Browsing by Title

Differential privacy is a mathematically defined concept of data privacy that is based on the idea that a person should not face any additional harm by opting to give their data to a data collector. Data release mechanisms that satisfy the definition are said to be differentially private and they guarantee the privacy of the data on a specified privacy level by utilising carefully designed randomness that sufficiently masks the participation of each individual in the data set. The introduced randomness decreases the accuracy of the data analysis, but this effect can be diminished by clever algorithmic design. Robust private linear regression algorithm is a differentially private mechanism originally introduced by A. Honkela, M. Das, O. Dikmen, and S. Kaski in 2016. The algorithm is based on projecting the studied data inside known bounds and applying differentially private Laplace mechanism to perturb the sufficient statistics of the Bayesian linear regression model that is then fitted to the data using the privatised statistics. In this thesis, the idea, definitions and the most important theorems and properties of differential privacy are presented and discussed. The robust private linear regression algorithm is then presented in detail, including improvements that are related to determining and handling the parameters of the mechanism and were developed during my work as a research assistant in the Probabilistic Inference and Computational Biology research group (Department of Computer Science at University of Helsinki and Helsinki Institute for Information Technology) in 2016-2017. The performance of the algorithm is evaluated experimentally on both synthetic and real-life data. The latter data are from the Genomics of Drug Sensitivity in Cancer (GDSC) project and consist of the gene expression data of 985 cancer cell lines and their responses to 265 different anti-cancer drugs. The studied algorithm is applied to the GDSC data with the goal of predicting which cancer cell lines are sensitive to each drug and which are not. The application of a differentially private mechanism to the gene expression data is justifiable because genomic data are identifying and carry highly sensitive information about e.g. an individual's phenotype, health, and risk of various diseases. The results presented in the thesis show the studied algorithm works as planned and is able to benefit from having more data: in the sense of prediction accuracy, it approaches the non-private version of the same algorithm as the size of the available data set increases. It also reaches considerably better accuracy than the three compared algorithms that are based on different differentially private mechanisms: private linear regression with no projection, output perturbed linear regression, and functional mechanism linear regression.

In this work, calibration methods, reference compounds and sample introduction system used by various researchers for different ion mobility spectrometer (IMS) techniques have been discussed. Reduced mobility values of positive and negative reference compounds along with the reason for selecting them by different researchers have been described in the literature. Differential mobility spectrometer’s (DMS) performance was evaluated by measuring calibration curves and performing repeatability tests using two test compounds: 2,6-di-tertbutylpyridine (2,6-DtBP) and hexylamine. 2,6-DtBP is often used as a positive reference compound since the mobility of its ions are independent of temperature and humidity of the drift gas. It produces a single mobility peak and due to its high proton affinity, the instrument is sensitive for the analysis of the compound. Hexylamine on the other hand produces proton bound dimer at high concentrations. Both 2,6-DtBP and hexylamine’s peak intensity and peak area showed a linear correlation when plotted against concentration. However, the linearity was only followed up to certain concentration and above this concentration the peak intensity did not follow a linear relationship. Repeatability and calibration plots were studied and compared for both 2,6-DtBP and hexylamine, where both the compounds were diluted with nitrogen gas and nitrogen gas mixed with purified air. The repeatability was good for both the compounds when they were diluted only with nitrogen

Socio-economic segregation has been increasing in Helsinki for decades and the relation between socioeconomic factors and educational outcomes have been discussed frequently recently and have been an important topic for politicians and researchers. An increasing segregation and dwindling school results in the more disadvantaged areas of Finland have been connected in various reports. The main objective in this master’s thesis is firstly to investigate the spatial socio-economic differences between school catchment areas of the 26 municipalities in the Uusimaa region. And secondly, the relationship between educational outcomes and socio-spatial segregation in Uusimaa, as the former research evidence has only documented the socio-spatial differentiation within the municipalitan core of the region. The aim is to analyze the relationship of the four different socio-economic variables of basic level education, higher education, unemployment and low income households in each school catchment area and present them with help of four different maps created in GIS. Lastly data consisting of educational outcomes from first year pupils (N=1 920) from 41 different schools in the Uusimaa region provided by Kansallinen koulutuksen arviointikeskus were analysed. The data consisted of two standardized tests, one regarding mathematics and one about the finnish language. These two tests were part of a longitudinal evaluation which started in the fall of 2018. The core finding of this study is that Helsinki is by far the area with the largest socio-economic differences between the school catchment areas in the Uusimaa region, where eastern Helsinki often displayed low socio-economic levels and where western Helsinki and southern Espoo often presented a high socio-economic level compared to the rest of the Uusimaa region. And that the educational results regarding the Finnish language had a stronger correlation with the socio-economic data compared to the mathematical educational outcomes. These findings offer new insights for Finnish educational policies and demonstrate the need for supporting schools in disadvantaged neighbourhoods in different types of urban and rural areas.

As more nuclear power plants around the world face shut down and decommissioning in coming years, a need for methods to separate and analyse difficult-to-measure radionuclides is increasing. This work presents a brief overview of difficult-to-measure radionuclides and waste types of interest to Finnish nuclear power plant operators, with various methods developed to analyse them. Also included is information about research and analysis methods used by various Finnish organizations. Aside from literature overview, the results from laboratory work that was conducted are also included. An analytical method to simultaneously determine 55Fe and 63Ni in pressure vessel steel from BWR and VVER type reactors was tested. The method consisted of separation of iron and nickel from other metals and each other by hydroxide precipitation and anionic ion exchange chromatography, followed by purification of nickel with dimethylglyoxime complexation. Poor recoveries and low decontamination factor of 60Co led to abandonment of the method and adoption of different separation procedure based on anion exchange in HCl-acetone medium. In the second method Fe and Ni were separated from cobalt and each other by loading them to anion exchange column that had been preconditioned with a 9:1 mixture of acetone and HCl. Iron forms a complex with acetone that is not absorbed on anion exchange resin, while nickel and cobalt are both absorbed. Nickel was eluted with a 7:2 mixture of acetone and HCl, separating it from cobalt. Radioactivity of 55Fe and 63Ni was determined with liquid scintillation counting, while chemical yield was determined with atomic emission spectroscopy.

Diffuusiokuvantaminen perustuu magneettikuvauslaitteen avulla mitattuun vesimolekyylien satunnaiseen lämpöliikkeeseen. Pehmytkudoksessa vesimolekyyli diffuntoituu noin 17 mikrometrin matkan 50 millisekunnin aikana ja diffuusiokuvantaminen on ainoa kliininen kuvantamismenetelmä, joka pystyy rekisteröimään näin pientä liikettä ei-invasiivisesti. Tutkimalla, missä suunnissa diffuntoituminen on voimakasta, voidaan paikantaa esimerkiksi valkeasta aivoaineesta hermoratojen reittejä. Tämä edellyttää käytännössä vähintään 20 diffuusiosuunnan kuvaamista, joiden pohjalta lasketaan diffuusion suuntaa ja suuruutta kuvaava diffuusiotensori kuva-alkiokohtaisesti. Menetelmä edellyttää nopeaa kuvausaikaa, jotta fysiologiset virtaukset tai potilaan liike eivät häiritse tasoltaan huomattavasti heikomman lämpöliikkeen rekisteröintiä. Nopea kuvaus puolestaan asettaa laiteteknisiä vaatimuksia gradienttikentille, joita ei anatomisessa T1- tai T2-painotetussa kuvantamisessa esiinny. Gradienttikelojen on pystyttävä toimimaan äärirajoillansa koko kuvauksen ajan, jotta useat peräkkäiset rekisteröinnit eri diffuusiosuunnissa ovat mahdollisia. Optimoinnissa käyttäjä ei voi vaikuttaa laiteteknisiin ratkaisuihin, mutta kuvausparametrien variointi on mahdollista. Edellytyksenä mielekkäälle optimoinnille on kuitenkin valita vertailtavat suureet, joiden perusteella voidaan sanoa, mitkä testatuista vaihtoehdoista paransivat kuvanlaatua. Diffuusiotensorikuvantamiseen (DTI) on ehdotettu laadunvalvontaprotokollaa, joka huomioi kuvausmenetelmän laitetekniset haasteet. Kyseinen julkaisu on ainoa, joka ottaa kantaa useimpiin DTI:n ongelmakohtiin ja on siten luonteva lähtökohta DTI-optimoinnille. Julkaisun menetelmässä tutkittiin DTI-sekvenssin tuottamaa signaalikohinasuhdetta, kuvaussekvenssistä ja indusoituvista pyörrevirroista johtuvia erilaisia geometrisia vääristymiä sekä diffuusiotensorista johdettuja FA- ja MD-arvoja. Työn ensimmäisessä vaiheessa valittiin kliiniseen DTI-sekvenssiin pohjautuva referenssisekvenssi, jota varioitiin yksi kuvausparametri kerrallaan. Muunnellut parametrit olivat kaikuaika, rinnakkaiskuvantamiskerroin, k-avaruuden keräyslaajuus, päämagneettikentän tasoitusalue sekä diffuusiopainotuskerroin eli b-arvo. Varioituja sekvenssejä oli yhteensä 10, joiden pohjalta valittiin kuvanlaatuun myönteisesti vaikuttaneet parametrit työn toiseen vaiheeseen, missä referenssisekvenssiä varioitiin usean parametrin suhteen. Lopputuloksena todettiin, että lyhin mahdollinen kaikuaika 55 ms ja suurin mahdollinen k-avaruuden kartoitusalueparametrin arvo 0,780 kasvattivat signaalikohinasuhdetta 13 %. Rinnakkaiskuvantamiskertoimen kasvattaminen kahdesta kahteen ja puoleen pienensi geometrisia vääristymiä kvalitatiivisessa arviossa, mutta heikensi signaalikohinasuhdetta referenssisekvenssiin verrattuna suurimmillaan vain 5 %. Päämagneettikentän tasoitusalueen valinnalla tai b-arvon pienentämisellä tuhannesta kahdeksaansataan ei havaittu olevan merkittävää vaikutusta kuvanlaadulle fantomitutkimusessa. Tulokset eivät poikenneet teoreettisista ennusteista, mutta toisaalta laiteteknisistä rajoituksista johtuen optimointi ei voi perustua pelkästään teoreettiseen arvioon oikeista parametrien arvoista. Työssä esitettyä menetelmää on mahdollista jatkossa käyttää myös muiden diffuusiopainotettujen sekvenssien optimoinnissa.

Digitalisaation myötä kokoelmia on alettu digitoida ja palveluja välittää verkossa. COVID-19- pandemia ajoi museot uuteen tilanteeseen, kun tilat jouduttiin sulkemaan kävijöiltä. Digitaaliset keinot ja kanavat on otettu osaksi yleisötyötä. Yleisötyön tarjoaminen useita kanavia pitkin luo lisäarvoa ja mahdollistaa saavutettavuuden ajasta ja paikasta riippumatta. Tutkimus on itsessään arvokas tapaustutkimus, joka kohdistuu Amos Rexiin ja Helsingin kaupunginmuseoon. Museoilta voidaan oppia, kuinka digitaalista yleisötyötä on mahdollista harjoittaa. Tulokset voivat kannustaa testaamaan uusia menetelmiä ja toteuttamaan uusia digitaalisia tuotteita. Aiemmat tutkimukset ovat kartoittaneet yleisesti digitaalisen yleisötyön käytäntöjä ja haasteita. Tässä tutkimuksessa selvitetään, miten museoissa käytetään digitaalista kuvasisältöä sekä millä välineillä ja mitä kanavia käyttäen sitä esitetään. Tutkimus on rajattu käsittelemään seuraavia yleisötyön toiminnan alueita: näyttelytoiminnan täydentäminen organisaation tiloissa, näyttelytoimintaa täydentävän sisällön tuotanto ja jakaminen verkossa ja avointen digitaalisten aineistojen muokkaaminen tai rikastaminen. Keinojen ja kanavien pohjalta tarkasteltiin ISO / IEC 25010 laatumallia käyttäeen, millä perusteella kyseisiin ratkaisuihin on päädytty. Tutkimuksen aineistona toimivat museoissa esillä olleet näyttelyt, museoiden verkkojulkaisut ja haastattelu. Museoilla on useampi digitaalinen kanava käytössä. Helsingin kaupunginmuseo hyödyntää digitaalisia keinoja Amos Rexiä enemmän. Haasteena on, että tekijät ja museo eivät kohtaa. Avoimien aineistojen pariin yritetään houkutella erilaisten tapahtumien ja haasteiden avulla. Digitaalisia välineitä ja keinoja valitessa käyttäjän näkökulmasta tärkeimmät kriteerit ovat käytettävyys ja tehokkuus, museon näkökulmasta ylläpidettävyys ja siirrettävyys.

Tämän pro gradu –tutkielman aihe on digitaalisten oikeuksien hallinta (DRM) yhteistyöverkostoissa, tarkemmin rajattuna omistajuuden jäljitettävyys. Tutkielma on vertaileva kirjallisuuskatsaus suurien yhteistyöverkostojen käyttöön sopivista DRM-tekniikoista. Se pyrkii vastaamaan kysymykseen, millaisia eri tekniikoita on olemassa digitaalisen sisällön oikeuksien hallintaan, ja mikä tai mitkä niistä soveltuvat erilaisiin yhteistyöverkostoihin. Tutkielman tuloksena nähdään, että parhaisiin tuloksiin päästään eri DRM-tekniikoita yhdistämällä. Perinteistä salaamista, vesileimoja ja sormenjälkiä, sekä laitteistoihin lisättäviä tietoturvaominaisuuksia voidaan hyödyntää parhaan lopputuloksen saamiseksi. Kaikkia näitä suojaustekniikoita kehitetään jatkuvasti, ja pyritään saamaan niistä yhä turvallisempia ja vankempia eri salausavaimia, -tyylejä ja salauskertojakin käyttämällä. Näiden suojaustekniikoiden monipuolinen käyttö johtaakin luotettavimpaan ratkaisuun, kun digitaalista sisältöä halutaan jakaa yhteistyöverkostoissa.

Maantiede on hyvin visuaalinen oppiaine, ja erilaiset kartat ja kuvat ovat avainasemassa maantieteellisen tiedon esittämisessä ja ymmärtämisessä. Yhteiskunnan digitaalinen muutos ja teknologian kehitys ovat kuitenkin muokanneet maantieteen opetusta sekä opettajien käyttämiä materiaaleja merkittävästi. Digitaalisten materiaalien hyödyntämisestä onkin tullut maantieteen opettajille arkipäivää. Toisaalta digitaalisen materiaalin monimuotoisuus tarjoaa myös uusia mahdollisuuksia opettajille esimerkiksi opiskelijoiden osallistamisessa. Valtakunnalliset opetussuunnitelman perusteet painottavatkin nykyään maantieteessä digitaalisuutta sekä geomedian hyödyntämistä niin yläkoulussa kuin lukiossa. Tämä tutkielma on kvalitatiivinen tutkimus, jossa teemahaastatteluiden avulla on tutkittu maantieteen opettajien digitaalisten työkalujen käyttöä paikkatieto-opetuksessa sekä paikkatieto-opetuksen toteuttamisesta. Tutkimusta varten on haastateltu yhteensä 20 maantieteen aineenopettajaa. Haastattelujen perusteella opettajat käyttävät maantieteen opetuksessaan runsaasti digitaalista visuaalisuutta ja erilaisia digitaalisia työkaluja. Digitaalisten opetusmateriaalien käyttö korostuu erityisesti lukio-opettajilla. Sekä yläkoulun että lukion opettajat käyttävät osallistavassa geomedia opetuksessa digitaalisia työkaluja, kuten Googlen karttapalveluita. Toisaalta peruskoulun opettajat painottivat lukio-opettajia enemmän esimerkiksi diagrammien tai karttojen käsin paperille tekemistä. Paikkatieto-opetuksen toteutuksen kannalta sekä lukio- että peruskouluopettajat painottivat Googlen karttaselaimia. Sekä Google Maps että Google Earth olivat useiden käyttämiä työkaluja. Lukio-opettajilla korostui lisäksi vaativammat internetin karttapalvelut, kuten Paikkatietoikkuna tai jopa paikkatieto-ohjelmat, kuten ArcGIS Online. Opettajien valmiuteen käyttää erilaisia paikkatietosovelluksia vaikuttaa merkittävästi heidän oma osaamisensa. Kevyet matalan vaativuustason ohjelmat, kuten Googlen karttapalvelut, koetaan helpoiksi paikkatietoa opettaviksi alustoiksi ja työkaluiksi maantieteen opetuksessa. Vaativamman tason paikkatietosovellukset vaativat myös enemmän opettajan tietämystä sekä ymmärrystä paikkatiedosta. Tästä syystä monet opettajat kokevat ne usein haastaviksi tai hankaliksi opettaa. Sekä yläkoulussa että lukiossa myös aika ja maantieteen kurssien hektisyys ja kiire sekä muiden opetettavien maantieteen aiheiden priorisoiminen vaikuttavat paikkatieto-opetuksen toteutumiseen ja taitojen opettamiseen. Erityisesti lukio-opettajat kokevat maantieteen moduulien olevan niin täynnä asiaa, että paikkatieto-opetukselle ei jää kunnolla aikaa muualle, kuin viimeiseen geomedian moduuliin. Tutkimuksen perusteella voidaan yhteenvetona todeta, että paikkatieto-opetus toteutuu hyvin vaihtelevasti opettajasta sekä opetusasteesta riippuen. Erityisesti opettajan taidot sekä muut resurssit vaikuttavat merkittävästi siihen, millaisia digitaalisia työkaluja opettajat hyödyntävät paikkatieto-opetuksessa.

Tutkielman tarkoituksena on kirjallisuuskatsauksen avulla kuvata tieto- ja viestintäteknologian hyödyntämistä yläkoulussa ja lukiossa. Työssä selvitettiin millainen ja millaisten IT-sovellusten käyttö on perusteltua fysiikan oppimisessa ja opetuksessa ja mitä erityistä hyötyä tai etua IT-sovellusten käytöstä on fysiikan opetuksessa ja oppimisessa. Tutkimusmenetelmäksi valikoitui systemoitu kirjallisuuskatsaus. Tutkimusaiheeseen tutustumisen jälkeen haettiin aiheeseen liittyvää kirjallisuutta Helsingin yliopiston kirjaston käytössä olevista tietokannoista ja Google Scholarista. Lopullinen tutkimusten määrä oli 17. Aineiston perustiedot taulukoitiin ja jaettiin tutkimusten tulosten ja muiden huomioiden perusteella ryhmiin. Kirjallisuuskatsauksen tulosten perusteella IT-sovellusten, tarkemmin simulaatioiden, virtuaalitodellisuuden ja mobiililaitteiden, käyttäminen on oppimisen ja opetuksen kannalta perusteltua yläkoulussa ja lukiossa. Oppimista tukee sovellusten ja opettajan tarjoama ohjaus ja tuki sovellusten käyttäjälle. Samoin sovellusten käyttäminen yhdessä perinteisten kokeellisten töiden kanssa osoittautui hyödylliseksi. IT-sovelluksien käytöllä oli positiivinen vaikutus asenteisiin ja motivaatioon. Ne myös mahdollistavat normaalisti vaikeasti toteutettavien, fyysisesti mahdottomien, vaarallisten tai kalliiden kokeiden toteuttamisen. Lisäksi IT-sovellukset toivat lisää mahdollisuuksia itseopiskeluun. Kuitenkin opettajan ohjaus ja tuki sovellusten käyttäjälle on tärkeää virhekäsitysten välttämiseksi.

Ohjelmistointensiivisten tuotteiden määrä on jatkuvassa kasvussa. Tarkkaa tilastotietoa ohjelmistointensiivisten tuotteiden osuudesta tai toimialan kasvusta on kuitenkin vaikea tuottaa, koska organisaation päätoimiala määrittää, mille toimialalle mahdollinen talouskasvu merkitään. Yleinen arvio on kuitenkin, että yhä useampi markkinoilla oleva tuote tai palvelu pitää sisällään digitaalisia komponentteja. Tässä tutkielmassa tarkastellaan digitalisaatiota yhteiskunnallisena ilmiönä, jonka vaikutukset näkyvät organisaatioille joskus hyvinkin äkkinäisinä asiakastarpeiden muutoksina. Digitalisaation kiihdyttämässä kilpailutilanteessa palvelujen ja tuotteiden on vastattava asiakkaiden tarpeisiin sekä mieltymyksiin entistä paremmin ja nopeammin. Tämän tutkielman tarkoituksena on, kirjallisuuskatsauksen muodossa, tunnistaa niitä avaintekijöitä, jotka ovat organisaatioiden kilpailukyvyn kannalta keskeisiä. Ohjelmistoprosessilla on keskeinen rooli organisaatioiden kilpaillessa markkinoista. Tutkielmassa käsitellään myös IT-organisaation roolia uusien innovaatioiden sekä liiketoimintamallien kehittämisessä. IT-organisaatio käsitteenä on tässä tutkielmassa joko suuremman organisaation oma IT-yksikkö tai itsenäinen IT-toimija, jonka palveluja toinen organisaatio hyödyntää. Organisaatiolla tarkoitetaan yksityisen tai julkisen sektorin toimijaa. Horisontaalinen johtaminen, organisaation kyvykkyys muutokseen sekä henkilöstön jatkuvan oppisen malli muodostavat perustan organisaation kyvylle vastata kilpailuun. Organisaation kilpailukyvyn kannalta tärkeää on myös, että ohjelmistoprosessi toimii osana organisaation liiketoiminnan kehittämistä. Näin mahdollistetaan uusien innovaatioiden sekä niiden avulla myös aivan uusien liiketoimintamallien synty; digitaalinen transformaatio. Ohjelmistoprosessin kannalta tärkeää on, että sen avulla pystytään tuottamaan asiakkaille nopeasti heitä miellyttäviä tuotteita/palveluja. Asiakkaan parempi tunnistaminen sekä aktivoiminen osaksi ohjelmistoprosessia ovat myös tärkeitä tekijöitä onnistuneiden tuotteiden ja palveluiden saamiseksi markkinoille. ACM Computing Classification System (CCS): [Software and its engineering~Software creation and management] [Applied computing~Business-IT alignment] [Applied computing~IT governance]