Mining Behavioral Patterns from Mobile Big Data

Mobile devices connected to the Internet are a ubiquitous platform that can easily record a large amount of data describing human behavior. Specifically, the data collected from mobile devices --- referred to as mobile big data reveal important social and economic information. Therefore, analyzing mobile big data is valuable for several stakeholders, ranging from smartphone manufacturers to network operators and app developers. This thesis aims to discover and understand behavioral patterns from mobile big data based on large real-world datasets. Specifically, this thesis reveals patterns from three domains: people, time, and location. First, we explore mobile big data from the people domain and propose a framework to discover users' daily activity patterns from their mobile app usage. By applying the framework to a real-world dataset consisting of 653,092 users, we successfully extract five common patterns among millions of people, including commuting, pervasive socializing, nightly entertainment, afternoon reading, and nightly socializing. Second, still from the people domain, we derive group health conditions by using their smartphone usage data. In particular, we collect mobile usage records of 452 users in North America. We then demonstrate the potential for inferring group health conditions (i.e., COVID-19 outbreak stages) by leveraging less privacy-sensitive smartphone data, including CPU usage, memory usage, and network connections. Third, we mine the behavior patterns from the time domain. We reveal the evolution of mobile app usage by conducting a longitudinal study on 1,465 users from 2012 to 2017. The results show that users' app usage significantly changes over time. However, the evolution in app-category usage and individual app usage are different in terms of popularity distribution, usage diversity, and correlations. Last, with respect to the location domain, we leverage city-scale spatiotemporal mobile app usage data to reveal urban land usage patterns. We prove the strong correlation between mobile usage behavior and location features, which brings a new angle to urban analytics.Internetiin kytketyt mobiililaitteet ovat kaikkialla läsnä oleva alusta, joka voi helposti tallentaa suuren määrän tietoja, jotka kuvaavat ihmisen käyttäytymistä. Erityisesti mobiililaitteista kerätyt tiedot, joita kutsutaan mobiiliksi massadataksi (big data), paljastavat tärkeitä sosiaalisia ja taloudellisia tietoja. Siksi mobiilin massadatan analysointi on arvokasta useille sidosryhmille älypuhelinvalmistajista verkko-operaattoreihin ja sovelluskehittäjiin. Tämän väitöskirjan tavoitteena on löytää ja ymmärtää käyttäytymismalleja mobiilista massadatasta, joka perustuu suuriin reaalimaailman tietojoukkoihin. Erityisesti tämä väitöskirja tuottaa malleja kolmelta eri alueelta: ihmisiin, aikaan ja sijaintiin liittyen. Ensinnäkin tutkimme mobiilia massadataa ihmisiin liittyen ja ehdotamme viitekehystä, jonka avulla voidaan löytää käyttäjien päivittäisiä toimintamalleja heidän mobiilisovellustensa käytön perusteella. Soveltamalla tätä viitekehystä tosielämän tietojoukkoon, joka koostuu 653 092 käyttäjästä, löysimme onnistuneesti viisi yleistä mallia miljoonien ihmisten tiedoista, joihin kuuluivat mm. tiedot työmatkoista, sosiaalisista kontakteista, yöllisestä viihteestä, iltapäivän lukemisesta ja yöllisestä seurustelusta. Toiseksi, edelleen ihmisiin liittyen, johdamme tietoja ryhmien terveysolosuhteista käyttämällä heidän älypuhelintensa käyttötietoja. Keräsimme erityisesti 452 käyttäjän mobiilikäyttötietoja Pohjois-Amerikassa. Sitten osoitamme, että on mahdollista päätellä ryhmän terveysolosuhteet (eli COVID-19-epidemiavaiheet) hyödyntämällä vähemmän yksityisyyden kannalta arkoja älypuhelintietoja, mukaan lukien suorittimen käyttö, muistin käyttö ja verkkoyhteydet. Kolmanneksi louhimme käyttäytymismalleja aikaan liittyen. Paljastamme mobiilisovellusten käytön kehityksen tekemällä pitkittäistutkimuksen 1 465 käyttäjälle vuosina 2012–2017. Tulokset osoittavat, että käyttäjien sovellusten käyttö muuttuu merkittävästi ajan myötä. Sovellusluokan käytön ja yksittäisten sovellusten käytön kehitys on kuitenkin erilainen niiden suosion jakautumisen, käytön moninaisuuden ja korrelaatioiden suhteen. Lopuksi liittyen sijaintitietoihin hyödynnämme spatiotemporaalisten mobiilisovellusten käyttötietoja suurkaupunkitasolla paljastaaksemme kaupunkien maankäyttömallit. Todistamme vahvan korrelaation mobiililaitteiden käyttöön liittyvän käyttäytymisen ja sijaintiominaisuuksien välillä, mikä tuottaa uuden näkökulman kaupunkianalytiikkaan