Browsing by Title

Määrittelin Bloomin uudistettua taksonomiaa ohjeena pitäen luokitteluperusteet ylioppilastutkinnon fysiikan koetehtäville. Niiden avulla määritin kullekin kevään 2006–2015 ylioppilastutkinnon fysiikan koetehtävälle sen hyväksyttävästi vastaamisessa vaadittavat tiedon- ja sen käsittelyntasot eli Bloomin luokat. Koetehtävät painottuivat ymmärtää-tasolle ja pelkästään muistaa-tason tehtäviä oli hyvin vähän. Koetehtävien vaikeuden arvioimiseen käytin klusterianalyysiä. Syöttötietona oli tehtävän pistejakauma ja siihen vastaamatta jättäneiden lukumäärä. Klusterien tulkitsin edustavan kolmea vaikeusastetta: helpot, helpohkot ja vaikeat. Vaikeusasteen ja Bloomin luokan yhteyttä tutkin Fisherin tarkalla testillä. Tuloksista kävi ilmi, että korkeimpien Bloomin luokkien tehtävät kuuluivat vaikeat-klusteriin. Lisäksi tutkin alustavasti vaikeat-klusterin osajoukkoa, jonka tehtävissä ilmeni ei-toivottuja ominaisuuksia.

Urbanisaatio on heikentänyt vedenlaatua kaupungeissa ja lisännyt metallien määrää kaupunkivesissä. Metallit eivät alkuaineina hajoa vedessä ja suurina määrinä ne ovat tyypillisesti vahingollisia eliöille. Erityisesti liukoiset metallit on todettu haitallisiksi, sillä ne ovat suoraan eliöiden käytettävissä. Aiempien tutkimusten mukaan maankäyttömuodot vaikuttavat metallipitoisuuksiin kaupunkivesissä, mutta vaikutukset ovat vaihdelleet tutkimuksesta toiseen. Asukastiheyden vaikutusta metallipitoisuuksiin on tutkittu vähän, mutta suuren asukastiheyden on todettu heikentävän vedenlaatua valuma-alueilla. Tämän vaikutuksen vuoksi asukastiheyden voisi olettaa nostavan metallipitoisuuksia. Suurimmat metallipitoisuudet on tyypillisesti löydetty valuma-alueilta, joilla on suuria osuuksia läpäisemättömiä pintoja (TIA). Tutkimuksen tavoitteena on selvittää, miten erilaiset maankäyttömuodot, läpäisemätön pinta, asukastiheys ja vedenlaadun muuttujat vaikuttavat liukoisten metallien pitoisuuksiin Helsingin seudulla. Tutkimuksessa kerättiin vesinäytteet 68 valuma-alueelta elokuussa 2013 ja samalla mitattiin pH, happipitoisuus ja sähkönjohtokyky. Vesinäytteistä analysoitiin liukoisten metallien osuudet alumiinista, vanadiinista, kromista, mangaanista, raudasta, nikkelistä, kuparista, sinkistä, arseenista, kadmiumista, tinasta ja lyijystä sekä kiintoainespitoisuudet. Valuma-alueiden maankäyttömuodot määritettiin SYKE:n CORINE-aineistosta, asukastiheydet HSY:n SeutuCD'13-aineistosta sekä Kirkkonummen valuma-alueen osalta Masi Mailammin Pro gradusta ja läpäisemättömän pinnan osuudet EEA:n Imperviousness 2012 -aineistosta ArcGIS-ohjelmiston työkaluilla. Ympäristömuuttujien suhteita metallipitoisuuksiin tutkittiin R-ohjelmalla Spearmanin korrelaation, yleistettyjen lineaaristen mallien (GLM) sekä hierarkkisen osituksen avulla. Tutkimuksen perusteella eri maankäyttömuodot vaikuttivat eri tavoin yksittäisten metallien pitoisuuksiin. Urbaanit maankäyttömuodot nostivat kuparin pitoisuuksia, joten kupari vaikuttaa hyvältä indikaattorimetallilta ihmistoiminnalle. Alumiini käyttäytyi päinvastoin vähentyen ihmistoiminnan alueilla ja lisääntyen metsissä. Läpäisemätön pinta ja asukastiheys vaikuttivat vanadiini- ja kuparipitoisuuksiin positiivisella vasteella, kun taas nikkeliin sekä lyijyyn pitoisuuksia vähentäen. TIA:n avulla voisi siis ennustaa kyseisten metallien pitoisuuksia vesissä tällä tutkimusalueella. Asukastiheyden vaikutukset yksittäisten metallien pitoisuuksiin ovat kokonaan uutta tietoa, joten ne voivat toimia pohjana tuleville tutkimuksille. Eri ympäristömuuttujien suhteelliset vaikutukset vaihtelivat metalleittain: vedenlaatumuuttujat vaikuttivat suhteellisesti enemmän mangaaniin, rautaan, sinkkiin ja lyijyyn, kun taas urbaanit tekijät vanadiiniin, kromiin, kupariin ja kadmiumiin. Metsien osuus on suhteellisesti suurimpana tekijänä alumiinipitoisuuksissa, mutta mikään tekijä ei erottunut muita suuremmalla osuudella nikkelipitoisuuksien vaihtelun selittäjinä. Tulevissa tutkimuksissa otoskokoa tulisi suurentaa mallinnuksen parantamiseksi sekä ajallista kattavuutta parantaa tekemällä useampi näytteenottokierros. Kokonaiskuormituksen selvittämiseksi metallianalyyseihin olisi hyvä lisätä kokonaispitoisuuksien määritys eli ottaa huomioon partikkeleihin sitoutunut vesien metallipitoisuus.

Benttisiä piileviä hyödynnetään virtavesien veden laadun ja ekologisen tilan seurannassa. Vesistöjen tilaa voidaan arvioida muun muassa erilaisten piileväindeksien avulla tai tarkastelemalla lajiston koostumusta. Tällaiset menetelmät perustuvat usein lajien herkkyyteen, koska tarkin mahdollinen taksonominen taso on nähty parhaana ympäristön tilan seurannassa. Piileväyksilöiden tunnistus lajitasolle voi kuitenkin olla haastavaa, minkä vuoksi myös korkeamman taksonomisen tason hyödyntämistä on tutkittu. Lajien herkkyyden sijaan ympäristön tilan seurannassa voidaan käyttää myös lajien piirteitä ja piirteiden perusteella määritettyjä ekologisia ryhmiä. Tässä tutkimuksessa testattiin, miten maantieteelliset ja paikalliset ympäristötekijät sekä valuma-alueen maanpeite vaikuttavat virtavesien piilevälajistoon. Tarkastelu tehtiin laji- ja sukutasolla sekä piilevien piirteitä ja ekologista luokittelua hyödyntämällä. Tavoitteena oli selvittää, miten ympäristömuuttujat vaikuttavat eri vastemuuttuja-aineistoihin, miten hyvin aineistojen vaihtelua pystytään selittämään, ja milloin mitäkin vasteaineiston muotoa kannattaa käyttää. Tutkimuksessa oli 51 virtaveden havaintopaikkaa Etelä-, Kaakkois- ja Itä-Suomesta. Havaintopaikoilta määritettiin veden kemiallinen ja fysikaalinen laatu, uoman ympäristöön liittyviä muuttujia sekä piilevälajisto laji- ja sukutasolla. Lisäksi määritettiin havaintopaikkojen valuma-alueiden maanpeitteiden suhteelliset osuudet. Piilevät luokiteltiin ekologisiin ryhmiin Rimetin ja Bouchezin menetelmän mukaan. Vasteaineistoja oli kolme: lajitason aineisto, sukutason aineisto ja luokitteluaineisto. Selittävien muuttujien ja vastemuuttujien välisiä suhteita tarkasteltiin Spearmanin järjestyskorrelaatiokertoimen avulla. Ympäristömuuttujien vastetta piilevien piirteisiin ja ekologisiin ryhmiin sekä lajirunsauteen ja sukujen runsauteen testattiin yleistetyn lineaarisen mallin (GLM) avulla. Ympäristömuuttujien vaikutusta eri piileväaineistojen koostumukseen testattiin redundanssianalyysin (RDA) ja hajonnan osituksen avulla. Ympäristömuuttujilla pystyttiin selittämään hyvin laji- ja sukutason aineistojen koostumusta. Sukutason aineiston koostumusta pystyttiin selittämään RDA:n avulla paremmin kuin lajitason aineistoa. Ympäristömuuttujilla ei kuitenkaan pystytty selittämään kovin hyvin lajirunsautta tai sukujen runsautta. Ekologiset ryhmät ja lajien piirteet menestyivät hyvin korrelaatioanalyysissä ja yleistetyissä lineaarisissa malleissa, mutta huonosti etenkin hajonnan osituksessa. Korrelaatioanalyysissä ja GLM:ssä vastemuuttujista ekologisia ryhmiä ja piilevien piirteitä pystyttiin selittämään huomattavasti paremmin kuin lajirunsautta ja sukujen runsautta. Kokonaisfosforipitoisuus oli yhteydessä etenkin liikkuvien lajien osuuteen. Maanpeitemuodoista rakennetut alueet ja maatalousalueet selittivät hyvin liikkuvien lajien osuutta, joten liikkuvien lajien osuudella voidaan hyvin indikoida ihmistoiminnan vaikutuksia virtavesiin. Parhaiten ympäristömuuttujilla pystyttiin selittämään korkeaa profiilia ja kolonioita muodostavien lajien osuutta. Näiden osuutta etenkin johtokyky selitti hyvin. Tutkimuksen perusteella virtavesien tilaa voidaan tutkia suhteellisen luotettavasti piilevälajien ja -sukujen sekä piilevälajiston piirteiden ja ekologisten ryhmien avulla. Parhaan mahdollisen tuloksen saavuttamiseksi vastemuuttuja-aineiston muoto kannattaa valita tutkimuskysymysten ja -menetelmien mukaan.

Tämän tutkielman tarkoituksena on esitellä ympyrällisiä nelikulmioita, tutustua niiden ominaisuuksiin sekä tutkia niiden duaalisuutta tavallisessa euklidisessa tasogeometriassa. Ympyrälliset nelikulmiot ovat sellaisia nelikulmioita, joilla on sisä- tai ympärysympyrä. Sisäympyrällisen nelikulmion sisään voidaan piirtää ympyrä siten, että se sivuaa jokaista nelikulmion sivua. Ympärysympyrällinen nelikulmio on taas sellainen, jonka jokainen kärkipiste sijaitsee sen ympäri piirretyn ympyrän kehällä. Tutkielmassa näistä tullaan käyttämään käsitteitä tangentiaalinen ja syklinen nelikulmio. On olemassa kuitenkin myös sellaisia nelikulmioita, joilla on sekä sisä- että ympärysympyrä. Näitä kutsutaan nimellä bisentrinen nelikulmio. Ympyrällisten nelikulmioiden ominaisuuksien lisäksi tarkastellaan lyhyesti, mitkä tavallisimmista nelikulmioista ovat ympyrällisiä nelikulmioita. Tutkielmassa rajoitutaan konvekseihin nelikulmioihin, joita tangentiaalinen ja bisentrinen nelikulmio luonnostaan jo ovat. Vaikka ympyrällisiä nelikulmioita ja niiden ominaisuuksia on tutkittu jo antiikin Kreikan ajoilta, nykyajan interaktiiviset geometriset ohjelmistot, kuten GeoGebra, antavat mahdollisuuden tutkia niitä huomattavasti helpommin ja tehokkaammin. 2000-luvulla löydettyjä uusia tuloksia ja todistuksia julkaistaan vuosittain esimerkiksi Forum Geometricorum -nimisessä vertaisarvioidussa verkkojulkaisussa. Osa näistä tuloksista on todistettu käyttäen apuna analyyttista geometriaa tai trigonometriaa, mutta tässä tutkielmassa on pyritty pitäytymään puhtaasti geometrisissa todistuksissa. Seuratakseen tutkielmaa lukija tarvitsee koulumatematiikan antamat perustiedot tavallisimpien euklidisten tasokuvioiden ominaisuuksista, yhtenevyyskriteereistä ja yhdenmuotoisuuslauseista. Muut ympyrällisten nelikulmioiden ominaisuuksien todistamisessa käytettävät lauseet tullaan todistamaan erikseen luvussa kaksi. Tutkielma soveltuu siis hyvin muun muassa geometriasta syvemmin kiinnostuneille lukiolaisille, matematiikkaolympialaisiin osallistuville sekä matematiikan aineenopettajille ja aineenopettajaksi opiskeleville. Aiheeseen liittyvistä nimetyistä lauseista todistetaan muun muassa Pitot'n, Ptolemaioksen ja Fuss'n lauseet. Pitot'n lause kertoo käytännössä sen, että jos konveksilla nelikulmiolla on sisäympyrä, niin sen vastakkaisten sivujen summat ovat samat. Sama pätee myös toiseen suuntaan, joten sen avulla voidaan tutkia nelikulmion tangentiaalisuutta sivujen pituuksien perusteella. Ptolemaioksen lause sanoo, että jos konveksilla nelikulmiolla on ympärysympyrä, niin sen vastakkaisten sivujen tulojen summa on sama kuin lävistäjien tulo. Tämäkin pätee toiseen suuntaan ja sen suurin hyöty koskettaa syklisen nelikulmion lävistäjien pituuksia. Fuss'n lauseella saadaan määriteltyä bisentrisen nelikulmion keskipisteiden välinen etäisyys sen sisä- ja ympärysympyrän säteiden avulla. Toisaalta huomataan myös, että kyseinen etäisyys voidaan ilmaista pelkästään sivujen pituuksien avulla. Tutkielman lopussa johdetaan ympyrällisten nelikulmioiden duaalisuuteen perustuen lauseita, joita ei kirjallisuudesta löytynyt. Samalla käydään läpi sitä prosessia, miten niihin päädyttiin. Tullaan huomaamaan, että projektiivisessa geometriassa esiintyvän duaalisuusperiaatteen kaltainen 'rajoitetumpi duaalisuus' esiintyy varsin usein euklidisessa tasogeometriassa, jota voidaan hyödyntää uusien konjektuurien ja lauseiden muodostamisessa. Lopuksi tarkastellaan vielä rinnakkain tangentiaalisen ja syklisen nelikulmion välillä vallitsevia duaaleja lauseita sekä miten tavallisten ympyrällisten nelikulmioiden duaalit nelikulmiot ja hierarkkisuus voidaan havainnollistaa symmetrisesti niiden parissa työskenteleville.

Kansainvälisellä tasolla kaupungit ovat alkaneet kehittää yöaikaista vetovoimaansa, jolla kaupungit houkuttelevat kulttuuria ja lisäävät taloudellista tuotantoa ja kulutusta. Tämä kehityskulku edellyttää kaupunkien hallinnoilta monipuolisten yöaikaisten ilmiöiden ja vaikutusten arviointia. Urbaanin yön määritteleminen ja ymmärtäminen on kuitenkin monimutkaista. Erityisesti päivän ja yön väliseen rajaan tulee kiinnittää huomiota. Yöaikaisia ohjelmia ja toimintoja kehittävät yöpormestarit ovatkin yleistyneet eri puolilla maailmaa. Myös Helsingissä toteutettiin yöluotsi-kokeilu vuosina 2020–2021. Yöaikaisia kaupunkeja käsittelevä tutkimuskirjallisuus on laaja-alaista, mutta se on toisaalta hyvin hajanaista. Yön kannalta onkin haastavaa tutkia yksittäisiä ilmiöitä, koska monet ilmiöt vuorovaikuttavat toistensa kanssa muodostaen sekavan tutkimuskentän. Tässä tutkielmassa yöaikaisen kaupungin hallintaa ja sen mahdollistamista tarkastellaan kolmesta näkökulmasta. Ensimmäiseksi kaupunkeja tarkastellaan laaja-alaisesti yöaikaisten erityispiirteiden kannalta, jotta yöaikaisia kaupunkeja ymmärretään selvemmin. Toisena näkökulmana tarkastellaan liikkumista ja liikennettä yöaikaan urbaaneissa ympäristöissä. Kolmantena näkökulmana tarkastellaan valvonnan merkitystä yöaikaisessa kaupungissa. Tutkielmassa käsitellään yöaikaisen kaupungin kirjallisuutta laaja-alaisesti, minkä lisäksi työssä hyödynnetään myös tutkimushaastatteluja. Tavoitteena on hahmottaa yöaikaisia kaupunkeja ja niihin liittyviä tukevia toimintoja. Yöaikaisen kaupungin hallinnassa tulee huomioida laajoja kokonaisuuksia ja eri toimijoiden muodostamia verkostoja. Yöaikaisesta kaupungista ei ole kuitenkaan helppoa laatia yksiselitteisiä ratkaisuja, koska monilla ratkaisuilla voi olla sekä negatiivisia että positiivia vaikutuksia.

The release of Bitcoin marked the birth of blockchain applications. Due, among other things, to the need for public verifiability, blockchain information is often transparent, which in many cases leads to insufficient privacy. Various methods have been developed to obfuscate the blockchain data, which should at the same time maintain public verifiability. A promising cryptographic approach is zero-knowledge proof that enables a statement to be proved without revealing any other information than the validity of the statement. Zero-knowledge proofs are examined in detail, first focusing on their general properties. With blockchains, the key features for zero-knowledge proof schemes are non-interactivity and succinctness, and schemes that fulfill these requirements are often called as zk-SNARKs. In a limited use, where succinctness is not critical, Fiat-Shamir transform has also been useful. We study the use of zero-knowledge proofs in blockchain applications Zcash, Ethereum and Monero, with a particular focus on privacy and feasibility.

Ilmakehän aerosolihiukkasilla on vaikutuksia maapallon säähän ja ilmastoon ja siksi niiden syntyä ja toimintaa pyritään tuntemaan yhä paremmin. Jos niiden rakenneosaset tunnetaan hyvin, voidaan myöskin aerosolihiukkasten ominaisuudet oppia tuntemaan paremmin. Mallinnusten ohella kokeelliset mittaukset ovat yksi keino saada lisää tietoa ilmakehän pienten rakenneosasten toiminnasta. Tässä työssä tutkin voidaanko differentiaalisella liikkuvuusanalysaattorilla (differential mobility analyzer, DMA) mitata α-pineenin hapetustuotteiden eri rakenteita. α-pineeni ja otsoni reagoivat virtausputkessa ja reaktioissa muodostuneet hapetustuotteet varattiin klusteroimalla ne elektrospraylla tuotettujen varattujen reagenssi-ionien kanssa. Näin syntyneiden varattujen klustereiden liikkuvuus ja massa-varaus-suhde mitattiin. Analysointiprosessissa käytin Matlab-pohjaista ToFTools-ohjelmaa ja INAR:in postdoc Lauri Ahosen tekemää Flat-DMA-analysointiohjelmaa. Tunnistin ToFToolsilla α-pineenin hapetustuotteista ja reagenssi-ionista koostuvien klustereiden kemiallisen koostumuksen niiden massan perusteella ja sovitin niiden liikkuvuusspektrin piikkien sisään Flat-DMA-analysointiohjelmalla piikkejä DMA:n maksimiresoluutiolla. Sovitettujen piikkien määrä kertoo siitä, kuinka monta rakennetta kullakin klusterilla mahdollisesti voisi olla. Mittauksissa havaittiin useita yhdisteitä, joita voitiin teorian perusteella olettaa syntyvän. Kuitenkin tunnistettiin myös sellaisia yhdisteitä, joita ei odotettu muodostuvan α-pineenin ja otsonin välisissä reaktioissa. On mahdollista, että yhdisteet on tunnistettu väärin tai mittauksiin on päässyt epäpuhtauksia. Näiden mittausten perusteella ei voida vielä varsinaisesti tehdä johtopäätöksiä siitä, miten monta isomeeria α-pineenin hapetustuotteilla on. Tulosten perusteella käytetty reagenssi-ioni vaikuttaa merkittävästi mitattujen rakenteiden määrään, joten jotta α-pineenin hapetustuotteiden rakenteita voitaisiin tutkia, täytyisi kunkin reagenssi-ionin vaikutus tuntea paremmin. Myöskin jotta rakenteiden määrää voitaisiin tutkia luotettavammin, täytyisi DMA:n resoluution olla huomattavasti nykyistä parempi. Nykyisellä resoluutiolla isomeerien määrän arviointi oli hankalaa eikä lopputuloksista voida olla varmoja.