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Context:
Test-driven development (TDD) is an agile software development approach that has been widely claimed to improve software quality. However, the extent to which TDD improves quality appears to be largely dependent upon the characteristics of the study in which it is evaluated (e.g., the research method, participant type, programming environment, etc.). The particularities of each study make the aggregation of results untenable.
Objectives:
The goal of this paper is to: increase the accuracy and generalizability of the results achieved in isolated experiments on TDD, provide joint conclusions on the performance of TDD across different industrial and academic settings, and assess the extent to which the characteristics of the experiments affect the quality-related performance of TDD.
Method:
We conduct a family of 12 experiments on TDD in academia and industry. We aggregate their results by means of meta-analysis. We perform exploratory analyses to identify variables impacting the quality-related performance of TDD.
Results:
TDD novices achieve a slightly higher code quality with iterative test-last development (i.e., ITL, the reverse approach of TDD) than with TDD. The task being developed largely determines quality. The programming environment, the order in which TDD and ITL are applied, or the learning effects from one development approach to another do not appear to affect quality. The quality-related performance of professionals using TDD drops more than for students. We hypothesize that this may be due to their being more resistant to change and potentially less motivated than students.
Conclusion:
Previous studies seem to provide conflicting results on TDD performance (i.e., positive vs. negative, respectively). We hypothesize that these conflicting results may be due to different study durations, experiment participants being unfamiliar with the TDD process, or case studies comparing the performance achieved by TDD vs. the control approach (e.g., the waterfall model), each applied to develop a different system. Further experiments with TDD experts are needed to validate these hypotheses.
Purpose
Supporting the surgeon during surgery is one of the main goals of intelligent ORs. The OR-Pad project aims to optimize the information flow within the perioperative area. A shared information space should enable appropriate preparation and provision of relevant information at any time before, during, and after surgery.
Methods
Based on previous work on an interaction concept and system architecture for the sterile OR-Pad system, we designed a user interface for mobile and intraoperative (stationary) use, focusing on the most important functionalities like clear information provision to reduce information overload. The concepts were transferred into a high-fidelity prototype for demonstration purposes. The prototype was evaluated from different perspectives, including a usability study.
Results
The prototype’s central element is a timeline displaying all available case information chronologically, like radiological images, labor findings, or notes. This information space can be adapted for individual purposes (e.g., highlighting a tumor, filtering for own material). With the mobile and intraoperative mode of the system, relevant information can be added, preselected, viewed, and extended during the perioperative process. Overall, the evaluation showed good results and confirmed the vision of the information system.
Conclusion
The high-fidelity prototype of the information system OR-Pad focuses on supporting the surgeon via a timeline making all available case information accessible before, during, and after surgery. The information space can be personalized to enable targeted support. Further development is reasonable to optimize the approach and address missing or insufficient aspects, like the holding arm and sterility concept or new desired features.
Fragestellung: Das klinische Standardverfahren und Referenz der Schlafmessung und der Klassifizierung der einzelnen Schlafstadien ist die Polysomnographie (PSG). Alternative Ansätze zu diesem aufwändigen Verfahren könnten einige Vorteile bieten, wenn die Messungen auf eine komfortablere Weise durchgeführt werden. Das Hauptziel dieser Forschung Studie ist es, einen Algorithmus für die automatische Klassifizierung von Schlafstadien zu entwickeln, der ausschließlich Bewegungs- und Atmungssignale verwendet [1].
Patienten und Methoden: Nach der Analyse der aktuellen Forschungsarbeiten haben wir multinomiale logistische Regression als Grundlage für den Ansatz gewählt [2]. Um die Genauigkeit der Auswertung zu erhöhen, wurden vier Features entwickelt, die aus Bewegungs- und Atemsignalen abgeleitet wurden. Für die Auswertung wurden die nächtlichen Aufzeichnungen von 35 Personen verwendet, die von der Charité-Universitätsmedizin Berlin zur Verfügung gestellt wurden. Das Durchschnittsalter der Teilnehmer betrug 38,6 +/– 14,5 Jahre und der BMI lag bei durchschnittlich 24,4 +/– 4,9 kg/m2. Da der Algorithmus mit drei Stadien arbeitet, wurden die Stadien N1, N2 und N3 zum NREM-Stadium zusammengeführt. Der verfügbare Datensatz wurde strikt aufgeteilt: in einen Trainingsdatensatz von etwa 100 h und in einen Testdatensatz mit etwa 160 h nächtlicher Aufzeichnungen. Beide Datensätze wiesen ein ähnliches Verhältnis zwischen Männern und Frauen auf, und der durchschnittliche BMI wies keine signifikante Abweichung auf.
Ergebnisse: Der Algorithmus wurde implementiert und lieferte erfolgreiche Ergebnisse: die Genauigkeit der Erkennung von Wach-/NREM-/REM-Phasen liegt bei 73 %, mit einem Cohen’s Kappa von 0,44 für die analysierten 19.324 Schlafepochen von jeweils 30 s. Die beobachtete gewisse Überschätzung der NREM-Phase lässt sich teilweise durch ihre Prävalenz in einem typischen Schlafmuster erklären. Selbst die Verwendung eines ausbalancierten Trainingsdatensatzes konnte dieses Problem nicht vollständig lösen.
Schlussfolgerungen: Die erreichten Ergebnisse haben die Tauglichkeit des Ansatzes prinzipiell bestätigt. Dieser hat den Vorteil, dass nur Bewegungs- und Atemsignale verwendet werden, die mit weniger Aufwand und komfortabler für Benutzer aufgezeichnet werden können als z. B. Herz- oder EEG-Signale. Daher stellt das neue System eine deutliche Verbesserung im Vergleich zu bestehenden Ansätzen dar. Die Zusammenführung der beschriebenen algorithmischen Software mit dem in [1] beschriebenen Hardwaresystem zur Messung von Atem- und Körperbewegungssignalen zu einem autonomen, berührungslosen System zur kontinuierlichen Schlafüberwachung ist eine mögliche Richtung zukünftiger Arbeiten.
In this paper a method for the generation of gSPM with ontology-based generalization was presented. The resulting gSPM was modeled with BPMN/BPMNsix in an efficient way and could be executed with BPMN workflow engines. In the next step the implementation of resource concepts, anatomical structures, and transition probabilities for workflow execution will be realized.
Artefaktkorrektur und verfeinerte Metriken für ein EEG-basiertes System zur Müdigkeitserkennung
(2019)
Fragestellung: Müdigkeit ist ein oft unterschätztes, aber dennoch großes Problem im Straßenverkehr. Von rund 2,5 Mio. Verkehrsunfällen 2015 in Deutschland, waren 2898 Unfälle, mit insgesamt 59 Toten (~1,7 % der Todesfälle), auf Übermüdung zurückzuführen. Schätzungen gehen von einer Dunkelziffer von bis zu 20 % aus. In einer ersten eigenen Studie wurde überprüft, ob ein mobiles EEG in einem Fahrsimulator Müdigkeitszustände zuverlässig erkennen kann. Die Erkennungsrate lag lediglich bei 61 %. Ziel dieser Arbeit ist, das verwendete Messsystem zu verbessern. Dazu wird die Genauigkeit durch eine Artefaktkorrektur und mit Hilfe von verfeinerten Qualitätsmetriken erhöht. Eine erkannte Übermüdung wird dem Fahrer dann in angemessener Weise angezeigt, so dass er entsprechend reagieren kann.
Patienten und Methoden: Die Independent Component Analysis (ICA) ist ein multivariates Verfahren, um mehrere Zufallsvariablen zu analysieren. Für die Entscheidung, ob ein Fahrer gerade müde oder wach ist, wird der erstellte Merkmalsvektor für jede Sequenz mit ICA klassifiziert. Dafür wird ein trainierter Machine-Learning-Algorithmus eingesetzt, der in der Lage ist, auch unbekannte Datensätze in Klassen einzuteilen. Um die benötigten Frequenzwerte zu erhalten, wurde für jeden EEG-Kanal eine Fourier Transformation durchgeführt. Der erstellte Merkmalsvektor wird im nächsten Schritt durch ein Künstliches Neuronales Netz klassifiziert. Für das Training werden vorab erstellte Merkmalsvektoren mit den Klassen „Wach“ und „Müde“ versehen. Diese Daten werden zufällig gemischt und im Verhältnis 2:1 in eine Trainings- und Testmenge geteilt. Das Experiment wurde mit acht Personen mit jeweils zweimal 45 min Testfahrt durchgeführt.
Ergebnisse: Der komplette Datensatz besteht aus 150.000 Signalwerten, welche zu ca. 7000 Sequenzen zusammengefasst werden. Durch die Anwendung der Qualitätsmetrik bleiben 4370 Sequenzen für das Training übrig. Bei invaliden Sequenzen aufgrund von EEG-Artefakten gibt es deutliche Unterschiede. Im „Wach“ Zustand werden dreimal so viele Sequenzen verworfen als im „Müde“ Zustand. Insgesamt werden bei wachen Probanden im Schnitt ca. 50 % der Sequenzen verworfen, bei Müden lediglich 25 %. Im Durchschnitt erreicht das System eine Erkennungsrate von 73 % für beide Zustände. Vergleicht man nun das Verhältnis von „Wach“ und „Müde“ und lässt „Leichte Müdigkeit“ außen vor, liegen die Ergebnisse bei über 90 %.
Schlussfolgerungen: Die Ergebnisse zeigen, dass die Aufmerksamkeit während des Experiments abnimmt bzw. die Müdigkeit zunimmt. Dies verdeutlichen zum einen subjektive und objektive Beobachtungen von Müdigkeitsanzeichen. Zum anderen lassen sich messbare und klassifizierbare Unterschiede im EEG Signal nachweisen. Die als Merkmale eingesetzten Theta-Wellen zeigten eine niedrigere Amplitude gegen Ende des Experiments. Die Erweiterung der binären Klassifizierung führt zu einer weiteren Stabilisierung der Ergebnisse. Artefaktkorrektur und Qualitätsmetriken steigern die Güte der Daten weiter. Die entwickelte Anwendung zur Müdigkeitserkennung ermittelt messbare Zeichen von Müdigkeit und kann eine gute Entscheidung über die Fahrtauglichkeit treffen.
Assistant platforms
(2023)
Many assistant systems have evolved toward assistant platforms. These platforms combine a range of resources from various actors via a declarative and generative interface. Among the examples are voice-oriented assistant platforms like Alexa and Siri, as well as text-oriented assistant platforms like ChatGPT and Bard. They have emerged as valuable tools for handling tasks without requiring deeper domain expertise and have received large attention with the present advances in generative artificial intelligence. In view of their growing popularity, this Fundamental outlines the key characteristics and capabilities that define assistant platforms. The former comprise a multi-platform architecture, a declarative interface, and a multi-platform ecosystem, while the latter include capabilities for composition, integration, prediction, and generativity. Based on this framework, a research agenda is proposed along the capabilities and affordances for assistant platforms.
Back to the future: origins and directions of the “Agile Manifesto” – views of the originators
(2018)
In 2001, seventeen professionals set up the manifesto for agile software development. They wanted to define values and basic principles for better software development. On top of brought into focus, the manifesto has been widely adopted by developers, in software-developing organizations and outside the world of IT. Agile principles and their implementation in practice have paved the way for radical new and innovative ways of software and product development. In parallel, the understanding of the manifesto’s underlying principles evolved over time. This, in turn, may affect current and future applications of agile principles. This article presents results from a survey and an interview study in collaboration with the original contributors of the manifesto for agile software development. Furthermore, it comprises the results from a workshop with one of the original authors. This publication focuses on the origins of the manifesto, the contributors’ views from today’s perspective, and their outlook on future directions. We evaluated 11 responses from the survey and 14 interviews to understand the viewpoint of the contributors. They emphasize that agile methods need to be carefully selected and agile should not be seen as a silver bullet. They underline the importance of considering the variety of different practices and methods that had an influence on the manifesto. Furthermore, they mention that people should question their current understanding of "agile" and recommend reconsidering the core ideas of the manifesto.
Background
The actual task of electrocardiographic examinations is to increase the reliability of diagnosing the condition of the heart. Within the framework of this task, an important direction is the solution of the inverse problem of electrocardiography, based on the processing of electrocardiographic signals of multichannel cardio leads at known electrode coordinates in these leads (Titomir et al. Noninvasiv electrocardiotopography, 2003), (Macfarlane et al. Comprehensive Electrocardiology, 2nd ed. (Chapter 9), 2011).
Results
In order to obtain more detailed information about the electrical activity of the heart, we carry out a reconstruction of the distribution of equivalent electrical sources on the heart surface. In this area, we hold reconstruction of the equivalent sources during the cardiac cycle at relatively low hardware cost. ECG maps of electrical potentials on the surface of the torso (TSPM) and electrical sources on the surface of the heart (HSSM) were studied for different times of the cardiac cycle. We carried out a visual and quantitative comparison of these maps in the presence of pathological regions of different localization. For this purpose we used the model of the heart electrical activity, based on cellular automata.
Conclusions
The model of cellular automata allows us to consider the processes of heart excitation in the presence of pathological regions of various sizes and localization. It is shown, that changes in the distribution of electrical sources on the surface of the epicardium in the presence of pathological areas with disturbances in the conduction of heart excitation are much more noticeable than changes in ECG maps on the torso surface.
In this paper, we deal with optimizing the monetary costs of executing parallel applications in cloud-based environments. Specifically, we investigate on how scalability characteristics of parallel applications impact the total costs of computations. We focus on a specific class of irregularly structured problems, where the scalability typically depends on the input data. Consequently, dynamic optimization methods are required for minimizing the costs of computation. For quantifying the total monetary costs of individual parallel computations, the paper presents a cost model that considers the costs for the parallel infrastructure employed as well as the costs caused by delayed results. We discuss a method for dynamically finding the number of processors for which the total costs based on our cost model are minimal. Our extensive experimental evaluation gives detailed insights into the performance characteristics of our approach.
The scoring of sleep stages is one of the essential tasks in sleep analysis. Since a manual procedure requires considerable human and financial resources, and incorporates some subjectivity, an automated approach could result in several advantages. There have been many developments in this area, and in order to provide a comprehensive overview, it is essential to review relevant recent works and summarise the characteristics of the approaches, which is the main aim of this article. To achieve it, we examined articles published between 2018 and 2022 that dealt with the automated scoring of sleep stages. In the final selection for in-depth analysis, 125 articles were included after reviewing a total of 515 publications. The results revealed that automatic scoring demonstrates good quality (with Cohen's kappa up to over 0.80 and accuracy up to over 90%) in analysing EEG/EEG + EOG + EMG signals. At the same time, it should be noted that there has been no breakthrough in the quality of results using these signals in recent years. Systems involving other signals that could potentially be acquired more conveniently for the user (e.g. respiratory, cardiac or movement signals) remain more challenging in the implementation with a high level of reliability but have considerable innovation capability. In general, automatic sleep stage scoring has excellent potential to assist medical professionals while providing an objective assessment.