A unified approach to the emergence of complex communication

Abstract

Aquesta tesi estudia l'emergència de complexitat en sistemes de comunicació naturals, prenent el llenguatge humà com a principal objecte d'estudi. Ens centrem en i) Patrons estadístics de complexitat, ii) Mecanismes generatius i iii) aspectes relacionats amb la teoria de la informació. Primer mostrem un estudi on es quantifica l'emergència de la sintaxi al nivell ontogenètic usant la moderna teoria de xarxes complexes. Posteriorment, es proposa un esquelet matemàtic per a la sintaxi humana amb el propòsit d'identificar les mínimes propietats formals d'un sistema generatiu, essent aquest constructe consistent amb els patrons observats prèviament. Seguidament explorem un patró molt comú en sistemes de comunicació complexes, la llei de Zipf, presentant un argument que explica la seva emergència des de consideracions únicament basades en la teoria de la informació. Finalment, abordem el problema de la referencialitat, proposant una mesura consistent amb la teoria de la informació que evalua el seu grau de conservació en un intercanvi comunicatiu arbitrari.

This dissertation studies the emergence of complexity in natural codes taking human language as the object of study. We focus our analysis in i) Statistical patterns of complexity, ii) Generative mechanisms and iii) Information theoretic aspects of complex communication. We first provide a quantitative identification of the emergence of syntax at the ontogenetic level through modern theory of complex networks. We then propose a mathematical backbone for human syntax with the aim to identify the minimal formal properties for a natural generative system, which is consistent with the previous observed patterns. We follow by studying a well-known statistical pattern of complex communication systems, Zipf's law, for which we propose an information-theoretic argument accounting for its emergence. Finally, the problem of referentiality is studied, proposing an information-theoretic estimator to evaluate its degree of conservation in a given communicative exchange.