสะท้อนให้เห็นถึงการเปลี่ยนแปลงโดยทั่วไปจากการใช้ระบบรวมศูนย์ในด้านหุ่นยนต์ไปสู่การใช้ระบบกระจายอำนาจมากขึ้นโดยอิงจากปฏิสัมพันธ์ในท้องถิ่นที่ระดับนามธรรมต่างๆ

ตัวอย่างเช่น นักวิจัยในช่วงทศวรรษ 1970 ซึ่งส่วนใหญ่มีที่มาจากทฤษฎีสัญลักษณ์ทางกายภาพ ของ NewellและSimon ได้ออกแบบหุ่นยนต์ที่มีลำดับการกระทำซึ่งเมื่อดำเนินการแล้วจะส่งผลให้บรรลุเป้าหมายที่ต้องการ ดังนั้นหุ่นยนต์จึงถูกมองว่า "ฉลาด" หากพวกมันสามารถปฏิบัติตามคำสั่งของตัวควบคุมส่วนกลาง (โปรแกรมหรือโปรแกรมเมอร์) ได้ (ตัวอย่างเช่น ดูSTRIPS ) อย่างไรก็ตาม เมื่อ Rodney Brooks นำเสนอสถาปัตยกรรมแบบครอบคลุม (subsumption architecture ) ซึ่งทำให้หุ่นยนต์สามารถแสดงพฤติกรรม "ฉลาด" ได้โดยไม่ต้องใช้ความรู้เชิงสัญลักษณ์หรือการให้เหตุผลอย่างชัดเจน นักวิจัยจำนวนมากขึ้นจึงมองว่าพฤติกรรมที่ฉลาดเป็นคุณสมบัติที่เกิดขึ้นเองจากการปฏิสัมพันธ์ของตัวแทนกับสิ่งแวดล้อม รวมถึงตัวแทนอื่นๆ ในสภาพแวดล้อมนั้นด้วย

ในขณะที่นักวิจัยบางกลุ่มเริ่มออกแบบหุ่นยนต์ของตนโดยเชื่อมโยงระบบการรับรู้และการกระทำเข้าด้วยกันอย่างใกล้ชิด และพยายามที่จะจำลองและวางตำแหน่งตัวแทนของตนตามแนวคิดของ Brooks นักวิจัยกลุ่มอื่น ๆ ก็พยายามจำลองพฤติกรรมของระบบหลายตัวแทน และวิเคราะห์ปรากฏการณ์ของระบบแบบกระจายอำนาจในการบรรลุเป้าหมายโดยรวมให้ลึกซึ้งยิ่งขึ้น ตัวอย่างเช่น ในปี 1996 Minar, Burkhard, Langton และ Askenazi ได้สร้างแพลตฟอร์มซอฟต์แวร์หลายตัวแทนสำหรับการจำลองตัวแทนที่โต้ตอบกันและพฤติกรรมร่วมกันที่เกิดขึ้นใหม่ เรียกว่า " Swarm " หน่วยพื้นฐานใน Swarm คือ "ฝูง" ซึ่งเป็นกลุ่มของตัวแทนที่ดำเนินการตามตารางการกระทำ ตัวแทนสามารถประกอบด้วยฝูงของตัวแทนอื่น ๆ ในโครงสร้างแบบซ้อนกันได้ เนื่องจากซอฟต์แวร์ยังให้ไลบรารีเชิงวัตถุของส่วนประกอบที่นำกลับมาใช้ใหม่ได้สำหรับการสร้างแบบจำลอง การวิเคราะห์ การแสดงผล และการควบคุมการทดลองบนแบบจำลองเหล่านั้น ในที่สุดแล้ว ซอฟต์แวร์นี้พยายามที่จะไม่เพียงแต่จำลองพฤติกรรมของระบบหลายตัวแทนเท่านั้น แต่ยังทำหน้าที่เป็นพื้นฐานสำหรับการสำรวจเพิ่มเติมว่ากลุ่มตัวแทนโดยรวมสามารถบรรลุเป้าหมายโดยรวมได้อย่างไรผ่านการประสานงานอย่างรอบคอบแต่โดยนัย^{[ 10 ]}

• ระบบส่วนกลาง
• การกระจายอำนาจ
• การประมวลผลแบบกระจายศูนย์
• การประมวลผลแบบกระจาย
• ปัญญาแบบกลุ่ม

ตัวอย่างของระบบกระจายอำนาจ:

• เครือข่าย: เทคโนโลยีแบบ peer-to-peer (เช่นเครือข่ายแบบกระจายศูนย์ 42 )
• ด้านการเงิน: บิตคอยน์
• ชุมชนสัตว์: มดเก็บเกี่ยวสีแดง

• Camazine, Scott; Sneyd, James (1991). "แบบจำลองการเลือกแหล่งน้ำหวานร่วมกันของผึ้ง: การจัดระเบียบตนเองผ่านกฎง่ายๆ" วารสารชีววิทยาเชิงทฤษฎี 149 ( 4): 547. Bibcode : 1991JThBi.149..547C . doi : 10.1016/S0022-5193(05)80098-0 .
• Kernis, Michael H.; Cornell, David P.; Sun, Chien-ru; Berry, Andrea; Harlow, T (1993). "ความภาคภูมิใจในตนเองมีมากกว่าแค่ว่าสูงหรือต่ำ: ความสำคัญของความมั่นคงของความภาคภูมิใจในตนเอง" วารสารบุคลิกภาพและจิตวิทยาสังคม 65 ( 6): 1190– 204. doi : 10.1037/0022-3514.65.6.1190 . PMID  8295118 .
• มิลเลอร์, ปีเตอร์ (กรกฎาคม 2550). "ทฤษฎีฝูง" . เนชั่นแนล จีโอกราฟิก . เก็บถาวรจากต้นฉบับเมื่อวันที่ 19 พฤษภาคม 2551 . สืบค้นเมื่อ 21 พฤศจิกายน 2556 .
• Abeysinghe, Asanka (กรกฎาคม 2018). "สถาปัตยกรรมแบบเซลล์" . WSO2, Inc . สืบค้นเมื่อ 14 กุมภาพันธ์ 2019 .