Tietojenkäsittelytiede Numero 20 Joulukuu 2003 Miten kuuhun päästiin ilman PowerPointia? Millaisin miettein IT-alalle? Tietojärjestelmän vaihtaminen Rubikin kuution opetukset Tietojenkäsittelytieteen Seura
2 Tietojenkäsittelytieteen Seura Tietojenkäsittelytieteen Seura ry on perustettu vuonna 1982 toimimaan tietojenkäsittelytieteen tutkijoiden ja alan tutkimustuloksista kiinnostuneiden henkilöiden yhdyssiteenä sekä edistämään tietojenkäsittelytieteen tutkimusta, tutkimustulosten soveltamista ja tutkimuksesta tiedottamista. Seura on Tietotekniikan Liiton sekä Tieteellisten seurain valtuuskunnan jäsenyhdistys. Tietotekniikan Liitto kuuluu alan kansainväliseen kattojärjestöön IFIP:iin (International Federation for Information Processing). Monet Seuran jäsenet toimivat aktiivisesti IFIP:in teknisissä komiteoissa ja työryhmissä. Seuran jäsenmäärä on yli 400. Siihen kuuluu tutkijoita, opettajia ja opiskelijoita sekä tietojenkäsittelytieteestä kiinnostuneita atkammattilaisia. Myös yhteisöillä ja yrityksillä on mahdollisuus liittyä Seuraan. Seuran yleiskokous järjestetään kerran vuodessa ja siellä käsitellään tavanomaiset vuosikokousasiat. Yleiskokous pidetään samaan aikaan vuosittain järjestettävien tietojenkäsittelytieteen päivien kanssa, joilla pyritään levittämään tietoa ajankohtaisista aiheista ja niihin kohdistuvasta kotimaisesta tutkimuksesta. Tänä vuonna päivät järjestettiin Teknillisessä korkeakoulussa. Lisäksi Seura on ollut mukana järjestämässä useita kansainvälisiä kongresseja ja seminaareja. Seura valmistelee vuosittain esityksen, jonka perusteella Tietotekniikan Tutkimussäätiö jakaa palkinnon ansiokkaalle väitöskirjalle. Vuoden 2002 väitöskirjapalkinto luovutettiin Tietojenkäsittelytieteen päivillä ja sen sai Vesa Halava Turun yliopistosta työstään The Post Correspondence Problem for Marked Morphisms. Lisäksi Seura valmistelee esityksen myös toisesta Suomen Cor Baayen Award -palkintoehdokkaasta, joka on ERCIM:n (European Research Consortium for Informatics and Mathematics) järjestämä kilpailu. Seura jakaa vuosittain palkinnon myös ansiokkaalle pro gradu -työlle tai vastaavalle loppututkintoon johtavalle opinnäytetyölle. Vuoden 2002 palkinnon sai Antti Niemistö Tampereen teknillisestä korkeakoulusta ja hänet palkittiin Seuran vanhojen sääntöjen mukaisessa syyskokouksessa, jonka päätteeksi hän piti esitelmän aiheestaan Correction of Misclassifications in Recognition of Local Image Features. Seura julkaisee myös omaa Tietojenkäsittelytiede -lehteä. Lehden tarkoituksena on välittää tietoa suomalaisesta tietojenkäsittelytieteen tutkimuksesta alan tutkijoiden kesken, sekä muille alaa tiiviisti seuraaville tahoille. Liittyminen ja lisätietoja http://www.funet.fi/org/tkts/ http://www.tt-tori.fi/
Tietojenkäsittelytiede Numero 20 3 Päätoimittaja: Antti Valmari Tampereen teknillinen yliopisto http://www.cs.tut.fi/ ava/ Email: ava@cs.tut.fi Toimittaja: Ari Korhonen Teknillinen korkeakoulu http://www.cs.hut.fi/ archie/ Email: archie@cs.hut.fi Julkaisija: Tietojenkäsittelytieteen Seura Tietojenkäsittelytieteen laitos PL 26, 00014 Helsingin yliopisto http://www.funet.fi/org/tkts/ Email: tkts@cs.helsinki.fi Painos: 600 kpl Ilmestyy 1-2 kertaa vuodessa Lehteen tarjottavat artikkelit voi lähettää päätoimittajan osoitteella. Käsikirjoitus toivotaan sekä LaTeX-lähdetiedostona että esim. PS tai PDF-tiedostona. Kuvien suunnittelussa tulisi huomioida, että ne sijoitetaan tarvittaessa pienentäen B5-sivulle. Päätoimittajalta voi tilata myös valmiin mallipohjan. Kirjallisuusviitteissä suositellaan yhdenmukaisuuden vuoksi numeroviittausmenetelmää. SISÄLLYS Puheenjohtajan palsta Hyvä opinnäytetyö Antti Valmari Tampereen teknillinen yliopisto 4 Toimittajan palsta Ari Korhonen Teknillinen korkeakoulu 7 Miten kuuhun päästiin ilman PowerPointia? Mordechai Ben-Ari Weizmann Institute of Science 8 Millaisin miettein IT-alalle? Anja Jousranta Vaasan yliopisto 16 Tietojärjestelmän vaihtaminen Tapaustutkimus Raija Halonen Oulun yliopisto 31 Mitä pieni Rubikin kuutio opetti minulle tietorakenteista, informaatioteoriasta ja satunnaisuudesta Antti Valmari Tampereen teknillinen yliopisto 53 ISSN 0788-4818 Helsinki 2003
4 Puheenjohtajan palsta Hyvä opinnäytetyö Tietojenkäsittelytieteen seuran hallitus jakaa vuosittain palkinnon hyvälle pro gradu- tai diplomityölle ja valmistelee ehdotuksen hyvän väitöskirjan palkinnon saajaksi. Olen joutunut muissakin yhteyksissä pohtimaan hyvän opinnäytetyön ja hyvän kirjoituksen kriteerejä: tarkastajana ja vastaväittäjänä, ohjaajana, tämän lehden päätoimittajana (on tavallista, että lähetän kirjoitukset paranneltaviksi varustettuna yksityiskohtaisin huomautuksin), tieteellisten julkaisukäsikirjoitusten arvioijana sekä tietenkin kirjoittajana. Näissä tehtävissä olen tutustunut myös töihin, jotka ovat kaukana omalta erikoisalaltani. Näiden kokemusten pohjalta uskaltaudun käsittelemään vaikeaa aihetta: hyvän tietojenkäsittelytieteen alan opinnäytetyön piirteitä. Olen tullut siihen tulokseen, että kaikkein vaikein, tärkein ja ehkä myös laiminlyödyin asia on, että työn tulee olla lukukelpoinen. Lukija selittää usein kyvyttömyytensä ymmärtää jonkin tekstin sillä, että hänellä ei ole riittäviä taustatietoja. Olen vakuuttunut, että tämä on vain osatotuus. Hämmästyttävän usea eteeni tullut, hyvänä tai jopa erinomaisena esitelty työ on ollut kutakuinkin lukukelvoton sen vuoksi, miten se on kirjoitettu. On aivan tavallista, että kirjoittaja määrittelee vain osan käyttöön ottamistaan uusista käsitteistä; käsitteen määritelmä saattaa olla monta sivua ensimmäisen käyttökerran jälkeen; ja käsitteen sisältö saattaa muuttua tekstin aikana, tai muuttumattomasta käsitteestä käytettävä termi saattaa vaihtua. Toisiaan lähellä olevat käsitteet menevät helposti sekaisin, varsinkin jos niiden huolellinen erittely olisi tärkeää asian ymmärtämisen kannalta. Keksittynä esimerkkinä olkoot luku, numero ja numeromerkki. Puhelinnumeron numero ei ole luku, muutoinhan etunollat voisi jättää pois. (Miltä kuulostaa puhelinluku?) Joskus kirjoittaja yrittää pistää käsitteet kohdalleen esittämällä hyvältä vaikuttavan luokittelun, mutta ei käytäkään sitä jatkossa. Matemaattisista teksteistä olen lukuisia kertoja löytänyt määritelmiä, joista ei parhaalla tahdollakaan pysty näkemään käsitteen täsmällistä rajausta, tai jotka ovat ristiriidassa käsitteen käytön kanssa. Todistuksien osalta vaikeatajuisuutta ei aina voi välttää, mutta todistuksissa ei sentään saa esiintyä paikkansapitämättömiä väittämiä. Tavallista on myös, että todistuksessa on oikeita aineksia, mutta kokonaisuus takeltelee joskus siinä ei oikeastaan ole päätä eikä häntää. Määritelmistä itsestäänselvästi eteneviin päätelmiin on saatettu uhrata paljon rivejä, kun samanaikaisesti todistuksen varsinainen ydin jää käsien heiluttelun tasolle. Joskus näyttää siltä, että kirjoittaja ei itsekään tiedä, mitä hänen sumeasti muotoilemansa teoreema yrittää sanoa. Mitään ylläolevista ei voi puolustella sillä, että lukijalta puuttuu taustatietoja tai että käytettävissä oleva tila ei riittänyt pa-
5 rempaan. Tilan salliessa olisi hyvä, että kirjoittaja havainnollistaisi abstrakteja asioita riittävin, hyvin valituin esimerkein. On kirjoitettava tarkoitetun lukijakunnan valmiuksien mukaisesti: oman alani tutkijoille riittää sanoa, että kutistetun tilakoneen tilat ovat alkuperäisen tilakoneen tilojen vahvan bisimilaarisuuden tuottamat ekvivalenssiluokat, mutta tähän lehteen kirjoitettaessa sellainen ei käy. Lukukelpoisen tekstin tuottaminen vaikeasta asiasta on erittäin, erittäin työlästä. On raskasta lukea omaa tekstiään uudelleen ja uudelleen ja tarkistaa, onko jokainen käytössä oleva lukijalle mahdollisesti uusi käsite määritelty asianmukaisesti, pysyykö termistö johdonmukaisena ja niin edelleen. Opiskelijalla on epäilemättä kiusaus työntää tätä taakkaa ohjaajalleen, ja jossain määrin se on perusteltua: täytyyhän ohjaukseen kuulua ohjausta. Mutta jos opiskelija ei halua tai kykene ottamaan vastuuta itselleen, on ohjaajan ennemmin tai myöhemmin pakko antaa periksi ja päästää työ tarkastukseen tai kansiin, koska muut työt painavat päälle eikä opiskelijaparkaa voi simputtaa loputtomiin. Tarkastajan mahdollisuudet puuttua asiaan ovat jo paljon heikommat, sillä kynnys palauttaa työ huomautuksella tehkää tästä ensin lukukelpoinen, vasta sitten voin ottaa kantaa sisältöön on äärimmäisen korkealla. Vastaväittäjä ei voi enää mitään. Lukukelpoisuuden tuottaminen ja vaatiminen on kovaa työtä, mutta onko vaihtoehtoa? Muu on minusta itsepetosta. Mitä tekee tutkimuksella, jonka vain kirjoittaja ja ohjaaja voivat lukea? Käytännön pakosta niitä on aina oleva, mutta ainakin niille voi antaa arvosanan asteikon kehnosta päästä. Vaikka niissä olisi kuinka loistavia tuloksia, kuinka ne voivat koitua tieteen edistykseksi, jos muut eivät pysty niitä lukemaan? Jos tutkija aikoo saada tuloksiaan hyviin lehtiin tai konferensseihin, on hänen kuitenkin lopulta opittava kirjoittamaan siten, että arvioijat ymmärtävät. Jos opiskelija haluaa hyvän arvosanan, niin hänen täytyy olla valmis tekemään töitä sen eteen. Lukukelvottoman kirjoittamisen anteeksiantaminen hyvän sisällön perusteella ei ole pitkän päälle hyväksi. Toinen hyvän opinnäytetyön vaatimus on, että kirjoittaja hallitsee aihealueensa perusmetodiikan. Jos on tehty kyselytutkimus, kysymysten vastausvaihtoehtoineen tulee olla laadukkaita ja vastausten tilastollisen analyysin täytyy olla pätevää. Jos on tehty kokeellinen työ, kokeiden on oltava siten tehty ja kuvailtu tekstissä, että lukija voi vakuuttautua siitä, että tulokset ovat todellisia eivätkä koejärjestelyn huolimattomuuksien tai liian pienen aineiston aiheuttamia sattumia. Teoreettisessa työssä määritelmien täytyy olla selvärajaisia ja tarkoitetun asian ilmaisevia ja todistusten pitää olla päteviä. Käsiteanalyyttisessä työssä ajatuksen on oltava kirkasta, ja käsitteiden erottelun selkeää ja käsitteiden merkityksellisiä. Jokaisella tutkimusalalla on omat vaatimuksensa, joiden rikkominen tekee työstä epäpätevää. Kolmas opinnäytetyölle asetettava vaatimus on, että siinä on oltava jokin tulos. Jätin tämän itsestäänselvän vaatimuksen kolmanneksi, koska hienoltakin kuulostavan tuloksen arvo on sangen kyseenalainen, jos
6 koejärjestelyt näyttävät epäilyttäviltä, todistuksista ei saa selkoa kirveelläkään ja työ on muutenkin lähes mahdoton lukea. Kyyninen mieli saattaa epäillä, että sotkuinen kirjoittaminen on keino kätkeä se, että kunnon tulosta ei ole. Kokemusteni vuoksi uskon, että useimmiten tämä ei ole tahallista. Se, että tulos puuttuu, on joskus työn tekijältäkin kätkössä. Väitöskirjojen tapauksessa minusta näyttää, että tulosta koskevat vaatimukset asetetaan usein kohtuuttoman korkealle ainakin ohjelmointia lähellä olevilla tietojenkäsittelytieteen aloilla. Asetukset määräävät, että väitöskirjan on sisällettävä uutta tieteellistä tietoa. Määrästä ei sanota mitään. Alan suuren kysynnän vuoksi ohjelmistotyötä opettavia yliopistollisia laitoksia on maailmalla valtavasti. Ainakin osaa painostetaan tekemään tutkimusta. Tutkimuksen aloittaminen ei vaadi, että ensin tehdään hiukkaskiihdyttimen hinnan verran hankintoja. Tutkimusryhmiä on siksi pilvin pimein. Ne nappaavat kaikki helposti löydettävissä olevat arvokkaat tulokset nopeasti nimiinsä. Tällaisessa tilanteessa on kohtuutonta vaatia, että jokainen tohtoriopiskelija tekee maailmaa kohauttavan löydön. On pakko tyytyä siihen, että väitöskirjan sisältämä uutuus on tieteelliseltä kannalta pieni. Mutta voidaan vaatia, että kyseinen uutuus on laadukkaasti tehty ja hyvin raportoitu. Tämä on järkevää myös ohjelmistotohtorien myöhempiä töitä ajatellen. Kovin monelle heistä ei riitä paikkaa päätoimisena perustutkimuksen tekijänä. Suurin osa menee opetus- tai vaativiin insinööritehtäviin. Niissä oman keksinnön vaatimattomuus ei haittaa, mutta hyvä analysointi- ja esitystaito ovat kullanarvoisia. Viimeisenä vaatimuslistallani on, että työ ei saa olla liian pitkä. Saattaa tehdä mieli jämäköittää kehnoa väitöskirjaa lisäämällä tuloksia, mutta kaksisataa sivua epäselvää spekulointia ei ole sen ansiokkaampaa kuin sata sivua. Voi olla, että ensimmäiset sata sivua olivat harjoittelua ja tekijä keksii jälkimmäisen sadan sivun aikana kunnon tuloksia, mutta jos niin käy, jättäköön hän ensimmäiset sata sivua pois. Liika pituus rasittaa kaikkia osapuolia, kohtuuttomimmillaan esitarkastajia. Akateemisesti koulutetun ihmisen täytyy pystyä myös tunnistamaan olennainen, karsimaan ja rajaamaan. Sopiva pituus riippuu varmasti alan tutkimuskulttuurista. Itse pyrin rajaamaan diplomityöt noin 50 sivuun ja väitöskirjat hieman yli 100 sivuun. Se riittää mainiosti yhden tuloksen monipuoliseen perusteelliseen helppolukuiseen esittämiseen, ja jos tekijällä jää tuloksia yli, hän voi hyödyntää niitä seuraavassa vaiheessa. Antti Valmari Tietojenkäsittelytieteen seura ry:n puheenjohtaja J.K. Tämä oli viimeinen pääkirjoitukseni seuran puheenjohtajana. Toivotan uudelle puheenjohtajalle Lea Kutvoselle ja koko hallitukselle menestystä työssään!
7 Toimittajan palsta Kiitokset Vuosi vaihtuu ja samalla vaihtuu myös Seuran puheenjohtaja. Hallituksen nyt jättävä puheenjohtaja Antti Valmari onkin täysin palvelleena ollut Seuran hallituksessa jo kuusi vuotta. Noihin kuuteen vuoteen mahtuu paljon uudistuksia, joissa Antti on ollut mukana. Seuraavassa muutama poimintani. Nykymuotoisia Tietojenkäsittelytieteen päiviä on järjestetty samaiset kuusi vuotta. Antti on ollut kaikkien niiden järjestelyissä mukana. Antin vahva panos on näkynyt ja tulee varmasti myös näkymään pitkään tulevien päivien kokonaisilmeessä. Ovathan päivät kehittyneet tänä aikana kaksipäiväisistä kolmipäiväisiksi, mukaan ovat tulleet opiskelijoiden esitelmät sekä kokousjulkaisu ja olihan Antti Tampereen päivien isäntänäkin. Jollakin lailla tämän ajanjakson päättymistä taisi enteillä Antin railakkaat loppusanat tämän vuotisten päivien päätöstilaisuudessa: It s Over!. Seuran lehti koki pari vuotta sitten muodonmuutoksen. Myös tuon muutoksen arkkitehtinä toimi Antti. Lehden päätoimittajan ja muun toimituskunnan vaihtuminen oli tuolloin joka tapauksessa edessä. Antti oli valmis ottamaan päätoimittajan tehtävät vastuulleen, mutta samalla hän halusi uudistaa lehden muotoa ja erityisesti sen sisältöä oman tyylinsä mukaiseksi. Määrätietoisella otteella tehty muutos on kaikkien nähtävillä. Antilla on siis pitkä rupeama Seuran ja näin ollen koko oman tiedeyhteisömme hyväksi tehtyä työtä takana. Onneksi (Antin näkökulmasta katsottuna) niin Seuran vanhat kuin uudetkin säännöt estivät valitsemasta häntä uudelleen tulevaan, ensi vuoden alusta aloittavaan hallitukseen. Toisaalta, onneksi (meidän muiden kannalta) Seuran hallituksessa oleminen ei ole edellytys mukana ololle Seuran aktiivisessa toiminnassa. Olenkin ollut rivien välistä lukevinani, että Antilla on vielä halukkuutta jatkaa esimerkiksi lehden päätoimittajan roolissa ja Tietojenkäsittelytieteen päivien ohjelmatoimikunnan puitteissa erityisesti hyvin liikkeelle lähteneiden opiskelijoiden esitelmien valinnassa. Haluankin lausua Antille suuret kiitokset siitä suurenmoisesta työstä, jonka hän on saanut aikaan. Ja uskon, että moni muukin Seuran jäsen haluaa yhtyä kiitoksiini. Ari Korhonen Tietojenkäsittelytieteen toimittaja