Enabling privacy-preserving sharing of genomic data for GWASs in decentralized networks

The human genome can reveal sensitive information and is potentially re-identifiable, which raises privacy and security concerns about sharing such data on wide scales. In this work, we propose a preventive approach for privacy-preserving sharing of genomic data in decentralized networks for Genome-wide association studies (GWASs), which have been widely used in discovering the association between genotypes and phenotypes. The key components of this work are: a decentralized secure network, with a privacy-preserving sharing protocol, and a gene fragmentation framework that is trainable in an end-to-end manner. Our experiments on real datasets show the effectiveness of our privacy-preserving approaches as well as significant improvements in efficiency when compared with recent, related algorithms

Wadawurrung ethnobotany as synthesised from the research of Louis Lane

This research looks at how plants were used by Wadawurrung People prior to colonisation in a region classified as a biodiverse hotspot. This thesis provides a unique and valuable opportunity for modern society to learn about the Wadawurrung People’s comprehensive relationship with plants and their way of life

Entities with quantities : extraction, search, and ranking

Quantities are more than numeric values. They denote measures of the world’s entities such as heights of buildings, running times of athletes, energy efficiency of car models or energy production of power plants, all expressed in numbers with associated units. Entity-centric search and question answering (QA) are well supported by modern search engines. However, they do not work well when the queries involve quantity filters, such as searching for athletes who ran 200m under 20 seconds or companies with quarterly revenue above $2 Billion. State-of-the-art systems fail to understand the quantities, including the condition (less than, above, etc.), the unit of interest (seconds, dollar, etc.), and the context of the quantity (200m race, quarterly revenue, etc.). QA systems based on structured knowledge bases (KBs) also fail as quantities are poorly covered by state-of-the-art KBs. In this dissertation, we developed new methods to advance the state-of-the-art on quantity knowledge extraction and search.Zahlen sind mehr als nur numerische Werte. Sie beschreiben Maße von Entitäten wie die Höhe von Gebäuden, die Laufzeit von Sportlern, die Energieeffizienz von Automodellen oder die Energieerzeugung von Kraftwerken - jeweils ausgedrückt durch Zahlen mit zugehörigen Einheiten. Entitätszentriete Anfragen und direktes Question-Answering werden von Suchmaschinen häufig gut unterstützt. Sie funktionieren jedoch nicht gut, wenn die Fragen Zahlenfilter beinhalten, wie z. B. die Suche nach Sportlern, die 200m unter 20 Sekunden gelaufen sind, oder nach Unternehmen mit einem Quartalsumsatz von über 2 Milliarden US-Dollar. Selbst moderne Systeme schaffen es nicht, Quantitäten, einschließlich der genannten Bedingungen (weniger als, über, etc.), der Maßeinheiten (Sekunden, Dollar, etc.) und des Kontexts (200-Meter-Rennen, Quartalsumsatz usw.), zu verstehen. Auch QA-Systeme, die auf strukturierten Wissensbanken (“Knowledge Bases”, KBs) aufgebaut sind, versagen, da quantitative Eigenschaften von modernen KBs kaum erfasst werden. In dieser Dissertation werden neue Methoden entwickelt, um den Stand der Technik zur Wissensextraktion und -suche von Quantitäten voranzutreiben. Unsere Hauptbeiträge sind die folgenden: • Zunächst präsentieren wir Qsearch [Ho et al., 2019, Ho et al., 2020] – ein System, das mit erweiterten Fragen mit Quantitätsfiltern umgehen kann, indem es Hinweise verwendet, die sowohl in der Frage als auch in den Textquellen vorhanden sind. Qsearch umfasst zwei Hauptbeiträge. Der erste Beitrag ist ein tiefes neuronales Netzwerkmodell, das für die Extraktion quantitätszentrierter Tupel aus Textquellen entwickelt wurde. Der zweite Beitrag ist ein neuartiges Query-Matching-Modell zum Finden und zur Reihung passender Tupel. • Zweitens, um beim Vorgang heterogene Tabellen einzubinden, stellen wir QuTE [Ho et al., 2021a, Ho et al., 2021b] vor – ein System zum Extrahieren von Quantitätsinformationen aus Webquellen, insbesondere Ad-hoc Webtabellen in HTML-Seiten. Der Beitrag von QuTE umfasst eine Methode zur Verknüpfung von Quantitäts- und Entitätsspalten, für die externe Textquellen genutzt werden. Zur Beantwortung von Fragen kontextualisieren wir die extrahierten Entitäts-Quantitäts-Paare mit informativen Hinweisen aus der Tabelle und stellen eine neue Methode zur Konsolidierung und verbesserteer Reihung von Antwortkandidaten durch Inter-Fakten-Konsistenz vor. • Drittens stellen wir QL [Ho et al., 2022] vor – eine Recall-orientierte Methode zur Anreicherung von Knowledge Bases (KBs) mit quantitativen Fakten. Moderne KBs wie Wikidata oder YAGO decken viele Entitäten und ihre relevanten Informationen ab, übersehen aber oft wichtige quantitative Eigenschaften. QL ist frage-gesteuert und basiert auf iterativem Lernen mit zwei Hauptbeiträgen, um die KB-Abdeckung zu verbessern. Der erste Beitrag ist eine Methode zur Expansion von Fragen, um einen größeren Pool an Faktenkandidaten zu erfassen. Der zweite Beitrag ist eine Technik zur Selbstkonsistenz durch Berücksichtigung der Werteverteilungen von Quantitäten

Enhancing explainability and scrutability of recommender systems

Our increasing reliance on complex algorithms for recommendations calls for models and methods for explainable, scrutable, and trustworthy AI. While explainability is required for understanding the relationships between model inputs and outputs, a scrutable system allows us to modify its behavior as desired. These properties help bridge the gap between our expectations and the algorithm’s behavior and accordingly boost our trust in AI. Aiming to cope with information overload, recommender systems play a crucial role in filtering content (such as products, news, songs, and movies) and shaping a personalized experience for their users. Consequently, there has been a growing demand from the information consumers to receive proper explanations for their personalized recommendations. These explanations aim at helping users understand why certain items are recommended to them and how their previous inputs to the system relate to the generation of such recommendations. Besides, in the event of receiving undesirable content, explanations could possibly contain valuable information as to how the system’s behavior can be modified accordingly. In this thesis, we present our contributions towards explainability and scrutability of recommender systems: • We introduce a user-centric framework, FAIRY, for discovering and ranking post-hoc explanations for the social feeds generated by black-box platforms. These explanations reveal relationships between users’ profiles and their feed items and are extracted from the local interaction graphs of users. FAIRY employs a learning-to-rank (LTR) method to score candidate explanations based on their relevance and surprisal. • We propose a method, PRINCE, to facilitate provider-side explainability in graph-based recommender systems that use personalized PageRank at their core. PRINCE explanations are comprehensible for users, because they present subsets of the user’s prior actions responsible for the received recommendations. PRINCE operates in a counterfactual setup and builds on a polynomial-time algorithm for finding the smallest counterfactual explanations. • We propose a human-in-the-loop framework, ELIXIR, for enhancing scrutability and subsequently the recommendation models by leveraging user feedback on explanations. ELIXIR enables recommender systems to collect user feedback on pairs of recommendations and explanations. The feedback is incorporated into the model by imposing a soft constraint for learning user-specific item representations. We evaluate all proposed models and methods with real user studies and demonstrate their benefits at achieving explainability and scrutability in recommender systems.Unsere zunehmende Abhängigkeit von komplexen Algorithmen für maschinelle Empfehlungen erfordert Modelle und Methoden für erklärbare, nachvollziehbare und vertrauenswürdige KI. Zum Verstehen der Beziehungen zwischen Modellein- und ausgaben muss KI erklärbar sein. Möchten wir das Verhalten des Systems hingegen nach unseren Vorstellungen ändern, muss dessen Entscheidungsprozess nachvollziehbar sein. Erklärbarkeit und Nachvollziehbarkeit von KI helfen uns dabei, die Lücke zwischen dem von uns erwarteten und dem tatsächlichen Verhalten der Algorithmen zu schließen und unser Vertrauen in KI-Systeme entsprechend zu stärken. Um ein Übermaß an Informationen zu verhindern, spielen Empfehlungsdienste eine entscheidende Rolle um Inhalte (z.B. Produkten, Nachrichten, Musik und Filmen) zu filtern und deren Benutzern eine personalisierte Erfahrung zu bieten. Infolgedessen erheben immer mehr In- formationskonsumenten Anspruch auf angemessene Erklärungen für deren personalisierte Empfehlungen. Diese Erklärungen sollen den Benutzern helfen zu verstehen, warum ihnen bestimmte Dinge empfohlen wurden und wie sich ihre früheren Eingaben in das System auf die Generierung solcher Empfehlungen auswirken. Außerdem können Erklärungen für den Fall, dass unerwünschte Inhalte empfohlen werden, wertvolle Informationen darüber enthalten, wie das Verhalten des Systems entsprechend geändert werden kann. In dieser Dissertation stellen wir unsere Beiträge zu Erklärbarkeit und Nachvollziehbarkeit von Empfehlungsdiensten vor. • Mit FAIRY stellen wir ein benutzerzentriertes Framework vor, mit dem post-hoc Erklärungen für die von Black-Box-Plattformen generierten sozialen Feeds entdeckt und bewertet werden können. Diese Erklärungen zeigen Beziehungen zwischen Benutzerprofilen und deren Feeds auf und werden aus den lokalen Interaktionsgraphen der Benutzer extrahiert. FAIRY verwendet eine LTR-Methode (Learning-to-Rank), um die Erklärungen anhand ihrer Relevanz und ihres Grads unerwarteter Empfehlungen zu bewerten. • Mit der PRINCE-Methode erleichtern wir das anbieterseitige Generieren von Erklärungen für PageRank-basierte Empfehlungsdienste. PRINCE-Erklärungen sind für Benutzer verständlich, da sie Teilmengen früherer Nutzerinteraktionen darstellen, die für die erhaltenen Empfehlungen verantwortlich sind. PRINCE-Erklärungen sind somit kausaler Natur und werden von einem Algorithmus mit polynomieller Laufzeit erzeugt , um präzise Erklärungen zu finden. • Wir präsentieren ein Human-in-the-Loop-Framework, ELIXIR, um die Nachvollziehbarkeit der Empfehlungsmodelle und die Qualität der Empfehlungen zu verbessern. Mit ELIXIR können Empfehlungsdienste Benutzerfeedback zu Empfehlungen und Erklärungen sammeln. Das Feedback wird in das Modell einbezogen, indem benutzerspezifischer Einbettungen von Objekten gelernt werden. Wir evaluieren alle Modelle und Methoden in Benutzerstudien und demonstrieren ihren Nutzen hinsichtlich Erklärbarkeit und Nachvollziehbarkeit von Empfehlungsdiensten

Internet Localization of Multi-Party Relay Users: Inherent Friction Between Internet Services and User Privacy

Internet privacy is increasingly important on the modern Internet. Users are looking to control the trail of data that they leave behind on the systems that they interact with. Multi-Party Relay (MPR) architectures lower the traditional barriers to adoption of privacy enhancing technologies on the Internet. MPRs are unique from legacy architectures in that they are able to offer privacy guarantees without paying significant performance penalties. Apple's iCloud Private Relay is a recently deployed MPR service, creating the potential for widespread consumer adoption of the architecture. However, many current Internet-scale systems are designed based on assumptions that may no longer hold for users of privacy enhancing systems like Private Relay. There are inherent tensions between systems that rely on data about users -- estimated location of a user based on their IP address, for example -- and the trend towards a more private Internet. This work studies a core function that is widely used to control network and application behavior, IP geolocation, in the context of iCloud Private Relay usage. We study the location accuracy of popular IP geolocation services compared against the published location dataset that Apple publicly releases to explicitly aid in geolocating PR users. We characterize geolocation service performance across a number of dimensions, including different countries, IP version, infrastructure provider, and time. Our findings lead us to conclude that existing approaches to IP geolocation (e.g., frequently updated databases) perform inadequately for users of the MPR architecture. For example, we find median location errors >1,000 miles in some countries for IPv4 addresses using IP2Location. Our findings lead us to conclude that new, privacy-focused, techniques for inferring user location may be required as privacy becomes a default user expectation on the Internet

Entanglements of digital technologies and Indigenous language work in the Northern Territory

This thesis addresses the question of what happens when digital language resources are developed and become entangled with different types of language work in Indigenous languages of Australia's Northern Territory. It explores three specific sociotechnical assemblages, defined as heterogeneous sets of social and technical resources functioning together for various purposes. The types of language work that emerged were the role of language in practices of documentation, pedagogy and identity-making. The three projects under consideration respond to different motivations: the Living Archive of Aboriginal Languages is a digital archive of endangered literature in languages of the Northern Territory, motivated by a concern for the fate of materials produced in bilingual education programs in remote schools. The Digital Language Shell is a resource for developing and mobilising curricula in Indigenous languages and cultures, motivated by a need for a low-cost and low-tech template for sharing content under Indigenous authority. The Bininj Kunwok online course is a specific implementation of the Digital Language Shell, teaching an Indigenous language of West Arnhem land in a university context. Each project was created by the author working collaboratively with different teams, to support various types of language work. This PhD by publication offers a set of seven academic papers, each focusing on different aspects of the projects, and written for distinct audiences. The methods entailed iterative inquiry, as I reflected on my work as project manager in developing these digital resources, first addressing the technical and practical considerations, then through the lenses of various academic disciplines, and finally in a meta-analysis of the various heterogeneous elements that make up the research. The thesis emerges as an assemblage of heterogeneities – projects, papers, concepts, academic references, and auto-ethnographic stories – that is in itself a sociotechnical assemblage