Python as a programming language for the introductory programming courses

Tämä kandidaatintyö tutkii tietotekniikan perusopetuksessa keskeisen aiheen,ohjelmoinnin, alkeisopetusta ja siihen liittyviä ongelmia. Työssä perehdytään ohjelmoinnin perusopetusmenetelmiin ja opetuksen lähestymistapoihin, sekä ratkaisuihin, joilla opetusta voidaan tehostaa. Näitä ratkaisuja työssä ovat mm. ohjelmointikielen valinta, käytettävän kehitysympäristön löytäminen sekä kurssia tukevien opetusapuvälineiden etsiminen. Lisäksi kurssin läpivientiin liittyvien toimintojen, kuten harjoitusten ja mahdollisten viikkotehtävien valinta kuuluu osaksitätä työtä. Työ itsessään lähestyy aihetta tutkimalla Pythonin soveltuvuutta ohjelmoinnin alkeisopetukseen mm. vertailemalla sitä muihin olemassa oleviin yleisiin opetuskieliin, kuten C, C++ tai Java. Se tarkastelee kielen hyviä ja huonoja puolia, sekä tutkii, voidaanko Pythonia hyödyntää luontevasti pääasiallisena opetuskielenä. Lisäksi työ perehtyy siihen, mitä kaikkea kurssilla tulisi opettaa, sekä siihen, kuinka kurssin läpivienti olisi tehokkainta toteuttaa ja minkälaiset tekniset puitteet kurssin toteuttamista varten olisi järkevää valita.

Web Services In Symbian OS

This thesis presents different aspects of Web Services usage in Symbian OS that is an operating system for handheld devices. The practical part of the work was to develop Symbian OS client application for Web Services. It produced four reusable software components. XML enables platform and programming language independent services. Web Services use XML to create standardized message oriented services that are accessed through HTTP. Web Services are moving towards dynamic B2B interaction. Web Services increases the amount of transferred data, which is not desirable in mobile networks where transfer speed is slower than in the traditional networks. However the modern mobile networks are able to transfer the extra payload with reasonable time. XML processing is not a big problem. Web Services can be accessed from the modern mobile devices and they can cut down the development costs.

Simulation Supported Robot Programming using XML

The main objective of this master's thesis is to study robot programming using simulation software, and also how to embed the simulation software into company's own robot controlling software. The further goal is to study a new communication interface to the assembly line's components -more precisely how to connect the robot cell into this new communication system. Conveyor lines are already available where the conveyors use the new communication standard. The robot cell is not yet capable of communicating with to other devices using the new communication protocols. The main problem among robot manufacturers is that they all have their own communication systems and programming languages. There has not been any common programming language to program all the different robot manufacturers robots, until the RRS (Realistic Robot Simulation) standards were developed. The RRS - II makes it possible to create the robot programs in the simulation software and it gives a common user interface for different robot manufacturers robots. This thesis will present the RRS - II standard and the robot manufacturers situation for the RRS - II support. Thesis presents how the simulation software can be embedded into company's own robot controlling software and also how the robot cell can be connected to the CAMX (Computer Aided Manufacturing using XML) communication system.

Teaching mathematics and programming : new approaches with empirical evaluation

Programming and mathematics are core areas of computer science (CS) and consequently also important parts of CS education. Introductory instruction in these two topics is, however, not without problems. Studies show that CS students find programming difficult to learn and that teaching mathematical topics to CS novices is challenging. One reason for the latter is the disconnection between mathematics and programming found in many CS curricula, which results in students not seeing the relevance of the subject for their studies. In addition, reports indicate that students' mathematical capability and maturity levels are dropping. The challenges faced when teaching mathematics and programming at CS departments can also be traced back to gaps in students' prior education. In Finland the high school curriculum does not include CS as a subject; instead, focus is on learning to use the computer and its applications as tools. Similarly, many of the mathematics courses emphasize application of formulas, while logic, formalisms and proofs, which are important in CS, are avoided. Consequently, high school graduates are not well prepared for studies in CS. Motivated by these challenges, the goal of the present work is to describe new approaches to teaching mathematics and programming aimed at addressing these issues: Structured derivations is a logic-based approach to teaching mathematics, where formalisms and justifications are made explicit. The aim is to help students become better at communicating their reasoning using mathematical language and logical notation at the same time as they become more confident with formalisms. The Python programming language was originally designed with education in mind, and has a simple syntax compared to many other popular languages. The aim of using it in instruction is to address algorithms and their implementation in a way that allows focus to be put on learning algorithmic thinking and programming instead of on learning a complex syntax. Invariant based programming is a diagrammatic approach to developing programs that are correct by construction. The approach is based on elementary propositional and predicate logic, and makes explicit the underlying mathematical foundations of programming. The aim is also to show how mathematics in general, and logic in particular, can be used to create better programs.

Neural correlates of language learning in adults

The human language-learning ability persists throughout life, indicating considerable flexibility at the cognitive and neural level. This ability spans from expanding the vocabulary in the mother tongue to acquisition of a new language with its lexicon and grammar. The present thesis consists of five studies that tap both of these aspects of adult language learning by using magnetoencephalography (MEG) and functional magnetic resonance imaging (fMRI) during language processing and language learning tasks. The thesis shows that learning novel phonological word forms, either in the native tongue or when exposed to a foreign phonology, activates the brain in similar ways. The results also show that novel native words readily become integrated in the mental lexicon. Several studies in the thesis highlight the left temporal cortex as an important brain region in learning and accessing phonological forms. Incidental learning of foreign phonological word forms was reflected in functionally distinct temporal lobe areas that, respectively, reflected short-term memory processes and more stable learning that persisted to the next day. In a study where explicitly trained items were tracked for ten months, it was found that enhanced naming-related temporal and frontal activation one week after learning was predictive of good long-term memory. The results suggest that memory maintenance is an active process that depends on mechanisms of reconsolidation, and that these process vary considerably between individuals. The thesis put special emphasis on studying language learning in the context of language production. The neural foundation of language production has been studied considerably less than that of perceptive language, especially on the sentence level. A well-known paradigm in language production studies is picture naming, also used as a clinical tool in neuropsychology. This thesis shows that accessing the meaning and phonological form of a depicted object are subserved by different neural implementations. Moreover, a comparison between action and object naming from identical images indicated that the grammatical class of the retrieved word (verb, noun) is less important than the visual content of the image. In the present thesis, the picture naming was further modified into a novel paradigm in order to probe sentence-level speech production in a newly learned miniature language. Neural activity related to grammatical processing did not differ between the novel language and the mother tongue, but stronger neural activation for the novel language was observed during the planning of the upcoming output, likely related to more demanding lexical retrieval and short-term memory. In sum, the thesis aimed at examining language learning by combining different linguistic domains, such as phonology, semantics, and grammar, in a dynamic description of language processing in the human brain.

Developing an introductory object-oriented programming course

The state of the object-oriented programming course in Lappeenranta University of Technology had reached the point, where it required changes to provide better learning opportunities and thus the learning outcomes. Based on the student feedback the course was partially dated and ineffective. The components of the course were analysed and the ineffective elements were removed and new methods were introduced to improve the course. The major changes included the change from traditional teaching methods to reverse classroom method and the use of Java as the programming language. The changes were measured by the student feedback, lecturer’s observations and comparison to previous years. The feedback suggested that the changes were successful; the course received higher overall grade than before.

Siirtyminen C-kielestä Pythoniin ohjelmoinnin perusopetuksessa

Ohjelmointitaito on asia, jonka oppimisesta ja opettamisesta voidaan olla montaa mieltä, eikä yhtä oikeaa tapaa toteuttaa ohjelmoinnin opetusta tunnu olevan olemassa. Se on kuitenkin selvää, että jotkin menetelmät ja työkalut tuntuvat olevan parempia kuin toiset. Lukuvuoden 2005-2006 päätteeksi Lappeenrannan teknillinen yliopisto päätti päivittää ohjelmoinnin perusopetusta, ja kokeili siirtymistä Python-ohjelmointikieleen ohjelmoinnin alkeiskursseilla. Koska kurssin varsinaiset muutokset keskittyivät tekniseen infrastruktuuriin, tutustuttiin alustavassa kirjallisuustutkimuksessa ensin erilaisiin lähestymistapoihin,aiempiin tapauksiin sekä mielekkäiden työkalujen löytämiseen. Tässä diplomityössä perehdytään ohjelmoinnin opetuksen työkaluihin sekä erityisesti Python-ohjelmointikielen hyödyntämiseen ohjelmoinnin perusopetuksessa. Diplomityö esittelee useita lähestymistapoja sekä keskittyy tutkimaan Pythonin soveltuvuutta alkeisopetuksen käyttötarkoituksiin. Diplomityö tutustuu myös Lappeenrannassa järjestetyn ohjelmoinnin perusteiden kurssin tuloksiin, ja analysoi sitä, pystyikö Python-pohjainen kurssi toteuttamaan teknisen yliopiston sille asettamat vaatimukset. Lopuksi aineistosta analysoidaan jatkotutkimuksen tarpeita sekä pyritään löytämään ne osa-alueet, joita näissä jatkotutkimuksissa tulisi vielä kehittää.

Putkilämmönsiirtimien mitoitustyökalujen kehittäminen

Diplomityön tarkoituksena on kehittää tietokoneohjelma putkilämmönsiirtimen vaippapuolen painehäviön laskemiseksi. Ohjelmalla voidaan varmistaa lämmönsiirtimen mitoitusvaiheessa, että vaippapuolen painehäviö ei ylitä sallittuja rajoja. Ohjelmatäydentää olemassa olevia mitoitusohjelmia. Tässä diplomityössä käsitellään ainoastaan höyryvoimalaitosprosesseissa käytettäviä putkilämmönsiirtimiä. Työn kirjallisessa osassa on selvitetty periaate höyryvoimalaitosprosessista ja siinä käytettävistä putkilämmönsiirtimistä sekä esitetty putkilämmönsiirtimien rakenne, yleinen suunnittelu ja lämpö- ja virtaustekninen mitoitus. Painehäviön laskennassa käytetyt ja lämpö- ja virtausteknistä mitoitusta käsittelevässä kappaleessa esitetyt yhtälöt perustuvat Bell-Delawaren menetelmään. Painehäviönlaskentaohjelma on toteutettu hyväksikäyttäen Microsoft Excel taulukkolaskentaa ja Visual Basic -ohjelmointikieltä. Painehäviön laskenta perustuu segmenttivälilevyillä varustetun putkilämmönsiirtimen vaippapuolen yksifaasivirtaukseen. Lämmönsiirtimen lauhdutinosan painehäviö oletetaan merkityksettömäksi, joten kokonaispainehäviö muodostuu höyryn- ja lauhteenjäähdyttimessä. Kehitetty ohjelma on suunniteltu erityisesti lauhteenjäähdyttimessä muodostuvan painehäviön laskentaan. Ohjelmalla laskettuja painehäviön arvoja on verrattu todellisesta lämmönsiirtimestä mitattuihin arvoihin. Lasketut arvotvastaavat hyvin mittaamalla saatuja, eikä tuloksissa ilmene mitään systemaattista virhettä. Ohjelma on valmis käytettäväksi putkilämmönsiirtimien mitoitustyökaluna. Diplomityön pohjalta on tehty ehdotukset ohjelman edelleen kehittämiseksi.

Modeling information in software languages

Ohjelmiston kehitystyökalut käyttävät infromaatiota kehittäjän tuottamasta lähdekoodista. Informaatiota hyödynnetään ohjelmistoprojektin eri vaiheissa ja eri tarkoituksissa. Moderneissa ohjelmistoprojekteissa käytetyn informaation määrä voi kasvaa erittäin suureksi. Ohjelmistotyökaluilla on omat informaatiomallinsa ja käyttömekanisminsa. Informaation määrä sekä erilliset työkaluinformaatiomallit tekevät erittäin hankalaksi rakentaa joustavaa työkaluympäristöä, erityisesti ongelma-aluekohtaiseen ohjelmiston kehitysprosessiin. Tässä työssä on analysoitu perusinformaatiometamalleja Unified Modeling language kielestä, Python ohjelmointikielestä ja C++ ohjelmointikielestä. Metainformaation taso on rajoitettu rakenteelliselle tasolle. Ajettavat rakenteet on jätetty pois. ModelBase metamalli on yhdistetty olemassa olevista analysoiduista metamalleista. Tätä metamallia voidaan käyttää tulevaisuudessa ohjelmistotyökalujen kehitykseen.

Verkkokäyttöliittymäohjelmiston toteuttaminen TradeXpress-tietojärjestelmään.

Työssä perehdytään verkkokäyttöliittymien suunnitteluun ja toteutukseen. Erityisen huomion kohteena ovat Java-ohjelmointikieli ja ohjelmistosuunnittelussa suurta huomiota herättäneet suunnittelumallit. Java on kehittynyt lyhyen elinikänsä aikana huomattavasti, ja viimeaikaiset vakioluokkakirjastot ovat mahdollistaneet monipuolisten ja siirrettävien ohjelmistojen toteuttamisen. Vaikka Java ei sovellukaan kaikkiin tarkoituksiin, on se luotettavuutensa, siirrettävyytensä ja luokkakirjastojensa ilmaisuvoiman ansiosta hyvin houkutteleva kieli käyttöliittymien tekemiseen. Suunnittelumallit ovat merkittävä osa ammattimaista oliosuunnittelua. Ne tarjoavat valmiita ratkaisuja yleisiin suunnitteluongelmiin ja säästävät siten aikaa suunnittelu- ja toteutusvaiheissa. Suunnittelumallit voidaan jakaa kolmeen ryhmään: luontimallit, rakennemallit ja toiminnalliset mallit. Käytännön osuudessa tarkastellaan Java-käyttöliittymän toteutusta olemassa olevaan Soneran TradeXpress-tietojärjestelmään. Tässä tehtävässä Java ja suunnittelumallit ovat olleet keskeisellä sijalla. Java-käyttöliittymä, JavaGUI, koostuu kahdesta osasta: asiakasappletista ja Jrls-palvelimesta. Näiden kahden väliseen tiedonsiirtoon käytetään pääasiassa Javan RMI-yhteyskäytäntöä. Jrls-palvelin toimii asiakkaana RLS-palvelimelle erityisen RLS-yhteyskäytännön avulla.

Porting a Java library to different platforms

Viime aikoina matkapuhelimet ovat alkaneet tukea Javaa matkapuhelinsovellusten ohjelmointikielenä. Javan perusajatus on, että kerran käännetty sovellus voidaan suorittaa useilla laitealustoilla ilman uudelleenkääntämisen tarvetta. Jotta sovellukset voisivat toimia uudella alustalla, niiden käyttämät kirjastot tulee siirtää uudelle alustalle. Tämä diplomityö tutkii tämänkaltaiseen siirtoprojektiin liittyviä asioita. Diplomityön aikana käyttöliittymäkirjasto siirrettiin olemassa olleelta alustalta kahdelle uudelle alustalle. Toinen uusista alustoista oli vanhan alustan uusi versio, ja toinen oli kokonaan uusi alusta. Ohjelmiston siirtämistä helpottaa jos alkuperäinen ohjelmisto on suunniteltu siirrettävyyttä silmälläpitäen. Varsinaiset ohjelmaan tehtävät muutokset ovat tällöin helppoja tehdä. Hyvälaatuisen lopputuloksen saaminen vaatii kuitenkin aina että ohjelmisto myös testataan huolellisesti.

New kernel functions and learning methods for text and data mining

Recent advances in machine learning methods enable increasingly the automatic construction of various types of computer assisted methods that have been difficult or laborious to program by human experts. The tasks for which this kind of tools are needed arise in many areas, here especially in the fields of bioinformatics and natural language processing. The machine learning methods may not work satisfactorily if they are not appropriately tailored to the task in question. However, their learning performance can often be improved by taking advantage of deeper insight of the application domain or the learning problem at hand. This thesis considers developing kernel-based learning algorithms incorporating this kind of prior knowledge of the task in question in an advantageous way. Moreover, computationally efficient algorithms for training the learning machines for specific tasks are presented. In the context of kernel-based learning methods, the incorporation of prior knowledge is often done by designing appropriate kernel functions. Another well-known way is to develop cost functions that fit to the task under consideration. For disambiguation tasks in natural language, we develop kernel functions that take account of the positional information and the mutual similarities of words. It is shown that the use of this information significantly improves the disambiguation performance of the learning machine. Further, we design a new cost function that is better suitable for the task of information retrieval and for more general ranking problems than the cost functions designed for regression and classification. We also consider other applications of the kernel-based learning algorithms such as text categorization, and pattern recognition in differential display. We develop computationally efficient algorithms for training the considered learning machines with the proposed kernel functions. We also design a fast cross-validation algorithm for regularized least-squares type of learning algorithm. Further, an efficient version of the regularized least-squares algorithm that can be used together with the new cost function for preference learning and ranking tasks is proposed. In summary, we demonstrate that the incorporation of prior knowledge is possible and beneficial, and novel advanced kernels and cost functions can be used in algorithms efficiently.

PCI DSS -standardi ja sen vaatimukset kortinhaltijoiden tietojen suojaamiselle

Payment Card Industry Data Security Standard (PCI DSS) on korttiyhtiöiden kehittämä kansainvälinen tietoturvastandardi, jonka tarkoituksena on parantaa kortinhaltijoiden tietoja käsittelevien järjestelmien tietoturvaa. Standardissa määritellään vaatimukset tietojen turvalliselle tallennukselle ja käsittelylle, testaus- ja tarkastusmenetelmät sekä tarkastusvaatimukset ja tarkastuksia suorittavien tahojen sertifiointi. Standardi koskee kaikkia standardin hyväksyneiden maksukorttiyhtiöiden korttitietoja käsitteleviä tahoja. Standardin ylläpitämisestä ja kehittämisestä vastaa maksukorttiyhtiöiden perustama PCI Security Standards Council -toimielin. Syyskuussa 2006 toimielin julkaisi standardista version 1.1, joka on edelleen viimeisin versio. Tässä diplomityössä selvitettiin PCI DSS -standardin asettamat vaatimukset kortinhaltijoiden tietoja käsitteleville tahoille. Lisäksi tutkittiin mahdollisuuksia toteuttaa yksi standardin vaatimuksista, kortinhaltijoiden tietojen suojaaminen, esimerkkijärjestelmässä. Kyseinen järjestelmä on kehitetty IBM System i -palvelinympäristöön käyttäen RPG-ohjelmointikieltä.

Opinion Mining

In this thesis we study the field of opinion mining by giving a comprehensive review of the available research that has been done in this topic. Also using this available knowledge we present a case study of a multilevel opinion mining system for a student organization's sales management system. We describe the field of opinion mining by discussing its historical roots, its motivations and applications as well as the different scientific approaches that have been used to solve this challenging problem of mining opinions. To deal with this huge subfield of natural language processing, we first give an abstraction of the problem of opinion mining and describe the theoretical frameworks that are available for dealing with appraisal language. Then we discuss the relation between opinion mining and computational linguistics which is a crucial pre-processing step for the accuracy of the subsequent steps of opinion mining. The second part of our thesis deals with the semantics of opinions where we describe the different ways used to collect lists of opinion words as well as the methods and techniques available for extracting knowledge from opinions present in unstructured textual data. In the part about collecting lists of opinion words we describe manual, semi manual and automatic ways to do so and give a review of the available lists that are used as gold standards in opinion mining research. For the methods and techniques of opinion mining we divide the task into three levels that are the document, sentence and feature level. The techniques that are presented in the document and sentence level are divided into supervised and unsupervised approaches that are used to determine the subjectivity and polarity of texts and sentences at these levels of analysis. At the feature level we give a description of the techniques available for finding the opinion targets, the polarity of the opinions about these opinion targets and the opinion holders. Also at the feature level we discuss the various ways to summarize and visualize the results of this level of analysis. In the third part of our thesis we present a case study of a sales management system that uses free form text and that can benefit from an opinion mining system. Using the knowledge gathered in the review of this field we provide a theoretical multi level opinion mining system (MLOM) that can perform most of the tasks needed from an opinion mining system. Based on the previous research we give some hints that many of the laborious market research tasks that are done by the sales force, which uses this sales management system, can improve their insight about their partners and by that increase the quality of their sales services and their overall results.