Mechanistic population Models in Biology: Model Derivation and Application

In general, models of ecological systems can be broadly categorized as ’top-down’ or ’bottom-up’ models, based on the hierarchical level that the model processes are formulated on. The structure of a top-down, also known as phenomenological, population model can be interpreted in terms of population characteristics, but it typically lacks an interpretation on a more basic level. In contrast, bottom-up, also known as mechanistic, population models are derived from assumptions and processes on a more basic level, which allows interpretation of the model parameters in terms of individual behavior. Both approaches, phenomenological and mechanistic modelling, can have their advantages and disadvantages in different situations. However, mechanistically derived models might be better at capturing the properties of the system at hand, and thus give more accurate predictions. In particular, when models are used for evolutionary studies, mechanistic models are more appropriate, since natural selection takes place on the individual level, and in mechanistic models the direct connection between model parameters and individual properties has already been established. The purpose of this thesis is twofold. Firstly, a systematical way to derive mechanistic discrete-time population models is presented. The derivation is based on combining explicitly modelled, continuous processes on the individual level within a reproductive period with a discrete-time maturation process between reproductive periods. Secondly, as an example of how evolutionary studies can be carried out in mechanistic models, the evolution of the timing of reproduction is investigated. Thus, these two lines of research, derivation of mechanistic population models and evolutionary studies, are complementary to each other.

Syntaksia suomenruotsalaisittain

Summary: Syntactic features of Finno-Swedish

"Suomen kielen suurin rikkaus ja ihanin ominaisuus" : Elias Lönnrotin johto-oppia

Summary: Elias Lönnrot's views on word formation by derivation

Mekanismien dynamiikan simuloinnissa sovellettavia numeerisia- ja mallinnusmenetelmiä

Koneet voidaan usein jakaa osajärjestelmiin, joita ovat ohjaus- ja säätöjärjestelmät, voimaa tuottavat toimilaitteet ja voiman välittävät mekanismit. Eri osajärjestelmiä on simuloitu tietokoneavusteisesti jo usean vuosikymmenen ajan. Osajärjestelmien yhdistäminen on kuitenkin uudempi ilmiö. Usein esimerkiksi mekanismien mallinnuksessa toimilaitteen tuottama voimaon kuvattu vakiona, tai ajan funktiona muuttuvana voimana. Vastaavasti toimilaitteiden analysoinnissa mekanismin toimilaitteeseen välittämä kuormitus on kuvattu vakiovoimana, tai ajan funktiona työkiertoa kuvaavana kuormituksena. Kun osajärjestelmät on erotettu toisistaan, on niiden välistenvuorovaikutuksien tarkastelu erittäin epätarkkaa. Samoin osajärjestelmän vaikutuksen huomioiminen koko järjestelmän käyttäytymissä on hankalaa. Mekanismien dynamiikan mallinnukseen on kehitetty erityisesti tietokoneille soveltuvia numeerisia mallinnusmenetelmiä. Useimmat menetelmistä perustuvat Lagrangen menetelmään, joka mahdollistaa vapaasti valittaviin koordinaattimuuttujiin perustuvan mallinnuksen. Numeerista ratkaisun mahdollistamiseksi menetelmän avulla muodostettua differentiaali-algebraaliyhtälöryhmää joudutaan muokkaamaan esim. derivoimalla rajoiteyhtälöitä kahteen kertaan. Menetelmän alkuperäisessä numeerisissa ratkaisuissa kaikki mekanismia kuvaavat yleistetyt koordinaatit integroidaan jokaisella aika-askeleella. Tästä perusmenetelmästä johdetuissa menetelmissä riippumattomat yleistetyt koordinaatit joko integroidaan ja riippuvat koordinaatit ratkaistaan rajoiteyhtälöiden perusteella tai yhtälöryhmän kokoa pienennetään esim. käyttämällä nopeus- ja kiihtyvyysanalyyseissä eri kiertymäkoordinaatteja kuin asema-analyysissä. Useimmat integrointimenetelmät on alun perin tarkoitettu differentiaaliyhtälöiden (ODE) ratkaisuunjolloin yhtälöryhmään liitetyt niveliä kuvaavat algebraaliset rajoiteyhtälöt saattavat aiheuttaa ongelmia. Nivelrajoitteiden virheiden korjaus, stabilointi, on erittäin tärkeää mekanismien dynamiikan simuloinnin onnistumisen ja tulosten oikeellisuuden kannalta. Mallinnusmenetelmien johtamisessa käytetyn virtuaalisen työn periaatteen oletuksena nimittäin on, etteivät rajoitevoimat tee työtä, eli rajoitteiden vastaista siirtymää ei tapahdu. Varsinkaan monimutkaisten järjestelmien pidemmissä analyyseissä nivelrajoitteet eivät toteudu tarkasti. Tällöin järjestelmän energiatasapainoei toteudu ja järjestelmään muodostuu virtuaalista energiaa, joka rikkoo virtuaalisen työn periaatetta, Tästä syystä tulokset eivät enää pidäpaikkaansa. Tässä raportissa tarkastellaan erityyppisiä mallinnus- ja ratkaisumenetelmiä, ja vertaillaan niiden toimivuutta yksinkertaisten mekanismien numeerisessa ratkaisussa. Menetelmien toimivuutta tarkastellaan ratkaisun tehokkuuden, nivelrajoitteiden toteutumisen ja energiatasapainon säilymisen kannalta.

Application Size Optimisation in Mobile Environment

Työssä tutkitaan menetelmiä, käytäntöjä ja oliosuunnittelumalleja jotka johtavat ohjelmistojen koon pienentymiseen. Työssä tutkitaan konkreettisia keinoja ohjelmistojen koon optimointiin Symbian-alustalla. Työ keskityy C++ ohjelmistoihin jotka on suunniteltu toimimaan matkapuhelimissa ja muissa langattomissa laitteissa. Työssä esitellään, analysoidaan ja optimoidaan todellinen, loppukäyttäjille suunnattu, langaton sovellus. Käytetyt optimointimenetelmät sekä saadut tulokset esitellään ja analysoidaan. Esimerkkisovelluksen toteuttamisesta kertyvien kokemusten perusteella esitetään suosituksia langattomaan sovelluskehitykseen. Hyvän teknisen arkkitehtuurisuunnitelman todettiin olevan merkittävässä roolissa. C++ -kielen luokkaperinnän huomattiin yllättäen olevan suurin ohjelmatiedostojen kokoon vaikuttava tekijä Symbian-käyttöjärjestelmässä. Pienten ohjelmien tuottamisessa vaaditaan taitoa ja kurinalaisuutta. Ohjelmistokehittäjien asenteet ovat yleensä suurin este sille. Monet ihmiset eivät vain välitä kirjoittaminen ohjelmiensa koosta.

Aminohappojen enantiomeerien kromatografinen erottaminen

Enantiomeerit ovat yhdisteitä, jotka ovat toistensa peilikuvamuotoja. Enantiomeerien erotusmenetelmiä ovat neste-nesteuutto, kalvotekniikka, kiteytys, kromatografia ja kapillaarielektroforeesi. Nestekromatografinen erotus perustuu joko suoraan erotukseen tai epäsuoraan erotukseen. Kiraaliset stationaarifaasit erottavat yhdisteet kolonnissa suoralla erotuksella. Derivoimattomia aminohappojen enantiomeerejä on erotettu käyttäen ligandinvaihto-, kruunueetteri-, antibiootti- ja polysakkaridistationaarifaaseja. Epäsuora erotus vaatii erotettavan enantiomeeriparin esikäsittelyn ennen kolonnia. Markkinoilta löytyy niukasti preparatiiviseen mittakaavaan soveltuvia enantiomeerien erotusmateriaaleja. Työn kokeellisessa osassa enantiomeerien erotuksia tehtiin sekä analyyttisessä mittakaavassa että preparatiivisessa mittakaavassa. Tutkittavina pääkomponentteina aminohapoista olivat metioniinin, proliinin ja seriinin enantiomeeriparit. Analyyttisessä mittakaavassa kuparimuotoisella ligandinvaihtokolonnilla tehty erotus onnistui erittäin hyvin. Piikkien resoluutioiden arvot vaihtelivat tyypillisesti välillä 2,0-35 ja erotustekijöiden arvot välillä 1,5-30. Parhaiten onnistuttiin erottamaan metioniinin enantiomeerit toisistaan. Prepatatiivisen mittakaavan erotusmateriaalin tutkimus keskittyi materiaalin kokeiluun ja kehitykseen aminohappojen enantiomeerien erotukseen soveltuvaksi. Erotusmateriaalilla onnistuttiin erottamaan aminohappoja toisistaan, mutta aminohappojen enantiomeerien erottumista ei onnistuttu selkeästi havaitsemaan. Erotusmateriaali toimi parhaiten muunnettuna alkaalisissa olosuhteissa kuparimuotoiseksi. Kuparin pysymättömyys erotusmateriaalissa aiheutti kuitenkin ongelmia kokeiden toistettavuuteen.

Applying TTCN to testing of Mobile IP

Diplomityö käsittelee ISO:n yhdenmukaisuustestin menetelmien sekä ISO-9646:n kehysten soveltamista Mobile IPv6 protokollan testauksessa. Mobile IPv6 protokollaa tarkastellaan määrittelyjen pohjalta, myös testien tärkeyttä ja tulosten johtamista käsitellään. Työssä käsitellän MSC:n (Message Sequence Charts) käyttöä testaustyössä mahdolliset edut huomioiden. TTCN kieli, testausmenetelmät ja OpenTTCN testauskone käsitellään. Testin kohteena olevien yhdyskäytävän ja palvelimen määrittelyt kuvataan. Osia abstract test suite :sta (ATS) esitellään esimerkin antamiseksi todellisesta sovelluksesta ja sen yhteydestä tehtyyn dokumenttiin.

A Dependency Parsing Approach to Biomedical Text Mining

Biomedical research is currently facing a new type of challenge: an excess of information, both in terms of raw data from experiments and in the number of scientific publications describing their results. Mirroring the focus on data mining techniques to address the issues of structured data, there has recently been great interest in the development and application of text mining techniques to make more effective use of the knowledge contained in biomedical scientific publications, accessible only in the form of natural human language. This thesis describes research done in the broader scope of projects aiming to develop methods, tools and techniques for text mining tasks in general and for the biomedical domain in particular. The work described here involves more specifically the goal of extracting information from statements concerning relations of biomedical entities, such as protein-protein interactions. The approach taken is one using full parsing—syntactic analysis of the entire structure of sentences—and machine learning, aiming to develop reliable methods that can further be generalized to apply also to other domains. The five papers at the core of this thesis describe research on a number of distinct but related topics in text mining. In the first of these studies, we assessed the applicability of two popular general English parsers to biomedical text mining and, finding their performance limited, identified several specific challenges to accurate parsing of domain text. In a follow-up study focusing on parsing issues related to specialized domain terminology, we evaluated three lexical adaptation methods. We found that the accurate resolution of unknown words can considerably improve parsing performance and introduced a domain-adapted parser that reduced the error rate of theoriginal by 10% while also roughly halving parsing time. To establish the relative merits of parsers that differ in the applied formalisms and the representation given to their syntactic analyses, we have also developed evaluation methodology, considering different approaches to establishing comparable dependency-based evaluation results. We introduced a methodology for creating highly accurate conversions between different parse representations, demonstrating the feasibility of unification of idiverse syntactic schemes under a shared, application-oriented representation. In addition to allowing formalism-neutral evaluation, we argue that such unification can also increase the value of parsers for domain text mining. As a further step in this direction, we analysed the characteristics of publicly available biomedical corpora annotated for protein-protein interactions and created tools for converting them into a shared form, thus contributing also to the unification of text mining resources. The introduced unified corpora allowed us to perform a task-oriented comparative evaluation of biomedical text mining corpora. This evaluation established clear limits on the comparability of results for text mining methods evaluated on different resources, prompting further efforts toward standardization. To support this and other research, we have also designed and annotated BioInfer, the first domain corpus of its size combining annotation of syntax and biomedical entities with a detailed annotation of their relationships. The corpus represents a major design and development effort of the research group, with manual annotation that identifies over 6000 entities, 2500 relationships and 28,000 syntactic dependencies in 1100 sentences. In addition to combining these key annotations for a single set of sentences, BioInfer was also the first domain resource to introduce a representation of entity relations that is supported by ontologies and able to capture complex, structured relationships. Part I of this thesis presents a summary of this research in the broader context of a text mining system, and Part II contains reprints of the five included publications.

Salient Pole Synchronous Machine Modelling in an Industrial Direct Torque Controlled Drive Application

Synchronous motors are used mainly in large drives, for example in ship propulsion systems and in steel factories' rolling mills because of their high efficiency, high overload capacity and good performance in the field weakening range. This, however, requires an extremely good torque control system. A fast torque response and a torque accuracy are basic requirements for such a drive. For large power, high dynamic performance drives the commonly known principle of field oriented vector control has been used solely hitherto, but nowadays it is not the only way to implement such a drive. A new control method Direct Torque Control (DTC) has also emerged. The performance of such a high quality torque control as DTC in dynamically demanding industrial applications is mainly based on the accurate estimate of the various flux linkages' space vectors. Nowadays industrial motor control systems are real time applications with restricted calculation capacity. At the same time the control system requires a simple, fast calculable and reasonably accurate motor model. In this work a method to handle these problems in a Direct Torque Controlled (DTC) salient pole synchronous motor drive is proposed. A motor model which combines the induction law based "voltage model" and motor inductance parameters based "current model" is presented. The voltage model operates as a main model and is calculated at a very fast sampling rate (for example 40 kHz). The stator flux linkage calculated via integration from the stator voltages is corrected using the stator flux linkage computed from the current model. The current model acts as a supervisor that prevents only the motor stator flux linkage from drifting erroneous during longer time intervals. At very low speeds the role of the current model is emphasised but, nevertheless, the voltage model always stays the main model. At higher speeds the function of the current model correction is to act as a stabiliser of the control system. The current model contains a set of inductance parameters which must be known. The validation of the current model in steady state is not self evident. It depends on the accuracy of the saturated value of the inductances. Parameter measurement of the motor model where the supply inverter is used as a measurement signal generator is presented. This so called identification run can be performed prior to delivery or during drive commissioning. A derivation method for the inductance models used for the representation of the saturation effects is proposed. The performance of the electrically excited synchronous motor supplied with the DTC inverter is proven with experimental results. It is shown that it is possible to obtain a good static accuracy of the DTC's torque controller for an electrically excited synchronous motor. The dynamic response is fast and a new operation point is achieved without oscillation. The operation is stable throughout the speed range. The modelling of the magnetising inductance saturation is essential and cross saturation has to be considered as well. The effect of cross saturation is very significant. A DTC inverter can be used as a measuring equipment and the parameters needed for the motor model can be defined by the inverter itself. The main advantage is that the parameters defined are measured in similar magnetic operation conditions and no disagreement between the parameters will exist. The inductance models generated are adequate to meet the requirements of dynamically demanding drives.

Mikael Agricolan teosten kielen ala-, ylä-, ja -pää-vartaloiset adpositiot

Adpositions with the stems ala, ylä and pää in the language of Mikael Agricola’s writings The language of Mikael Agricola’s (c 1510–1557) writings represents an interesting phase in the development of the Finnish system for adpositions. In the Finnish language, the older Uralic system of postpositions has undergone expansion and a new system of prepositions has been adopted. On the other hand, the adposition system found in Agricola’s writings has also been strongly affected by foreign models, because Agricola’s texts are mainly translations of religious texts, which by and large use a word-for-word translation strategy. In the thesis, I explore Agricola’s use of adpositions; more specifically, which adpositions carry the meaning of ‘being under’ or ‘being over’ something, and in what other functions these adpositions are used. My main focus is on the semantics of the adpositions. I also study the syntactic features of adpositions and adposition structures; these are intertwined with semantics, since the meaning of adpositions is established in the adposition clause. Finally, I compare Agricola’s use of adpositions to the corresponding adpositions of present-day Finnish. Adpositions with stems ala, ylä and pää form an interesting subject for research. Their frequency in the data, however, is highly uneven. The overwhelming majority of the adpositions studied in the thesis are päälle; there are only two occurrences of adpositions with the stem ylä. Adpositions typically denote a location ‘under’ or ‘above’ something. Almost half of the adpositions, however, can be classified as semantically unmotivated and as representing a foreign model in terms of the Finnish language; they do not occur in present-day Finnish. In Agricola’s texts they act in more grammatical roles than the corresponding adpositions of present-day Finnish. In the thesis, the corresponding adpositions in the source languages are carefully analysed. All other uses of the adpositions are marginal in relation to spatial ones and those based on foreign models. The original meanings of the adpositions have not changed much since Agricola, but adpositions considered to originate from foreign models have been intentionally eliminated in presentday standard Finnish. It is also noteworthy that the system of adpositions with the stems ala, ylä and pää has changed since Agricola. His texts include the adposition ala, which corresponds to the modern adposition alle. Likewise the adposition yllä is absent in Agricola, as are the internal locative cases of the adposition pää.