Helsingin yliopiston kansleri Kaarle Hämeri pitää myönteisenä sitä, että Suomi pärjää edelleen hyvin kansainvälisissä PISA-tutkimuksissa, vaikka koululaisten kiinnostus matematiikkaan ja luonnontieteisiin ei ole niin suurta kuin toivoisi. Kaikilla pitkän matematiikan kohtalaisesti suorittaneilla on edelleen loistavat mahdollisuudet päästä haluamilleen opiskelualoille.
Vuosi 1961 oli mullistava monin tavoin. The Beatles oli aloittanut uuden luvun rockmusiikissa. Huhtikuussa kosmonautti Juri Gagarin kiersi maapalloa Vostok ykkösellä 108 minuutin ajan. Toukokuussa John F. Kennedy julkisti valtaisan Apollo-avaruusohjelman. Elokuussa alettiin pystyttää Berliinin muuria. Suomi sai Neuvostoliitolta nootin, jolla pyrittiin turvaamaan maiden välinen yhteistyö. Vuoden viimeisenä päivänä perustettiin taloudellisen yhteistyön ja kehityksen järjestö OECD. Ja kaiken tämän keskellä perustettiin Suomen Matemaatikko ja Fyysikkoliitto SMFL, josta sittemmin tuli MAL.
Nämä etapit kertoi Helsingin yliopiston kansleri Kaarle Hämeri marraskuussa 2021, kun MAL vietti 60-vuotisjuhliaan Ostrobotnian historiaa huokuvissa tiloissa.
MALin puheenjohtaja Esko Juuso avasi juhlaseminaarin esittelemällä yhdistyksen toiminnan pähkinänkuoressa. Runsaan 3000 jäsenen liitto on osa Tekniikan Akateemiset -yhteisöä. TEK hoitaa MAL:n edunvalvonnan. MALin edustajia on TEKin valtuustossa ja valiokunnissa ja TEKin urapalvelut ja opiskelijatapahtumat ovat avoimia MALin jäsenille. Omille jäsenilleen MAL järjestää klubi-iltoja sekä tiede- ja teknologiailtoja. Vuosien varrella yhdistys on järjestänyt kymmeniä tutustumiskäyntejä kiinnostaviin kohteisiin, joihin liittyy aina jokin tieteellinen sisältö.
MAL edistää kiinnostusta matemaattis-luonnontieteellisiin aineisiin ja toimii alan ammattilaisten yhteistyöfoorumina. MAL on koonnut monipuolisen matikkasivuston otsikolla ”55 tarinaa matematiikasta”. Tarinoilla halutaan osoittaa, että käsitykset matematiikan vaikeudesta ja tarpeettomuudesta ovat virheellisiä. Tarinoista käy ilmi, että matematiikka on sekä hauskaa että hyödyllistä. Sivuston keskeisiä osia ovat tarinat, videot ja pelit. Sivuston löytää osoitteesta http://matikkatarinat.fi/
MAL tukee lahjakkaita koululaisia ja yliopisto-opiskelijoita vuosittaisilla palkinnoilla. Juhlavuoden kunniaksi 4000 euron gradupalkinnon sai tänä vuonna kaksi lahjakasta maisteria, Susanna Heikkilä ja Laura Vuorinen.
olleet tärkeitä ihmiskunnan historian alkuajoista saakka, jo ennen tarvetta kirjoittaa.
Matematiikan perustaitojen pitäisi edelleen kuulua yleissivistykseen.
luontevaa ja saumatonta. Matematiikkakilpailuilla on voitu tukea lahjakkaita nuoria.
Pareto-optimoinnilla hyviä kompromisseja
Juhlaseminaarissa oli kolme tieteellistä sessiota. Matematiikan sessiossa Jyväskylän yliopiston informaatioteknologian tiedekunnan professori Kaisa Miettinen kertoi päätösanalytiikan uusista tuulista. Erilaisilla analysointimenetelmillä, kuten kuvaavalla, ennustavalla ja ohjaavalla analytiikalla voidaan pyrkiä saavuttamaan toivottu lopputulos.
Optimointi on suosittu systemaattinen tapa saada paras mahdollinen ratkaisu. Vaikeuksia reaalielämässä syntyy siksi, että toimijoilla on useita ristiriitaisia toiveita. Esimerkiksi auton hankintaa ei ratkaise vain hinta. Tilannetta voi arvioida aidolla monitavoiteoptimoinnilla, jossa usein suositaan painokerroinmenetelmää. Painokertoimien painoa voi kuitenkin olla vaikea määrittää. Esimerkkinä Miettinen käytti vaimonvalintatilannetta: sitä, millä kriteereillä vaimokandidaatteja pitäisi arvioida.
Ellei minkään tavoitteen arvoa voi parantaa huonontamatta jonkun toisen tavoitteen arvoa, menetelmäksi sopii Pareto-optimointi. Tulokseksi tulee kompromissien joukko. Parhaan kompromissin saamiseksi tarvitaan tietoa päätöksentekijöiden mieltymyksistä. Kun käytettävissä olevaa dataa ja tavoitteita analysoidaan ja prosessia toistetaan eli iteroidaan useita kertoja, lisääntyy ymmärrys ja luottamus vaikeaan ilmiöön ja saatuun ratkaisuun. Kun iterointia on tehty riittävästi, on päätöksenteon aika.
Miettisen mukaan Pareto-optimoinnilla saatu kompromissi on parempi kuin perinteinen optimointi. Mallia voidaan käyttää esimerkiksi yrityksen tuotteiden kysynnän arvioinnissa, metsänhoidon suunnittelussa tai polven nivelrikon kuntoutusmenetelmän valinnassa. Myös tarjouskilpailut voisivat hänen mielestään olla hyvä sovellusalue. Prosessin aikana päätöksentekijä voi oppia, ja sen seurauksena muokata mieltymyksiään.
tohtoriopiskelijoita on vain vähän. Palkka muualla kuin yliopistomaailmassa on aivan toista luokkaa.
Gaussin jakauman ravistelua
Vaasan yliopiston professori Tommi Sottinen ravisteli fyysikkojen uskoa Gaussin käyränä pidettyyn totuuteen. Sottisen erikoisalaa on finanssimatematiikka, jonka tuntijoita on vain pieni osa matemaatikoista. Finanssimaailman ymmärrys on tärkeää, sillä arvopaperikaupassa liikkuvat järkyttävän suuret rahat.
Nobelisti Gabriel Lippman on sanonut, että fyysikot uskovat Gaussin käyrään, koska se on matemaattinen totuus. Matemaatikot uskovat Gaussiin, koska fyysikot ovat osoittaneet, että se on luonnonlaki. Keskeinen raja-arvolauseen mukaan keskiarvo on tietyin edellytyksin likimain normaalisti jakautunut. Raja-arvolauseesta on monia muunnelmia. Raja-arvolause on käyttökelpoinen, kun käsitellään suuria otoksia, mutta pienissä otoksissa ei niin hyvä.
Finanssijohdannaisten tuottojakaumia voi mitata eri tavoin, joista BS (Black & Scholes) -hinnoittelumalli on laajasti tutkittu ja käytetty. Sottisen mukaan malli toimii yleensä hyvin, ja tuotot ovat toisistaan riippumattomia ja normaalisti jakautuneita. Poikkeusoloissa, kuten koronan aikana, markkinat eivät ole toimineet normaalisti eikä BS-malli ole toiminut. Myönteistä koronatilanteessa on Sottisen mukaan se, että se on innostanut monia koronamallintajia etsimään poikkeusoloihin soveltuvia malleja.
Pakottaminen normaalijakaumaan on Sottisen tarkoittama keskeinen raja-arvorikos. Tulos voi olla oikea, vaikka oletus olisi väärä eli gaussiset hinnat voivat pitää paikkansa, vaikka malli tai todellisuus ei olisi gaussinen.
Finanssimaailmassa iso ongelma on se, että dataa esimerkiksi johdannaiskauppojen tekemiseen on paljon, mutta se ei ole kaikkien ulottuvilla. Tärkeä data maksaa todella paljon ja se on vain harvojen saatavilla.
Mittalaitteita äärioloihin
Fysiikan sessiossa erikoistutkija Anni Torri kertoi Vaisalan äärioloihin kehittämistä mittalaitteista. Yhteistyössä Ilmatieteen laitoksen kanssa Vaisala on kehittänyt laitteita, jotka toimivat sään ääri-ilmiöissä, kuten hyvin kylmässä, hyvin kuumassa, hyvin kuivassa tai puhdastiloissa, jotka ovat kaikkein vaativimpia.
Ilmatieteen laitoksen sään mittaustalo antaa luotettavaa tietoa erilaisista sääoloista, joihin laitteita on määrä valmistaa. Ilmatieteen laitos mallintaa esimerkiksi Marsin sääoloja ja mallinnuksen pohjalta Vaisala rakentaa kuhunkin tilanteeseen sopivia laitteita. Marsiin kehitetyissä laitteissa ei ole liikkuvia osia, joten niitä ei tarvitse huoltaa.
Marsin ja Maan olot poikkeavat toisistaan monessa suhteessa. Marsin kaasukehässä on noin 98 prosenttia hiilidioksidia, lämpötila vaihtelee muutamasta plusasteesta jopa miinus 140 asteeseen ja ilmanpaine on hyvin matala, vain noin prosentin siitä mitä se on maassa. Ero on myös se, etteivät Marsin säähän vaikuta meri eikä ihmisen toiminta.
jotka ovat luotettavia ja tarkkoja ja joilla on pitkä elinikä.
Mars-mönkijä kuljettaa laitteet tutkittaviin kohteisiin. Anni Torri iloitsee siitä, että nyt on saatu aikaan ensimmäinen meteorologinen säähavaintoverkko vieraan planeetan pinnalla. Sillä on kaksi mittauspistettä: Perseverance- ja Curiosity -mönkijät, joiden välimatka on noin 3700 kilometriä. Mönkijöissä on Ilmatieteen laitoksen suunnittelemat ilmapainemittari ja kosteusmittari, joissa on Vaisala-anturit.
Muista äärioloihin suunnitelluista laitteista Torri mainitsi Etelämantereella toimivan Vaisalan radiosondiaseman. Hurrikaaneja voidaan tutkia siten, että sondi lähetetään yläilmakehään, josta se pudotetaan keskelle hurrikaania. Näin saadaan tietoa sen koostumuksesta.
Vaisala on valmistanut myös ison joukon teollisuuden tarvitsemia laitteita. Tuotteita ovat erilaiset anturit, kuten paine- ja kosteusanturit, joita käytetään puhdastiloissa. HUMICAP-kosteusanturit auttavat myös pitämään joitakin maailman tunnetuimpia taideteoksia huippukunnossa.
Kvanttiteknologian vallankumous
Helsingin yliopiston professori Sabrina Maniscalco kertoi kvanttitietokonevallankumouksesta. Kysymys ei ole nopeammista ja tehokkaammista tietokoneista sanan nykyisessä merkityksessä, vaan laitteista, jotka käyttävät täysin erilaista laskennan tapaa. Ne eivät korvaa nykyisiä tietokoneita, mutta avaavat sen sijaan tiettyjä aivan uusia laskennan mahdollisuuksia.
Maniscalco painotti, että kvanttitietokoneiden käyttämien algoritmien täytyy olla hyviä, muuten ne ovat hyödyttömiä. Tulevaisuudessa ne voivat tehdä laskelmia, jotka toistaiseksi ovat mahdottomia. Vielä on epävarmaa voivatko ne tehdä läpimurron esimerkiksi kryptografia- tai optimointiongelmiin, joiden ratkaisu ei onnistu perinteisillä tietokoneilla. Alan perustutkimusta tarvitaan lisää.
Maniscalcon mielestä kvanttifysiikan koulutus ja ylipäätään tiedekasvatus on tärkeää. Kvanttifysiikka on hänen mielestään myös kaunista. Hän kutsui ihmisiä oppimaan leikin ja pelaamisen kautta. Play-discover-learn -ketju on tärkeä. Kun siihen yhdistetään intuitio, kokemus, konseptointi ja mallinnus, on otettu iso askel älykkään tietokoneen kehittämiseen. Siinä Maniscalcon resepti. Koulutus Suomessa on hänen mukaansa melko hyvällä tasolla, mutta paljon on vielä tehtävää. Lisää intoa alan mahdollisuuksiin osoitteesta QPlayLearn.com.
”Onneksi meillä on kuitenkin robottiruohonleikkuri.”
Olli Silvén on yhdessä toisen oululaisprofessorin Matti Pietikäisen kanssa julkaissut tekoälystä kirjan, joka on tarjolla sähköisenä ilmaisversiona sekä suomeksi että englanniksi:
Tekoälyn haasteet – koneoppimisesta ja konenäöstä tunnetekoälyyn
Realistinen kuva tekoälystä, sen historiasta, mahdollisuuksista ja rajoituksista
Challenges of Artificial Intelligence – From Machine Learning and Computer Vision to Emotional Intelligence
A realistic picture of artificial intelligence, its history, possibilities and limitations
Linkit:
suomenkielinen 2. painos: jultika.oulu.fi/Record/isbn978-952-62-3202-7
englanninkielinen 1. painos:
jultika.oulu.fi/Record/isbn978-952-62-3199-0
Aatos Lahtinen.
päätösanalytiikan uusista tuulista.
Onko jotain jäänyt huomaamatta?
Tietojenkäsittelyn sessiossa professori Olli Silvén Oulun yliopistosta kertoi tekoälyn haasteista. Hän on itse ollut kiinnostunut tekoälystä lapsesta saakka. Aihe on kiehtonut tutkijoita 1950-luvulta asti ja tutkittavaa riittää ainakin seuraavaksi 60:ksi vuodeksi.
Silvén loi katsauksen tekoälyn edistysaskeleisiin. Joitakin alan kehitykseen liittyviä oivalluksia on tehty samanaikaisesti eri puolilla maailmaa ja kunnian ovat usein saaneet ne, jotka eivät ole oivalluksissaan olleet ensimmäisiä. Esimerkiksi vastavirta-algoritmi keksittiin useita kertoja. Näin teki muun muassa Seppo Linnoinmaa, joka teki ensimmäisen tietotekniikan gradun Helsingin yliopistossa. Herääkin kysymys, onko kehityspolulla jäänyt meiltä jotain huomaamatta.
Ihminen on epäluotettava otus, joten ihmisen tavoin käyttäytyvää, ajattelevaa ja rationaalisesti toimivaa laitetta on todella vaikea kehittää. Tekoälyn sovelluskehitys onkin Silvénin mukaan melkoista virittämistä. Iso haaste on esimerkiksi aiheen hauraus, jolloin jopa yksittäiset kuvapisteet saattavat johtaa vääriin tulkintoihin. Aiheen parissa työskentelevät joutuvat usein miettimään, ovatko he edes oikeilla jäljillä.
Biologisen organismin kyvykkyys on melkoinen pähkinä tekoälyn kehittäjille. Miksi syntaksit, semantiikat ja ontologiat ovat niin vaikeita koneille? Silvén kysyi. Vaikea kysymys on myös tekoälyn tietoisuus. Pulmia on lisäksi tiedon esitystavassa. Ei ole tapaa, joka sopisi kaikkiin tilanteisiin.
60 vuodessa on nähty monia lupauksia. Nyt ollaan menossa kohti 3D-maailman ymmärrystä ja kehittyneitä ihminen-kone -liityntöjä. Horisonttiharhaa on Silvénin mukaan se, että moni optimisti uskoo ratkaisun olevan aivan nurkan takana. Silvén ei usko edes kvanttitietokoneiden kykenevän luomaan varteenotettavaa tekoälyllä toimivaa laitetta, koska ihmisen evoluutio on vuosimiljoonien tulosta. Jotta alan tutkimus edistyisi, ihmisen olemuksen kimppuun pitäisi saada riittävä määrä tutkijoita.
Kun ohjelmistot paisuvat ja paisuvat
Helsingin yliopiston tietojenkäsittelytieteen professori Tommi Mikkosen aiheena oli ohjelmistojen loputon paisuminen. Ohjelmistoja on helppo täydentää yhä uusilla elementeillä, eikä tämän hillitsemiseksi ole helppoa ratkaisua. Ongelma on helppo ymmärtää, kun sitä verrataan tilanteeseen, jossa autotalli kasvaisi joka vuosi kaksinkertaiseksi?
Avoin lähdekoodi on houkutellut ohjelmoijia leikkaa-liimaa -rakennelmien luomiseen. Omaa luovaa panosta on ehkä 3–5 prosenttia, loput on vain muokattu entisistä ohjelmista ja nimetty uudelleen. Ohjelmoijat tekevät mitä ihmeellisimpiä juttuja, koska se on mahdollista. Ulospäin he näyttävät tuotteliailta. Tilanne muuttuu kinkkiseksi, kun ohjelman alkuperäinen kehittäjä päivittää ohjelmaansa eivätkä kopioijat muista, mitä ovat kopioineet ja muokanneet.
Mikkosen mielestä ihmisten pitää antaa olla luovia, mutta toiminnan pitäisi olla pitkäjänteistä. Ohjelmistokehittelyn rillutteluvuodet alkavat olla ohi. Alan toimijoiden pitää alkaa miettiä esimerkiksi energian kulutusta.
Juhlayleisö jatkoi tieteellisten sessioiden virittämien aiheiden käsittelyä taukojen ja juhlaillallisen aikana.
Musiikista vastasi Ilkka Aaltonen, jonka riemukas esitys tarjosi trubaduuria parhaimmillaan ja näytti, miten hauskaa on päästä koronakaamoksesta ulos. Mukana oli muun muassa uusia korona-ajan lauluja, improvisoituja versioita yleisön toivomuksista sekä tietysti laulu piilomatemaatikko Mannisesta. •
Teksti Anitta Valtonen
Kuvat Markus Sommers