Confronto di performance tra applicazioni web SQL e NoSQL su grandi quantità di dati

Lo scopo di questa tesi è di mettere a confronto le performance, su grandi quantità di dati, tra applicazioni web basate su database a modello relazionale, noti come RDBMS, e applicazioni web basate su database a modello non-relazionale, meglio conosciuti con l'appellativo NoSQL. Sono stati selezionati sette casi d'uso appartenenti ad una applicazione reale per effettuare il confronto di prestazioni tra i seguenti database: MySQL, Microsoft SQL Server, OrientDB, MongoDB e BaseX.

Graph algorithms for bioinformatics

Biological data are inherently interconnected: protein sequences are connected to their annotations, the annotations are structured into ontologies, and so on. While protein-protein interactions are already represented by graphs, in this work I am presenting how a graph structure can be used to enrich the annotation of protein sequences thanks to algorithms that analyze the graph topology. We also describe a novel solution to restrict the data generation needed for building such a graph, thanks to constraints on the data and dynamic programming. The proposed algorithm ideally improves the generation time by a factor of 5. The graph representation is then exploited to build a comprehensive database, thanks to the rising technology of graph databases. While graph databases are widely used for other kind of data, from Twitter tweets to recommendation systems, their application to bioinformatics is new. A graph database is proposed, with a structure that can be easily expanded and queried.

Analisi e sperimentazione del DBMS VoltDB

Analisi del sistema NewSQL e sperimentazione del software VoltDB su un benchmark definito.

Progettazione e realizzazione di una piattaforma DBAAS per Jackrabbit/JCR

Lo scopo di questa tesi è presentare un progetto per la realizzazione di una piattaforma DBAAS per il database Jackrabbit. Per piattaforma DBAAS si intende un sistema in grado di offrire ai clienti un database su richiesta (DataBase As A Service), e di amministrare automaticamente i database per conto dei clienti. Il progetto viene realizzato in un primo momento tramite un prototipo della piattaforma, in cui vengono effettuati test intensivi per controllare ogni funzionalità della piattaforma. Il prototipo viene sviluppato in un singolo host, nel quale è possibile simulare tutte le operazioni base della piattaforma DBAAS, come se fosse il sistema finale. In un secondo momento, il progetto sarà realizzato nella sua versione finale, con tutto l'hardware necessario a garantire un servizio ottimale. Questa tesi contiene la base per realizzare il sistema finale, che può essere realizzato in modi diversi a seconda delle scelte che farà il progettista. Ad esempio, è possibile comprare tutto l'hardware necessario e implementare la piattaforma DBAAS in-house, oppure si può scegliere di affidare tutta la gestione hardware ad un servizio di hosting.

Graph-based analysis of brain resting-state fMRI data in nocturnal frontal lobe epileptic patients

Il lavoro che ho sviluppato presso l'unità di RM funzionale del Policlinico S.Orsola-Malpighi, DIBINEM, è incentrato sull'analisi dati di resting state - functional Magnetic Resonance Imaging (rs-fMRI) mediante l'utilizzo della graph theory, con lo scopo di valutare eventuali differenze in termini di connettività cerebrale funzionale tra un campione di pazienti affetti da Nocturnal Frontal Lobe Epilepsy (NFLE) ed uno di controlli sani. L'epilessia frontale notturna è una peculiare forma di epilessia caratterizzata da crisi che si verificano quasi esclusivamente durante il sonno notturno. Queste sono contraddistinte da comportamenti motori, prevalentemente distonici, spesso complessi, e talora a semiologia bizzarra. L'fMRI è una metodica di neuroimaging avanzata che permette di misurare indirettamente l'attività neuronale. Tutti i soggetti sono stati studiati in condizioni di resting-state, ossia di veglia rilassata. In particolare mi sono occupato di analizzare i dati fMRI con un approccio innovativo in campo clinico-neurologico, rappresentato dalla graph theory. I grafi sono definiti come strutture matematiche costituite da nodi e links, che trovano applicazione in molti campi di studio per la modellizzazione di strutture di diverso tipo. La costruzione di un grafo cerebrale per ogni partecipante allo studio ha rappresentato la parte centrale di questo lavoro. L'obiettivo è stato quello di definire le connessioni funzionali tra le diverse aree del cervello mediante l'utilizzo di un network. Il processo di modellizzazione ha permesso di valutare i grafi neurali mediante il calcolo di parametri topologici che ne caratterizzano struttura ed organizzazione. Le misure calcolate in questa analisi preliminare non hanno evidenziato differenze nelle proprietà globali tra i grafi dei pazienti e quelli dei controlli. Alterazioni locali sono state invece riscontrate nei pazienti, rispetto ai controlli, in aree della sostanza grigia profonda, del sistema limbico e delle regioni frontali, le quali rientrano tra quelle ipotizzate essere coinvolte nella fisiopatologia di questa peculiare forma di epilessia.

Big data, nosql e machine learning: un'applicazione di prediction e recommendation basata sulle api di Amazon

In questa tesi sono stati introdotti e studiati i Big Data, dando particolare importanza al mondo NoSQL, approfondendo MongoDB, e al mondo del Machine Learning, approfondendo PredictionIO. Successivamente è stata sviluppata un'applicazione attraverso l'utilizzo di tecnologie web, nodejs, node-webkit e le tecnologie approfondite prima. L'applicazione utilizza l'interpolazione polinomiale per predirre il prezzo di un bene salvato nello storico presente su MongoDB. Attraverso PredictionIO, essa analizza il comportamento degli altri utenti consigliando dei prodotti per l'acquisto. Infine è stata effetuata un'analisi dei risultati dell'errore prodotto dall'interpolazione.

Benchmarking in the SWISSspine registry: results of 52 Dynardi lumbar total disc replacements compared with the data pool of 431 other lumbar disc prostheses

The SWISSspine registry is the first mandatory registry of its kind in the history of Swiss orthopaedics and it follows the principle of "coverage with evidence development". Its goal is the generation of evidence for a decision by the Swiss federal office of health about reimbursement of the concerned technologies and treatments by the basic health insurance of Switzerland. Recently, developed and clinically implemented, the Dynardi total disc arthroplasty (TDA) accounted for 10% of the implanted lumbar TDAs in the registry. We compared the outcomes of patients treated with Dynardi to those of the recipients of the other TDAs in the registry. Between March 2005 and October 2009, 483 patients with single-level TDA were documented in the registry. The 52 patients with a single Dynardi lumbar disc prosthesis implanted by two surgeons (CE and OS) were compared to the 431 patients who received one of the other prostheses. Data were collected in a prospective, observational multicenter mode. Surgery, implant, 3-month, 1-year, and 2-year follow-up forms as well as comorbidity, NASS and EQ-5D questionnaires were collected. For statistical analyses, the Wilcoxon signed-rank test and chi-square test were used. Multivariate regression analyses were also performed. Significant and clinically relevant reduction of low back pain and leg pain as well as improvement in quality of life was seen in both groups (P < 0.001 postop vs. preop). There were no inter-group differences regarding postoperative pain levels, intraoperative and follow-up complications or revision procedures with a new hospitalization. However, significantly more Dynardi patients achieved a minimum clinically relevant low back pain alleviation of 18 VAS points and a quality of life improvement of 0.25 EQ-5D points. The patients with Dynardi prosthesis showed a similar outcome to patients receiving the other TDAs in terms of postoperative low back and leg pain, complications, and revision procedures. A higher likelihood for achieving a minimum clinically relevant improvement of low back pain and quality of life in Dynardi patients was observed. This difference might be due to the large number of surgeons using other TDAs compared to only two surgeons using the Dynardi TDA, with corresponding variations in patient selection, patient-physician interaction and other factors, which cannot be assessed in a registry study.