logiikka

Etkö osaa päättää? Käytä päättelykonetta!

To, 01/05/2017 - 10:02 Toimitus

Tutkijat ovat onnistuneet rakentamaan päättelykoneen, jonka avulla todellisuutta voi mallintaa simulaattoreilla mahdollisimman hyvin. Se tuo suurta apua kaikille tieteenaloille, joilla käytetään laskennallista simulointia.

Päättelykone on nimensä mukaisesti päätöksenteossa käytettävä apuväline. Käytännössä se on tietokoneohjelmisto, joka pystyy jäljittelemään haluttua päätöksentekosysteemiä ja löytämään siitä loogisia polkuja – eli päättelee optimaalisia ratkaisuita ongelmaan.

Sellaisen avulla voidaan merkittävästi vähentää tuntemattomien parametrien arviointiin tarvittavien raskaiden simulaatioajojen määrää ja johon on helppo lisätä uusia päättelymenetelmiä.

Otaniemessä on onnistuttu tekemään varsin pätevä sellainen, niin sanottu ELFI-päättelyohjelmisto (Engine for Likelihood-Free Inference), ja se on nyt kaikkien vapaasti käytettävissä.

 

”Laskennallinen tutkimus perustuu isolta osin simulointiin, ja simulaattorien parametrien sovittaminen dataan on keskeisen tärkeää, jotta simulaattori saadaan kuvaamaan todellisuutta mahdollisimman hyvin", kuvailee Aalto-yliopiston tietotekniikan laitoksen professori, COIN-huippuyksikön johtaja Samuel Kaski.

"Kehittämämme ELFI-päättelyohjelmisto tekee tämän aiemmin erittäin vaikean tehtävän mahdollisimman helpoksi: menetelmänkehittäjät saavat pienellä vaivalla uudet päättelymenetelmänsä laajaan käyttöön, ja muiden alojen tutkijat pääsevät hyödyntämään uusimpia ja tehokkaimpia menetelmiä. Avoimet ohjelmistot edistävät toistettavuutta ja avointa tiedettä.”

Avoimesti kaikkien saatavilla olevan ohjelmiston taustalla on bayesilainen päättely ilman uskottavuusfunktiota, jota pidetään yhtenä tilastotieteen tärkeimmistä innovaatioista viime vuosikymmenten aikana. Siinä simulaattorin ulostuloja verrataan todellisiin havaintoihin, ja satunnaisuuden vuoksi simulaatioajot joudutaan tekemään useampaan kertaan. Päättelyohjelmisto tehostaa tuntemattomien parametrien estimointia muun muassa bayesilaisella optimoinnilla, joka vähentää tarvittavien simulaatioajojen määrää useilla kertaluokilla.

Sovelluksia lääketieteessä ja ympäristötieteissä

Päättelykoneen käyttäjiksi kaavaillaan sellaisen alojen tutkijoita, joille perinteisesti käytetyt tilastolliset menetelmät eivät sovellu.

”Simulaattoreita voidaan soveltaa monella alalla. Esimerkiksi taudin simuloimisessa voidaan huomioida, miten tauti tarttuu ihmisestä toiseen, missä ajassa ihminen paranee tai ei parane, miten virus voi mutatoitua tai montako erilaista uniikkia virusmutaatiota on olemassa. Joukko simulaattoriajoja tuottaa siten todellista tilannetta kuvaavan jakauman”, kertoo professori Aki Vehtari.

ELFI-päättelykone on helppokäyttöinen ja skaalautuva, ja itse päättelyongelma voidaan määritellä helposti graafisen mallin avulla.

"Ympäristötieteissä ja sovelletussa ekologiassa käytetään simulaattoreita, tutkimaan ihmistoiminnan vaikutuksia ympäristöön. Esimerkiksi Suomen ympäristökeskuksessa (SYKE) on kehitteillä ekosysteemimalli, jolla tutkitaan ravinteiden kiertoa Saaristomerellä ja esimerkiksi maatalouden tai kalankasvatuksen kuormitusten vaikutusta leväkukintoihin. Näiden mallien parametrisointi ja niiden ennusteisiin liittyvä epävarmuuden arviointi on laskennallisesti haastavaa. Tulemme testaamaan ELFI-päättelykonetta näissä analyyseissa. Toivomme, että mallien parametrisointia pystytään päättelykoneen avulla nopeuttamaan ja parantamaan, jolloin johtopäätökset ovat paremmin perusteltavissa", kertoo apulaisprofessori Jarno Vanhatalo Helsingin yliopiston ympäristötilastotieteen tutkimuksesta.

Päättelykoneen kehittivät yhteistyössä Aalto-yliopiston tutkijat Antti Kangasrääsiö, Jarno Lintusaari, Kusti Skytén, Marko Järvenpää, Henri Vuollekoski, Aki Vehtari ja Samuel Kaski, edustaen sekä Aalto-yliopiston ja Helsingin yliopiston yhteistä tietotekniikan tutkimuslaitosta (HIIT) että laskennallisen päättelyn huippuyksikköä (COIN), Michael Gutmann Edinburghin yliopistolta sekä Jukka Corander, joka edustaa sekä Helsingin yliopiston matematiikan ja tilastotieteen laitosta että Oslon yliopistoa. Suomen Akatemia rahoittaa tutkimushanketta.

Päättelykone löytyy verkosta osoitteesta http://elfi.readthedocs.io.

Juttu perustuu Aalto-yliopiston tiedotteeseen. Kuva: Flickr / Dean Hochman

Keskustelujen sudenkuopat ja kuinka päästä niistä ylös

Pe, 01/15/2016 - 10:45 Maria Louna-Ko…

Ville Lähde:
Paljon liikkuvia osia

Mikä on mielipiteen ja tiedon suhde? Entä tieteen ja uskonnon? Voiko asioita tuomita siksi, että niitä pitää “luonnottomia”? Tarvitsemmeko enemmän sananvapautta vai sensuuria? Jos ymmärtää rikollista, hyväksyykö samalla hänen rikoksensa?

Yhteisistä asioista keskustellaan usein kiivaasti, sosiaalisessa mediassa jopa aggressiivisesti. Pahimmillaan sekä yksityiset että julkiset keskustelut jumiutuvat kokonaan ja muuttuvat hedelmättömäksi riitelyksi.

Ville Lähteen Paljon liikkuvia osia on oivaltava esseekokoelma. Siinä käydään läpi ajattelun ja keskustelun toistuvia perusongelmia. Sellaisia ovat esimerkiksi perusteettomat yleistykset, liiallinen kärjistäminen ja asioiden näkeminen mustavalkoisena. Lähde käsittelee aihetta sekä yleisellä tasolla että ajankohtaisten tapahtumien kautta.

Filosofi, toimittaja ja tietokirjailija Lähde elävöittää tekstiä myös omilla näkemyksillään kirjoittamistaan aiheista. Samalla hän havainnollistaa, ettei pyrkimys ymmärtää maailman monimutkaisuutta estä vahvojen ja perusteltujen mielipiteiden muodostamista.

Kirja ei ole uusi opas sarjassa “Miten osoitat vastustajan argumentoinnin virheet ja päihität hänet verbaalisessa taistelussa”. Se etsii laajempaa näkemystä keskustelujen ongelmista ja hahmottelee reittejä ulos niiden umpikujista. Punaisena lankana on, että monimutkaista maailmaa ei voi ymmärtää ajattelemalla yksinkertaisesti. Toisaalta asiat eivät myöskään ole epämääräistä sekasotkua, vaan niitä voidaan jäsennellä. Siten niistä voidaan (ja täytyy) puhua selvästi. Ymmärrys on välttämätöntä maailman ongelmien ratkaisemiseksi.

Lähde kirjoittaa tarkkanäköisesti muun muassa tieteestä, luonnosta, mielipiteistä, demokratiasta, sananvapaudesta, ideologioista ja retoriikasta.

Ympäristökysymykset ovat Lähteelle tärkeitä. Hän on aikoinaan väitellyt tohtoriksi “luonto”-sanan merkityksistä. Essee “Luonnoton vai luonnollinen” onkin yksi teoksen helmiä. Kirjoitus on lähes terapeuttista luettavaa, sillä näitä sanoja käytetään tuskastuttavan usein lähes minkä tahansa asian tuomitsemiseen tai puolustamiseen. Mikä on yhdelle luonnollista, on toiselle luonnotonta, ja sanojen merkitykset ovat liukuvia ja epämääräisiä. “Luonto on tuolla ja täällä, sisällä ja ulkona, suurta ja pientä.”

Luonnollisuudella voidaan myös vedota niin tieteeseen kuin uskontoon, niin evoluutioteoriaan kuin Raamattuunkin. Ja valitettavan usein tiedettä ja uskoa pidetään toistensa vastakohtina. Katsotaan, että ihmisen on oltava joko tieteellinen tai uskonnollinen, eikä muita vaihtoehtoja ole. Samalla “monista tieteistä tulee yksi tiede, uskon moninaisuudesta tulee yksi uskonnollisuus.” Myös tätä vääristynyttä vastakkainasettelua Lähde purkaa ansiokkaasti:

“Julkisessa keskustelussa ongelmana kuitenkin on, että yksiulotteisen faktapuheen ja huonojen tutkimusasetelmien kritiikki voidaan ymmärtää aivan väärin. Se tulkitaan tieteen kokonaisvaltaiseksi kritiikiksi ja uskomustiedon oikeuttamiseksi.”

“Vaikka tieteen historiasta löytyy mullistuksia ja vanhan tiedon kumoutumista, jotkin asiat eivät enää voi kumoutua kokonaan, koska niistä tiedetään tarpeeksi. Tämän asian sekoittaminen on yleinen virhe tiedekeskustelussa.”

“Tieteellisyys ei selvästi ole huonon ajattelun este.”

Paljon liikkuvia osia on tärkeää luettavaa myös jokaiselle, joka on seurannut viime aikojen keskustelua mielipiteistä, sananvapaudesta ja suvaitsevaisuudesta. Lähteen omin sanoin:

“On eri asia vaatia, että kaikilla on oikeus mielipiteisiinsä, kuin väittää, että jokaisen mielipide on oikea.”

“Toisen ihmisen arvoon ja olemassaolon oikeutukseen puuttuva mielipide ei koskaan ole pelkkä yksityisasia.”

“Mielipiteen puolustamiseen kuuluu velvollisuus perustella sitä.”

“Suvaitseminen ja ymmärtäminen ovat eri asioita, ja niiden sekoittaminen keskenään tyhmistää ajattelua. Mitään asiaa ei voi kritisoida kunnolla, jos sitä ei ymmärrä. - - - Asioita ei myöskään voi suvaita kunnolla ymmärtämättä niitä. Muuten tulee helposti suvainneeksi jotain kuviteltua, eksoottista ja ihannoitua.”

Kuva: Quinn Dombrowski / Flickr

Kirjassa on vain yksi varsinainen ongelma. Lähteellä on tapana vaihtaa hyvin yllättäen näkökulmaa, josta ilmiöitä kuvailee. Yhdessä virkkeessä hän esittää yhdenlaisen väitteen, mutta seuraavassa jopa täysin päinvastaisen näkemyksen, ilman sen kummempaa selitystä. Objektiivisen kuvailun joukossa onkin yhtäkkiä voimakkaan subjektiivinen väite. Lukijan hankalaksi tehtäväksi jää päätellä, milloin kyseessä on asioiden puolueeton analysointi, ja milloin Lähteen tulkinta maailmasta, ironia tai jonkin ryhmän näkemys. Paikoin saa olla hyvinkin tarkkana, vaikka muutoin teksti onkin jouhevaa.

Jonkin verran häiritsevät myös muutamat tapausesimerkit, joihin viitataan ohimennen kertomatta varsinaisesti, mistä on kyse. Lukijan oletetaan tietävän. Esimerkiksi “Villi Pohjola vai Dogville?”,  “kuten Utøyan saarella” ja “Sauli Niinistön aloittaman 'Ihan tavallisia asioita' -kampanjan herättämä kiihko...” Osa lukijoista tunnistanee Villin Pohjolan TV-sarjaksi ja Dogvillen elokuvaksi, tietänee ainakin pääpiirteet Utøyan tragediasta, ja muistanee, että Niinistön kampanja liittyi nuorten syrjäytymisen ehkäisyyn. Mutta eivät suinkaan kaikki, ja lisäksi asiat unohtuvat. Miesmuisti on lyhyt.

Esseet toimivat itsenäisinä teksteinä, eikä kirjaa välttämättä tarvitse lukea alusta loppuun.  Jokainen voi poimia kirjoituksista itselleen kiinnostavimmat ytimekkäiden otsikoiden perusteella. Järjestyksessä luettuna esseet kuitenkin muodostavat kokonaisuuden, jossa aihepiiriin syvennytään erilaisista näkökulmista. Esseistä viimeinen kokoaa kirjan ajatukset yhteen, ja antaa julkiseen keskusteluun turhautuneelle lukijalle myös joukon neuvoja ja rohkaisua.

Paljon liikkuvia osia on väkevä vastalause epämääräisyydelle, epärehellisyydelle ja älylliselle laiskuudelle. Se on seesteinen ja ajaton, mutta nykypäivänä myös erittäin ajankohtainen. Maailma ei ole koskaan valmis ja sen muuttaminen on mahdollista. Tämä kuitenkin vaatii jatkuvaa asioiden uudelleen arviointia, tiedon hankkimista, mielipiteiden perustelua ja – kyllä – keskustelua.

Kirjan tiedot:

Nimi: Paljon liikkuvia osia
Kirjoitttaja: Ville Lähde
Julkaistu: 2015, Kustannusosakeyhtiö Savukeidas (⇒ lisätietoa kirjasta)
192 sivua
ISBN: 978-952-268-149-2

 

Kuvat: Quinn Dombrowski ja Kurt Bauschardt / Flickr