Reitinhakualgoritmien toiminnan optimointi tieaineistolla

Tiivistelmä. Nopeimman reitin haku tieaineistolla on osa monien ihmisten arkipäivää esimerkiksi käytettäessä mobiililaitteita. Optimaalisen reitin haku kahden pisteen välillä on aihe, josta on olemassa paljon aiempaa tutkimustietoa. Klassisia algoritmeja, jotka ratkaisevat nopeimman reitin ongelman graafissa ja joita voidaan hyödyntää myös tieaineistolla ovat Dijkstran algoritmi ja A* -algoritmi. Uusimmissa tutkimuksissa on kehitetty nopeita algoritmeja, joille tarvittava reittiaineisto esikäsitellään nopeuden parantamiseksi. Tämän työn keskeisenä tutkimuskysymyksenä on selvittää, miten klassisia reitinhakualgoritmeja voidaan optimoida Suomen kattavalla Digiroad-tieaineistolla aiemmasta tutkimuksesta löytyvin menetelmin. Työssä tutkitaan tietorakenteiden optimointia tieaineistolle, keskinopeuden käyttöä heuristiikkana matka-ajan optimoinnissa sekä miten tieaineiston metadataa voidaan hyödyntää algoritmien optimoinnissa. Saatuja tuloksia verrataan esikäsittelyä hyödyntäviin algoritmeihin. Kirjallisuuskatsaus sisältää käsittelyn klassisista reititysalgoritmeista, tieaineiston erityispiirteistä sekä miten esikäsittelyä hyödyntävien menetelmien kehitys on vaikuttanut tutkimukseen. Lisäksi käsitellään tietorakenteiden roolia reititysalgoritmien toiminnassa sekä millaisia tuloksia eri optimointimenetelmien yhdistelmillä on saatu. Tämän työn tutkimusmenetelmänä on suunnittelutiede (Design Science). Menetelmän avulla luotu artefakti lukee Digiroad-aineistoa ja toimii yhtenäisenä alustana kolmelle erilaisille koejärjestelylle, jotka vastaavat esitettyihin tutkimuskysymyksiin. Jokaisessa koejärjestelyssä kerättiin tietoa algoritmien toiminnassa suorituskyky ja laatumittareilla käyttäen viittäsataa satunnaisesti valittua pisteparia. Tietorakenteiden ja algoritmien koejärjestelyn keskeisenä tuloksena havaittiin A* -algoritmin suoriutuvan 3,59 kertaa nopeammin kuin Dijkstran algoritmi Digiroad-aineistolla. Lisäksi tietorakenteiden käytännön toteutuksella on suuri vaikutus algoritmien nopeuteen. Binäärikeon toimintaa optimoimalla voitiin parantaa reitityksen nopeutta A* -algoritmilla 6,43 kertaisesti verrattuna perinteiseen binäärikekoon. Keskinopeutta käsittelevässä koejärjestelyssä tutkittiin A* -algoritmin heuristiikkaa ja millä arvioidulla keskinopeudella saadaan parhaat tulokset heuristiikassa linnuntietä hyödyntäen. Paras tasapaino reititysnopeuden ja optimaalisesta reitistä poikkeaman välillä saavutettiin arvoilla 70–90 km/h. Tällöin poikkeama oli 0,03–1,61 % optimaalisesta ratkaisusta reititysajan ollessa 3,54–14,84 kertaa parempi kuin referenssinä toimineessa Dijkstran algoritmissa. Kolmannessa koejärjestelyssä hyödynnettiin Digiroad-aineiston metatietoja luomalla niiden pohjalta erilaisia kaksitasoisia hierarkkisia algoritmeja käyttäen pohjana A* -algoritmia ja aiempien koejärjestelyjen tuloksia tavoitteena parantaa reititysaikoja. Tulokset voidaan jakaa kahteen ryhmään. Laadukkaimmilla algoritmeilla saavutettiin 14,25–18,27 kertainen parannus Dijkstran algoritmiin verrattuna poikkeaman optimaalisesta reitistä ollen 0,79–0,92 %. Nopeimmilla algoritmeilla saavutettiin 26,36–37,54 kertainen parannus Dijkstran algoritmiin, mutta poikkeama optimaalisesta reitistä oli tällöin 2,60–3,21 %. Tutkituilla algoritmeilla voidaan lähestyä nopeudeltaan yksinkertaisia esikäsittelyä hyödyntäviä algoritmeja, jos poikkeama optimaalisesta reitistä on hyväksyttävissä

Electrocardiographic risk markers for heart failure in women versus men

Abstract Heart failure (HF) is one of the leading causes of hospitalization in the Western world. Women have a lower HF hospitalization rate and mortality compared with men. The role of electrocardiography as a risk marker of future HF in women is not well known. We studied association of electrocardiographic (ECG) risk factors for HF hospitalization in women from a large middle-aged general population with a long-term follow-up and compared the risk profile to men. Standard 12-lead ECG markers were analyzed from 10,864 subjects (49% women), and their predictive value for HF hospitalization was analyzed. During the follow-up (30 ± 11 years), a total of 1,743 subjects had HF hospitalization; of these, 861 were women (49%). Several baseline characteristics, such as age, body mass index, blood pressure, and history of previous cardiac disease predicted the occurrence of HF both in women and men (p <0.001 for all). After adjusting for baseline variables, ECG sign of left ventricular hypertrophy (LVH) (p <0.001), and atrial fibrillation (p <0.001) were the only baseline ECG variables that predicted future HF in women. In men, HF was predicted by fast heart rate (p = 0.008), T wave inversions (p <0.001), abnormal Q-waves (p = 0.002), and atrial fibrillation (p <0.001). Statistically significant gender interactions in prediction of HF were observed in ECG sign of LVH, inferolateral T wave inversions, and heart rate. In conclusion, ECG sign of LVH predicts future HF in middle-aged women, and T wave inversions and elevated heart rate are associated with HF hospitalization in men

Electrocardiographic risk markers of cardiac death:gender differences in the general population

Abstract Background: Cardiac death is one of the leading causes of death and sudden cardiac death (SCD) is estimated to cause approximately 50% of cardiac deaths. Men have a higher cardiac mortality than women. Consequently, the mechanisms and risk markers of cardiac mortality are not as well defined in women as they are in men. Aim: The aim of the study was to assess the prognostic value and possible gender differences of SCD risk markers of standard 12-lead electrocardiogram in three large general population samples. Methods: The standard 12-lead electrocardiographic (ECG) markers were analyzed from three different Finnish general population samples including total of 20,310 subjects (49.9% women, mean age 44.8 ± 8.7 years). The primary endpoint was cardiac death, and SCD and all-cause mortality were secondary endpoints. The interaction effect between women and men was assessed for each ECG variable. Results: During the follow-up (7.7 ± 1.2 years), a total of 883 deaths occurred (24.5% women, p < 0.001). There were 296 cardiac deaths (13.9% women, p < 0.001) and 149 SCDs (14.8% women, p < 0.001). Among those who had died due to cardiac cause, women had more often a normal electrocardiogram compared to men (39.0 vs. 27.5%, p = 0.132). After adjustments with common cardiovascular risk factors and the population sample, the following ECG variables predicted the primary endpoint in men: left ventricular hypertrophy (LVH) with strain pattern (p < 0.001), QRS duration > 110 ms (p < 0.001), inferior or lateral T-wave inversion (p < 0.001) and inferolateral early repolarization (p = 0.033). In women none of the variables remained significant predictors of cardiac death in multivariable analysis, but LVH, QTc ≥ 490 ms and T-wave inversions predicted SCD (p < 0.047 and 0.033, respectively). In the interaction analysis, LVH (HR: 2.4; 95% CI: 1.2–4.9; p = 0.014) was stronger predictor of primary endpoint in women than in men. Conclusion: Several standard ECG variables provide independent information on the risk of cardiac mortality in men but not in women. LVH and T-wave inversions predict SCD also in women

Gender differences in prevalence and prognostic value of fragmented QRS complex

Abstract Background: Fragmented QRS (fQRS) on 12-lead electrocardiogram (ECG) is associated with scarred myocardium and adverse outcome. However, the data on gender differences in terms of its prevalence and prognostic value is sparse. The aim of this study was to evaluate whether gender differences in fQRS exist among subjects drawn from populations with different risk profiles. Methods: We analyzed fQRS from 12-lead ECG in 953 autopsy-confirmed victims of sudden cardiac death (SCD) (78% men; 67.0 ± 11.4 yrs), 1900 coronary artery disease (CAD) patients with angiographically confirmed stenosis of ≥50% (70% men; 66.6 ± 9.0 yrs, 43% with previous myocardial infarction [MI]), and in 10,904 adults drawn from the Finnish adult general population (52% men; 44.0 ± 8.5 yrs). Results: Prevalence of fQRS was associated with older age, male sex and the history and severity of prior cardiac disease of subjects. Among the general population fQRS was more commonly found among men in comparison to women (20.5% vs. 14.8%, p < 0.001). The prevalence of fQRS rose gradually along with the severity of prior cardiac disease in both genders, yet remained significantly higher in the male population: subjects with suspected or known cardiac disease (25.4% vs. 15.8% p < 0.001), CAD patients without prior MI (39.9% vs. 26.4%, p < 0.001), CAD patients with prior MI (42.9% vs. 31.2%, p < 0.001), and victims of SCD (56.4% vs. 44.4%, p < 0.001). Conclusions: The prevalence of QRS fragmentation varies in different populations. The fragmentation is clearly related to the underlying cardiac disease in both genders, however women seem to have significantly lower prevalence of fQRS in each patient population in comparison to men