基于BPDF的流程相似性度量

李 昭，吳 軍，陳 鵬+，何克清

(1.三峽大學(xué) 計(jì)算機(jī)與信息學(xué)院，湖北 宜昌 443002；2.武漢大學(xué) 計(jì)算機(jī)學(xué)院，湖北 武漢 430072)

0 引 言

新興信息技術(shù)正在改變甚至顛覆社會(huì)組織的經(jīng)營運(yùn)作方式，企業(yè)及組織通常維護(hù)大量的業(yè)務(wù)流程集，例如，中國移動(dòng)公司維護(hù)了超過1000種業(yè)務(wù)流程[1]。業(yè)務(wù)流程對(duì)于企業(yè)和組織來說，是提供一種描述某些具體服務(wù)的內(nèi)部過程的機(jī)制。隨著各類信息技術(shù)在人類社會(huì)方方面面的深入應(yīng)用，致使業(yè)務(wù)流程管理變得日益復(fù)雜，給業(yè)務(wù)流程管理帶來了一系列新的挑戰(zhàn)[2]，尤其是對(duì)業(yè)務(wù)流程的相似性度量提出了更高的新的要求。例如，現(xiàn)有業(yè)務(wù)流程模型相似性度量方法中存在缺失典型業(yè)務(wù)流程特征和預(yù)處理缺少自動(dòng)化處理方法，業(yè)務(wù)流程推薦策略缺失業(yè)務(wù)流程典型特征的問題。業(yè)務(wù)流程管理的目標(biāo)在于改進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量，提升服務(wù)水平，確切提高業(yè)務(wù)流程的描述能力、分析能力以及改進(jìn)流程的能力。業(yè)務(wù)流程管理作為現(xiàn)代信息系統(tǒng)的共性基礎(chǔ)技術(shù)，已經(jīng)被工業(yè)界和學(xué)術(shù)界廣泛關(guān)注，并在領(lǐng)域內(nèi)快速發(fā)展，業(yè)務(wù)流程相似性度量作為BPM研究的重要組成部分愈發(fā)需要符合特定標(biāo)準(zhǔn)的方法和工具。

業(yè)務(wù)流程相似性度量方法通常用于計(jì)算兩個(gè)給定的流程間的相似性。本文基于現(xiàn)有相似性度量方法的研究，為了提高業(yè)務(wù)流程相似性度量的準(zhǔn)確性和有效性，有效實(shí)現(xiàn)流程建模的目標(biāo)，更好地體現(xiàn)業(yè)務(wù)流程的典型特征和描述業(yè)務(wù)流程，提出了基于BPDF的流程相似性度量方法。該方法基于作者前期研究工作[3]，并且使用機(jī)器學(xué)習(xí)和統(tǒng)計(jì)學(xué)方法對(duì)業(yè)務(wù)流程元層數(shù)據(jù)特征進(jìn)行處理，以及提出一種新的基于元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的業(yè)務(wù)流程三層管理框架，以提高業(yè)務(wù)流程相似性度量的科學(xué)性和準(zhǔn)確性。

在實(shí)際的生產(chǎn)業(yè)務(wù)中，隨著業(yè)務(wù)需求的改變和新的市場因素的產(chǎn)生，業(yè)務(wù)流程通常需要進(jìn)行變更，以應(yīng)對(duì)新的市場變化與業(yè)務(wù)需求；或者在新的市場環(huán)境驅(qū)動(dòng)下，急需在現(xiàn)有流程庫中尋找功能相近的其它流程來替代已整體失效或異常的業(yè)務(wù)流程。此時(shí)，可以使用該方法對(duì)流程庫中的流程進(jìn)行分級(jí)，并優(yōu)先推薦相似性處于較高級(jí)別的流程對(duì)故障流程進(jìn)行替換或?yàn)楣收狭鞒痰淖兏峁Q策支持[4]。

1 相關(guān)工作

近年來業(yè)務(wù)流程的相似性度量已經(jīng)被廣泛研究，現(xiàn)有業(yè)務(wù)流程相似性度量通常涉及3個(gè)方面：①文本概念相似性；②結(jié)構(gòu)相似性；③行為相似性[5]。事實(shí)已經(jīng)證明業(yè)務(wù)流程結(jié)構(gòu)相似性與文本概念相似性等業(yè)務(wù)流程相關(guān)特征相結(jié)合可以提高業(yè)務(wù)流程相似性度量的準(zhǔn)確性。

Michael等[6]對(duì)業(yè)務(wù)流程相似性度量方法進(jìn)行了比較研究，得出對(duì)于不同目的和規(guī)范的服務(wù)都建議使用業(yè)務(wù)流程模型的相似性度量，從文本的角度評(píng)估業(yè)務(wù)流程的相似性。Huang等[7]提出了一種改進(jìn)的基于流程圖結(jié)構(gòu)的流程模型搜索方法。Li等[8]基于流程模型之間的結(jié)構(gòu)相似性，研究流程模型的存儲(chǔ)機(jī)制，并改進(jìn)模型存儲(chǔ)，便于用戶查詢和變更業(yè)務(wù)流程。Sun等[9]提出了一種基于語義任務(wù)鄰接和重要性(ISTAR)語義工作流的包含領(lǐng)域知識(shí)的行為相似性度量方法。ISTAR相似性基于兩個(gè)ISTAR集之間的相似性，表示語義工作流之間的相似性。Matthias等[10]提出了一種查詢流程模型的方法，以流程樣本為輸入，發(fā)現(xiàn)所有允許查詢行為的模型，并提供基于跟蹤語義和抽象行為包含的概念。除了相似性匹配度的決定之外，還提供了一個(gè)親密度評(píng)價(jià)，并可用于排名。Becker等[6]闡述了相似度度量應(yīng)該具有的8個(gè)屬性, 并分析了在學(xué)術(shù)文獻(xiàn)中發(fā)表的22種如何實(shí)現(xiàn)這些屬性的不同的相似性度量方法。

以上這些有關(guān)于業(yè)務(wù)流程相似性度量的研究，對(duì)于本文的研究有極強(qiáng)的指導(dǎo)和啟示作用。

2 Metadata_based業(yè)務(wù)流程描述框架的構(gòu)建

2.1 流程注冊(cè)元模型框架

本節(jié)的研究工作基于武漢大學(xué)何克清教授、李昭副教授團(tuán)隊(duì)前期研究中研發(fā)的ISO國際標(biāo)準(zhǔn)[11]：流程注冊(cè)元模型框架(metamodel framework for interoperability-part 5：metamodel for process model registration，MFI-5)，如圖1所示。該國際標(biāo)準(zhǔn)的主要功用是通過具體的建模語言描述業(yè)務(wù)流程模型，然后從多個(gè)維度選取該模型中相關(guān)的業(yè)務(wù)流程元數(shù)據(jù)特征，并對(duì)所選元數(shù)據(jù)特征進(jìn)行注冊(cè)與管理。

圖1 流程注冊(cè)元模型框架(MFI-5)

在MFI-5中，流程模型(Process_Model)是一種元類，用于流程的描述，并在使用一個(gè)具體的流程建模語言(Process_Modelling_Language)時(shí)，描述所包含的流程模型元素(Process_Model_Element)。流程模型元素包括流程(Process)以及流程間的依賴關(guān)系(Dependency)。對(duì)于每一個(gè)流程模型元素，存在某些事件(Event)能夠觸發(fā)該流程模型元素，或者由該流程模型元素產(chǎn)生相應(yīng)的事件。為了實(shí)現(xiàn)特定的業(yè)務(wù)目標(biāo)，在執(zhí)行一個(gè)流程模型元素時(shí)，會(huì)創(chuàng)建、使用或消耗相關(guān)的資源(Resource)。

依賴用于描述流程間的控制約束，并能夠歸為順序依賴(Sequence_Dependency)、分支依賴(Split_Dependency)，以及聯(lián)結(jié)依賴(Join_Dependency)。順序依賴指明流程模型元素是按照一定的順序執(zhí)行的。分支依賴則指出當(dāng)前驅(qū)的流程模型元素執(zhí)行完后，將并行地執(zhí)行一個(gè)或多個(gè)后繼的流程模型元素。聯(lián)結(jié)依賴指出當(dāng)前驅(qū)的一個(gè)或多個(gè)流程模型元素執(zhí)行完后，將開始執(zhí)行后續(xù)的流程模型元素。分支依賴的類型用于為后繼流程指明邏輯選擇，同理，聯(lián)結(jié)依賴的類型則為前驅(qū)流程指明邏輯選擇。分支依賴類型以及聯(lián)結(jié)依賴類型的值可以為異或(XOR)、或(OR)以及和(AND)。分支依賴類型XOR意味著有且僅一個(gè)后繼流程模型元素允許執(zhí)行，OR是指一個(gè)或多個(gè)后繼流程模型元素允許執(zhí)行，而AND指出所有后繼流程模型元素必須執(zhí)行。聯(lián)結(jié)依賴類型XOR意味著當(dāng)且僅當(dāng)一個(gè)前驅(qū)的流程模型元素執(zhí)行完成，后繼的單個(gè)流程模型元素才可執(zhí)行，OR是指當(dāng)且僅當(dāng)一個(gè)或多個(gè)前驅(qū)的流程模型元素執(zhí)行完成，后繼的單個(gè)流程模型元素才可執(zhí)行，AND是指當(dāng)且僅當(dāng)全部的前驅(qū)流程模型元素執(zhí)行完成，后繼的單個(gè)流程模型元素才可執(zhí)行。此外，在分支依賴類型的值確定以后，分支依賴選項(xiàng)(Split_Dependency_Option)表達(dá)了后繼流程模型元素執(zhí)行的安全條件。類似的，在聯(lián)結(jié)依賴類型的值確定以后，聯(lián)結(jié)依賴選項(xiàng)(Join_Dependency_Option)指明了前驅(qū)流程模型元素執(zhí)行的安全條件。

2.2 基于BPDF構(gòu)建業(yè)務(wù)流程相似性特征集

當(dāng)前流程注冊(cè)元模型框架(MFI-5)研究成果顯著，但是其忽略了業(yè)務(wù)流程的順序特性，導(dǎo)致在含有復(fù)雜結(jié)構(gòu)，例如循環(huán)結(jié)構(gòu)，并行結(jié)構(gòu)等業(yè)務(wù)流程中缺少用于描述不同業(yè)務(wù)流程元素間執(zhí)行順序的特征。為了解決該問題并在實(shí)際應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)有效度量業(yè)務(wù)流程的目標(biāo)，并作為以前工作[11]的擴(kuò)展，我們通過研究流程注冊(cè)元模型框架和業(yè)務(wù)流程的元層數(shù)據(jù)特征，基于MFI-5構(gòu)建業(yè)務(wù)流程描述框架BPDF，這被證明比以前的適用性更有效用于描述業(yè)務(wù)流程執(zhí)行順序的有向性，以很好地體現(xiàn)業(yè)務(wù)流程典型的元數(shù)據(jù)特征。

圖2 業(yè)務(wù)流程描述框架(BPDF)

業(yè)務(wù)流程描述框架(business process description framework，BPDF)是對(duì)業(yè)務(wù)流程的一種規(guī)范而形象化的數(shù)據(jù)描述。一個(gè)業(yè)務(wù)流程是一個(gè)由圖形對(duì)象組成的有向網(wǎng)狀圖，可以用如下七元組表示

BP=(NL，R，E，α，β，γ，A)

其中，NL表示由L標(biāo)號(hào)的業(yè)務(wù)活動(dòng)節(jié)點(diǎn)(Process_Activity)的有限集合，N→L表示活動(dòng)節(jié)點(diǎn)標(biāo)號(hào)映射函數(shù)，標(biāo)號(hào)主要用于區(qū)分每個(gè)流程活動(dòng)節(jié)點(diǎn)，可用任意字符序列表示；R表示業(yè)務(wù)流程的執(zhí)行實(shí)體資源(Resource)；E表示業(yè)務(wù)流程開始，結(jié)束，異常停止等特定情況(Event)；α表示業(yè)務(wù)流程的順序依賴(Sequence_Dependency)，是流程活動(dòng)節(jié)點(diǎn)間的控制約束，指明若一個(gè)前驅(qū)活動(dòng)執(zhí)行完畢，一個(gè)后繼活動(dòng)將開始執(zhí)行；β表示業(yè)務(wù)流程的分支依賴(Split_Dependency)，是流程活動(dòng)節(jié)點(diǎn)間的控制約束，指明若一個(gè)前驅(qū)流程執(zhí)行完畢，一個(gè)或多個(gè)后繼流程將開始執(zhí)行，類型主要指and-split，or-split不同組合；γ表示業(yè)務(wù)流程的聯(lián)結(jié)依賴(Join_Dependency)，是流程間的控制約束，指明若前驅(qū)的多個(gè)流程執(zhí)行完畢，后繼的一個(gè)流程將開始執(zhí)行，and-join，or-join不同組合；A表示業(yè)務(wù)流程的關(guān)聯(lián)關(guān)系(Association)，用于描述業(yè)務(wù)流程活動(dòng)或任務(wù)間有向的關(guān)聯(lián)關(guān)系。

為了便于對(duì)業(yè)務(wù)流程模型進(jìn)行準(zhǔn)確標(biāo)識(shí)與量化，本文須采用上述7個(gè)元數(shù)據(jù)特征。元數(shù)據(jù)特征構(gòu)成業(yè)務(wù)流程模型相似性特征集SFS，本文定義SFS內(nèi)容如式(1)所示

(1)

相似性特征集(SFS)的成功定義為業(yè)務(wù)流程模型的描述提供了元數(shù)據(jù)支持，并為向量的相似性計(jì)算奠定了基礎(chǔ)。

2.3 業(yè)務(wù)流程三層管理框架

業(yè)務(wù)流程的描述作為業(yè)務(wù)流程管理中的一項(xiàng)重要的工作，越來越多的研究人員因?yàn)檠芯抗ぷ鞯男枰贫俗约旱臉I(yè)務(wù)流程描述規(guī)則和管理框架。本文提出了一種業(yè)務(wù)流程“三層模式”的概念，并將業(yè)務(wù)流程應(yīng)用劃分為：業(yè)務(wù)流程描述層、業(yè)務(wù)流程管理層和業(yè)務(wù)流程應(yīng)用層，如圖3所示。這種“高內(nèi)聚低耦合”業(yè)務(wù)流程管理框架，為后文的研究工作奠定了基礎(chǔ)。

圖3 業(yè)務(wù)流“三層”管理框架

該框架主要分為4個(gè)功能模塊：業(yè)務(wù)流程描述、流程挖掘與存儲(chǔ)、相似性度量、個(gè)性化推薦。模塊內(nèi)高度耦合而模塊間高度松散。業(yè)務(wù)流程描述模塊作為業(yè)務(wù)流程描述層的基礎(chǔ)模型為其它模塊提供輔助功能。業(yè)務(wù)流程挖掘與存儲(chǔ)模塊聯(lián)系緊密，而個(gè)性化推薦模塊通過原始流程模型和挖掘出來的模型的相似性來評(píng)估挖掘算法，是流程相似性度量的一個(gè)應(yīng)用功能。

(1)業(yè)務(wù)流程描述層

業(yè)務(wù)流程描述層主要目的是對(duì)業(yè)務(wù)流程進(jìn)行一個(gè)形象而規(guī)范的描述，該框架提出可以采用特定的建模語言，例如BPMN[12]、Petri Net[13]等，結(jié)合基于元數(shù)據(jù)的業(yè)務(wù)流程描述框架BPDF對(duì)業(yè)務(wù)流程進(jìn)行描述，滿足用戶的特定目標(biāo)需求。

(2)業(yè)務(wù)流程管理層

業(yè)務(wù)流程管理層主要目的是對(duì)業(yè)務(wù)流程挖掘、業(yè)務(wù)流程存儲(chǔ)、業(yè)務(wù)流程相似性度量、業(yè)務(wù)流程個(gè)性化推薦等操行為進(jìn)行管理和規(guī)范化說明。

(3)業(yè)務(wù)流程應(yīng)用層

業(yè)務(wù)流程應(yīng)用層整理歸納為以下幾個(gè)方面：業(yè)務(wù)流程特征轉(zhuǎn)換與提取、業(yè)務(wù)流程模型圖像化展示、業(yè)務(wù)流程模型檢索、業(yè)務(wù)流程變更、業(yè)務(wù)流程替換等，主要為業(yè)務(wù)流程的相關(guān)應(yīng)用提供支撐。

3 業(yè)務(wù)流程相似性計(jì)算

3.1 流程模型的描述

基于業(yè)務(wù)流程三層管理框架可知，在業(yè)務(wù)流程相似性度量、業(yè)務(wù)流程挖掘、業(yè)務(wù)流程推薦等領(lǐng)域，選擇一種合適的建模語言尤為重要，業(yè)內(nèi)常用的建模語言有BPMN、Petri Net等。本文選擇其抽象級(jí)別位于實(shí)際業(yè)務(wù)流程與MFI-5之間的業(yè)務(wù)流程建模標(biāo)注語言(BPMN)作為業(yè)務(wù)流程建模語言。BPMN由于其具有圖形化特征，尤其能描述多方參與的復(fù)雜應(yīng)用場景，因此適合進(jìn)行業(yè)務(wù)流程的描述。

首先對(duì)數(shù)據(jù)集中3個(gè)在線售貨服務(wù)進(jìn)行業(yè)務(wù)流程解釋，以便于對(duì)其進(jìn)行業(yè)務(wù)流程進(jìn)行描述，并獲得相應(yīng)的圖4中的業(yè)務(wù)流程BPMN模型，為業(yè)務(wù)流程BPMN模型的標(biāo)識(shí)與量化奠定基礎(chǔ)。

圖4 在線售貨服務(wù)BPMN模型

在Model 1(M1)中，用戶首先執(zhí)行“購買商品”，然后執(zhí)行分支依賴中的“排他邏輯門”，流程將在所有輸出分支中依據(jù)情境(條件)僅選取其中一個(gè)分支執(zhí)行，即僅執(zhí)行“獲得商品”或僅執(zhí)行聯(lián)結(jié)依賴中的“相容邏輯門”。若選擇執(zhí)行“獲得商品”，則依次執(zhí)行分支依賴中的“并行邏輯門”、聯(lián)結(jié)依賴中的“相容邏輯門”、“驗(yàn)證發(fā)票”、“儲(chǔ)存商品”、聯(lián)結(jié)依賴中的“并行邏輯門”，最后結(jié)束流程；若選擇執(zhí)行聯(lián)結(jié)依賴中的“相容邏輯門”，則依次執(zhí)行“驗(yàn)證發(fā)票”、聯(lián)結(jié)依賴中的“并行邏輯門”，最后結(jié)束流程。

在Model 2(M2)中，用戶首先執(zhí)行“購買商品”，然后執(zhí)行分支依賴中的“排他邏輯門”，流程將在所有輸出分支中依據(jù)情境(條件)僅選取其中一個(gè)分支執(zhí)行，即僅執(zhí)行“獲得商品”或僅執(zhí)行聯(lián)結(jié)依賴中的“排他邏輯門”。若選擇執(zhí)行“獲得商品”，則依次執(zhí)行聯(lián)結(jié)依賴中的“排他邏輯門”、“儲(chǔ)存商品”，最后結(jié)束流程；若選擇執(zhí)行聯(lián)結(jié)依賴中的“排他邏輯門”，則執(zhí)行“儲(chǔ)存商品”并結(jié)束流程。

在Model 3(M3)中，用戶依次執(zhí)行“購買商品”、“獲得商品”、分支依賴中的“并行邏輯門”、“驗(yàn)證發(fā)票”、“儲(chǔ)存商品”、聯(lián)結(jié)依賴中的“并行邏輯門”，最后結(jié)束流程。

此外，為進(jìn)一步體現(xiàn)流程的直接參與者，并增強(qiáng)BPMN模型的可理解性，本文在BPMN模型中額外考慮模型的資源特征(Resource)，對(duì)BPMN模型的Resource進(jìn)行描述。

3.2 業(yè)務(wù)流程BPMN模型的標(biāo)識(shí)與量化

為了有效度量業(yè)務(wù)流程間的相似性，我們基于Metadata_based業(yè)務(wù)流程描述框架BPDF中元數(shù)據(jù)特征與BPMN圖形化標(biāo)識(shí)映射關(guān)系，見表1，具體的，基于元數(shù)據(jù)特征與業(yè)務(wù)流程BPMN模型的映射關(guān)系使用SFS對(duì)業(yè)務(wù)流程進(jìn)行標(biāo)識(shí)與量化，分別得到業(yè)務(wù)流程在7個(gè)元數(shù)據(jù)特征中的向量，為元數(shù)據(jù)特征向量的相似性計(jì)算奠定基礎(chǔ)。

表1 元數(shù)據(jù)特征的圖形化標(biāo)識(shí)映射關(guān)系

本文中Metadata_based業(yè)務(wù)流程描述框架(BPDF)認(rèn)為，對(duì)于業(yè)務(wù)流程描述、相似性度量以及業(yè)務(wù)流程推薦等應(yīng)滿足一些常見的特征性質(zhì)。元數(shù)據(jù)特征1～元數(shù)據(jù)特征7是基于BPDF推理而得的業(yè)務(wù)流程元數(shù)據(jù)特征，業(yè)務(wù)流程BPMN模型的標(biāo)識(shí)與量化結(jié)果見表2，具體的，7個(gè)業(yè)務(wù)流程模型元數(shù)據(jù)特征(Process_Activity，Resource，Event，Sequence_Dependency，Split_Dependency，Join_Depende-ncy，Association)的標(biāo)識(shí)與向量化請(qǐng)參見文獻(xiàn)[3]。

表2 業(yè)務(wù)流程元數(shù)據(jù)特征向量表示

3.3 基于元數(shù)據(jù)特征向量的流程相似性度量

業(yè)務(wù)流程元數(shù)據(jù)特征向量相似性計(jì)算是業(yè)務(wù)流程相似性度量的重要步驟，本文將業(yè)務(wù)流程間的相似性計(jì)算過程等價(jià)轉(zhuǎn)換為計(jì)算兩個(gè)業(yè)務(wù)流程在7個(gè)元數(shù)據(jù)特征的向量相似性，并進(jìn)行綜合考慮，從而得出兩個(gè)業(yè)務(wù)流程間的相似性。

本文中，我們基于元數(shù)據(jù)特征構(gòu)成流程相似性特征集(SFS)?；赟FS對(duì)BPMN模型進(jìn)行標(biāo)識(shí)和量化，以通過每個(gè)特征中向量的相似性確保BPMN模型的相似性?；诹鞒淘?個(gè)特征中的向量，使用相似性度量算法計(jì)算任意兩個(gè)業(yè)務(wù)流程在某一特征中向量的相似性，并充分考慮元數(shù)據(jù)特征權(quán)重，進(jìn)而獲取整體業(yè)務(wù)流程模型的相似性。

本文基于對(duì)經(jīng)典相似性度量算法的研究，采用余弦相似度對(duì)業(yè)務(wù)流程集中任意兩個(gè)BPMN模型在每一個(gè)元數(shù)據(jù)特征中向量的相似性進(jìn)行計(jì)算。參考余弦相似度，定義式(2)對(duì)任意兩個(gè)BPMN模型的元數(shù)據(jù)特征向量相似性進(jìn)行計(jì)算

(2)

其中，MA和MB分別代表數(shù)據(jù)集MS中任意兩個(gè)業(yè)務(wù)流程模型；MAi=(x1，x2，…，xn)、MBi=(y1，y2，…，yn) 分別代表MS中任意兩個(gè)模型在第i個(gè)元數(shù)據(jù)特征中的n維向量，且i=1，2，3，4，5，6，7； Sim(MAi,MBi) 表示向量MAi與MBi間的相似性值，即任意兩個(gè)業(yè)務(wù)流程模型在第i個(gè)元數(shù)據(jù)特征的相似性，其值域處于[0,1]的范圍。

基于式(2)計(jì)算得到MS中任意兩個(gè)業(yè)務(wù)流程BPMN模型的元數(shù)據(jù)特征中向量的相似性，結(jié)果見表3。

表3 BPMN模型在7個(gè)特征中向量的相似性

依據(jù)表3的計(jì)算結(jié)果并考慮7個(gè)元數(shù)據(jù)特征權(quán)重，進(jìn)而根據(jù)式(3)獲取兩個(gè)BPMN模型的相似性

(3)

其中， Sim(MA,MB) 表示業(yè)務(wù)流程BPMN模型MA與MB間的相似性，w是根據(jù)向前逐步回歸算法處理元層數(shù)據(jù)特征得到的權(quán)重。

為了更清晰地展示業(yè)務(wù)流程模型間的相似性，為業(yè)務(wù)流程的相似性進(jìn)行分析提供支持，依據(jù)計(jì)算結(jié)果構(gòu)建出BPMN模型的相似性表示矩陣(SM)。

業(yè)務(wù)流程模型相似性的成功獲取為業(yè)務(wù)流程分析、討論提供了支持，并為業(yè)務(wù)流程推薦奠定了基礎(chǔ)。根據(jù)本文所提方法可以對(duì)流程庫中的流程進(jìn)行分級(jí)，并優(yōu)先推薦相似性處于第一級(jí)的流程對(duì)故障流程進(jìn)行替換或?yàn)楣收狭鞒痰淖兏峁Q策支持。

4 實(shí)驗(yàn)研究

4.1 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)準(zhǔn)備

為了驗(yàn)證所提方法的有效性，本文利用實(shí)際的修車流程數(shù)據(jù)集進(jìn)行了驗(yàn)證。我們將100個(gè)修車服務(wù)業(yè)務(wù)流程模型隨機(jī)分成10組，然后從每一組數(shù)據(jù)中抽取3個(gè)業(yè)務(wù)流程模型得到擁有30個(gè)業(yè)務(wù)流程模型組成的測(cè)試數(shù)據(jù)集，對(duì)提出的方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)實(shí)證。

4.2 實(shí)驗(yàn)實(shí)施

依據(jù)本文所提方法，首先利用BPMN對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)集中的30個(gè)業(yè)務(wù)流程進(jìn)行描述，隨機(jī)選取10個(gè)業(yè)務(wù)流程模型組成實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)集MS

MS={TM1,TM2,TM3，…，TM10}

其次，輸入MS，依據(jù)業(yè)務(wù)流程相似性特征集(SFS)，對(duì)MS中任意業(yè)務(wù)流程BPMN模型的每個(gè)元數(shù)據(jù)特征進(jìn)行標(biāo)識(shí)與量化，得到每個(gè)BPMN模型在每個(gè)元數(shù)據(jù)特征中的向量。最后，輸入得到的元數(shù)據(jù)特征向量，依據(jù)式(3)計(jì)算出MS中任意兩個(gè)修車業(yè)務(wù)流程的相似性，并獲取相似性矩陣，如圖5所示。

圖5 測(cè)試集流程相似性矩陣

4.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

基于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)集MS的相似性矩陣SM可知，以TM1為例，TM1于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)集MS中其它業(yè)務(wù)流程BPMN模型的相似性分別為：TM1與TM2為0.73，TM1與TM3為0.70，TM1與TM4為0.60，TM1與TM5為0.48，TM1與TM6為0.66，TM1與TM7為0.61，TM1與TM8為0.45，TM1與TM9為0.62，TM1與TM10為0.79。數(shù)據(jù)表明TM1與自身的相似性最高，TM1與TM10的相似性較高，TM1與TM8的相似性最低。

為了研究本文所提流程相似性度量方法的效果，選取了結(jié)構(gòu)、文本和行為特征與本文針對(duì)汽車修理實(shí)際應(yīng)用的業(yè)務(wù)流程進(jìn)行相似性計(jì)算，結(jié)果如圖6所示。

圖6 測(cè)試集流程實(shí)例特征相似性圖

在圖6中示例的3個(gè)元數(shù)據(jù)特征中，我們可以直觀地發(fā)現(xiàn)，若僅僅以第三個(gè)特征(Event)度量業(yè)務(wù)流程顯然不符合客觀實(shí)際。第一個(gè)特征(Process_Activity)和第二個(gè)特征(Resource)在行為和結(jié)構(gòu)上更符合直觀感受，但是較于圖5中的實(shí)驗(yàn)結(jié)果誤差較大。從業(yè)務(wù)流程相似性和業(yè)務(wù)流程特征相似性的對(duì)比中可以發(fā)現(xiàn)，基于BPDF使用SFS度量業(yè)務(wù)流程得到的結(jié)果更科學(xué)，更符合直觀感受，更能全面地刻畫業(yè)務(wù)流程。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本文提出的方法對(duì)于業(yè)務(wù)流程相似性度量具有有效性，較于傳統(tǒng)單一維度，能夠更好地體現(xiàn)業(yè)務(wù)流程的典型特征，提高了業(yè)務(wù)流程相似性度量的準(zhǔn)確性。

為了給業(yè)務(wù)流程推薦提供有效的決策支持[14,15]，并在一定程度降低業(yè)務(wù)流程推薦的難度，我們基于業(yè)務(wù)流程相似性計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分級(jí)處理，將業(yè)務(wù)流程的相似性按其值域[0，1]劃分為4個(gè)級(jí)別：[0，0.3)，[0.3，0.6)，[0.6，0.8)和[0.8，1]，即，如果業(yè)務(wù)流程間相似性屬于[0，0.3)，則將其視為較低的相似性(第四級(jí))，[0.3，0.6)視為中等相似性(第三級(jí))，[0.6，0.8)視為較高的相似性(第二級(jí))，[0.8，1] 視為高相似性(第一級(jí))。

基于測(cè)試數(shù)據(jù)集中30個(gè)業(yè)務(wù)流程相似性進(jìn)行分級(jí)，以TM1為例，其相似性從高到低依次是：[TM10，TM25，TM2，TM11，TM3，TM6，TM22，TM12，TM9，TM24，TM7，TM13，TM15，TM19，TM30，TM4，TM21，TM29，TM5，TM14，TM28，TM8，TM20，TM16，TM23，TM18，TM17，TM27，TM26]，沒有處于[0.8，1]值域(第一級(jí))的業(yè)務(wù)流程；處于[0.6，0.8)值域(第二級(jí))的是[TM10，TM25，TM2，TM11，TM3，TM6，TM22，TM12，TM9，TM24，TM7，TM13，TM15，TM19，TM30，TM4，TM21]；處于[0.3，0.6)值域(第三級(jí))的是[TM29，TM5，TM14，TM28，TM8，TM20，TM16，TM23，TM18，TM17，TM27]；處于[0，0.3)值域(第四級(jí))的是[TM26]。

隨著業(yè)務(wù)需求市場因素的改變，業(yè)務(wù)流程也會(huì)發(fā)生改變，為了適應(yīng)這種變化，根據(jù)業(yè)務(wù)流程的相似性分級(jí)，可以為業(yè)務(wù)流程的變更與推薦提供決策支持。若其處于第一級(jí)，可以基于第一級(jí)中的業(yè)務(wù)流程模型有效地進(jìn)行業(yè)務(wù)流程間相似性組件的替換與集成；同時(shí)，也可以在當(dāng)前業(yè)務(wù)流程失效或工作異常的情況下，優(yōu)先推薦相似性處于第一級(jí)的流程作為替代流程為故障流程的變更提供決策支持。

5 結(jié)束語

業(yè)務(wù)流程相似性的研究仍然存在諸多挑戰(zhàn)與困難[16-18]，相似性特征的選擇缺失業(yè)務(wù)流程典型特征，相似性度量方法的精度和準(zhǔn)確性尚未完全滿足生產(chǎn)實(shí)際。本文主要貢獻(xiàn)包括：提出一種基于BPDF的流程相似性度量方法；所提方法在實(shí)際應(yīng)用中能有效度量流程間的相似性，一定程度上為流程智能推薦提供支持。

下一步研究中擬進(jìn)一步對(duì)流程集進(jìn)行擴(kuò)展，優(yōu)化數(shù)據(jù)預(yù)處理和計(jì)算過程中的自動(dòng)化方法，以適應(yīng)未來的自動(dòng)化處理，采用循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)本文所提方法進(jìn)行深入優(yōu)化。例如針對(duì)BPMN模型的向量化結(jié)果進(jìn)行自動(dòng)化處理；基于流程相似性度量結(jié)果進(jìn)行智能推薦策略研究。