基于用戶行為序列分析的需求智能挖掘研究與應(yīng)用

摘 要：本論文提出了一種基于行為序列對比的需求智能挖掘方法，主要應(yīng)用于RPA、人工智能和界面自動化領(lǐng)域。該方法包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)輸出三個模塊，能夠?qū)崿F(xiàn)對用戶操作行為的自動記錄、對行為序列的切分和聚類，以及對公共序列的提取，從而生成需求定義文檔和RPA流程。本方法具有較高的自動化程度和魯棒性，可有效提高需求分析和流程設(shè)計的效率。

關(guān)鍵詞：需求智能挖掘；行為序列對比；需求分析；RPA流程設(shè)計

一、引言

隨著科技的發(fā)展，RPA技術(shù)已經(jīng)在企業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用，它可以模擬最終用戶在軟件系統(tǒng)中的操作，實現(xiàn)用戶操作的自動化。

企業(yè)使用RPA技術(shù)，可將工作中重復(fù)性高、業(yè)務(wù)邏輯明確的活動提取為RPA流程，從而實現(xiàn)操作的自動化。RPA高準(zhǔn)確率、7*24小時運行的特點，可助力企業(yè)實現(xiàn)IT換人、降本增效的目的。目前，其已經(jīng)成為大多數(shù)企業(yè)有效推進數(shù)字化轉(zhuǎn)型的有效支撐。

然而，在設(shè)計RPA流程前，需要對用戶的工作內(nèi)容進行人工需求分析，從工作中篩選出重復(fù)度高且可自動化的RPA流程，隨后根據(jù)其工作內(nèi)容從零開始設(shè)計RPA流程，這是一個復(fù)雜且耗時的過程。與RPA降本增效的目的相違背，因此，需要考慮一種自動實現(xiàn)需求分析并輔助流程設(shè)計的需求挖掘功能，從用戶工作中自動解析、提取具備自動化潛力的流程。

該需求挖掘功能，其應(yīng)該包含數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析及數(shù)據(jù)輸出三個模塊。數(shù)據(jù)采集模塊，收集用戶在計算機上的操作日志。用戶通過計算機進行的每一步操作，如敲擊鍵盤和點擊鼠標(biāo)，均會產(chǎn)生一條操作日志。每一條日志均代表一個d4afd3610ab0e0a0b8ead8a9f805ac13393a4dceeb4177c977756f5b7ba2089e行為；數(shù)據(jù)分析模塊，針對操作日志進行切分，將用戶操作日志切分為多條由多個行為組成的行為序列?；谌斯ぶ悄?機器學(xué)習(xí)實現(xiàn)行為序列中的行為相似度對比以及公共序列提??；數(shù)據(jù)輸出模塊：根據(jù)公共序列輸出需求定義文檔以及RPA流程。

現(xiàn)有的需求挖掘技術(shù)或多或少都存在自動化程度低、行為相似度檢測功能魯棒性低、行為序列提取功能魯棒性低等問題。

自動化程度低，是指采集用戶操作數(shù)據(jù)時，往往需要用戶在每次任務(wù)的開始及結(jié)束時手動通知數(shù)據(jù)采集器，以此實現(xiàn)行為序列切分，未實現(xiàn)操作序列的自動化切分；本方案基于時間間隔實現(xiàn)行為序列自動切分，無需人工介入操作，自動化程度高。

關(guān)于行為相似度檢測功能魯棒性低，是指現(xiàn)有技術(shù)僅通過NLP結(jié)果作為行為相似度評判依據(jù)，面對不同窗口中的相似元素、同一操作中的不同鍵值輸入情況的處理能力差、誤判率高。本方案通過事件信息、窗口信息以及操作目標(biāo)元素XPath三個維度評判用戶行為的相似度，可適應(yīng)多種情況下的行為相似度對比操作。

關(guān)于行為序列提取功能魯棒性低，是指現(xiàn)有技術(shù)需通過滑動窗口功能實現(xiàn)公共序列提取，該方法要求用戶在進行重復(fù)活動時操作完全一致，對冗余操作適應(yīng)能力差，對用戶操作規(guī)范性要求高。本方案基于聚類實現(xiàn)公共序列獲取，對冗余操作適應(yīng)能力強，對用戶操作規(guī)范性要求低。

在解決以上問題的基礎(chǔ)上，本論文提出了一種基于行為序列對比的需求智能挖掘方法，可以自動分析用戶操作行為，提取具有高度自動化潛力的重復(fù)性工作，從而生成需求定義文檔和RPA流程。

二、需求智能挖掘的構(gòu)建

（一）多模塊協(xié)同的功能架構(gòu)設(shè)計

需求智能挖掘可劃分為數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)輸出三個模塊，其功能架構(gòu)見圖1。

110數(shù)據(jù)采集模塊：采集用戶操作數(shù)據(jù)，基于111應(yīng)用數(shù)據(jù)采集模塊及112鍵盤鼠標(biāo)監(jiān)聽模塊，獲取用戶在計算機上的各項操作信息。通過111應(yīng)用數(shù)據(jù)采集模塊獲取操作目標(biāo)應(yīng)用中窗口信息及元素信息，112鍵盤鼠標(biāo)監(jiān)聽模塊監(jiān)聽鍵盤鼠標(biāo)事件。

120數(shù)據(jù)處理模塊：接收用戶操作數(shù)據(jù)，經(jīng)由121行為序列切分模塊，基于時間間隔對用戶操作數(shù)據(jù)進行切分，以輸出多項行為序列，再由122行為序列對比模塊通過聚類將行為序列進行分類，隨后通過行為相似度對比提取公共序列。

130數(shù)據(jù)輸出模塊：基于公共序列輸出需求定義文檔及RPA流程。

（二）自上而下的需求智能挖掘

圖2是基于AI的需求智能挖掘方法的流程示意圖。

1.用戶操作數(shù)據(jù)采集

在步驟S201中，數(shù)據(jù)采集模塊將持續(xù)采集用戶與計算機的交互操作數(shù)據(jù)并生成操作日志。

數(shù)據(jù)采集模塊示意圖如圖3所示。

該模塊由數(shù)據(jù)采集器及元素識別模塊組成。301數(shù)據(jù)采集器通過監(jiān)聽用戶鍵鼠操作信息觸發(fā)行為記錄用戶動作，通過元素識別模塊調(diào)用302瀏覽器插件、303MSHTML組件及304應(yīng)用識別器對操作目標(biāo)進行識別。

將操作目標(biāo)劃分為305瀏覽器及306桌面應(yīng)用程序，在用戶進行鍵鼠操作時，首先獲取操作窗口信息，判斷目標(biāo)窗口類型。若為目標(biāo)窗口瀏覽器，則可以瀏覽器通信并獲取操作目標(biāo)元素信息，此處以Chrome/FireFox瀏覽器插件、MSHTML方式為例實現(xiàn)通信功能，實際應(yīng)用過程中可以拓展至其他瀏覽器通信方式。通過與瀏覽器通信獲取操作目標(biāo)元素的XPath、JSPath等信息，以此作為目標(biāo)元素標(biāo)識。若為桌面應(yīng)用程序，則可通過應(yīng)用元素識別獲取程序窗口中的目標(biāo)元素信息。

數(shù)據(jù)采集模塊接收到用戶鍵鼠操作時，記錄本次事件類型及事件值，事件類型為鍵盤/鼠標(biāo)，事件值為本次操作擊鍵值，例如鼠標(biāo)事件－左擊、鍵盤事件-a等。在實際操作活動中，用戶鍵盤操作有單次按鍵、組合按鍵及連續(xù)按鍵等行為，為提高后期序列提取的準(zhǔn)確率，此處需對鍵盤事件進行處理，包括但不限于記錄并整合用戶的組合鍵、連續(xù)鍵盤輸入事件。

通過以上步驟獲取事件時間、事件類型、目標(biāo)窗口信息以及目標(biāo)元素信息，將其作為一個行為日志進行存儲。

2.行為序列切分

在步驟S202中，數(shù)據(jù)處理模塊從數(shù)據(jù)采集模塊獲取用戶操作數(shù)據(jù)后，分析各條用戶操作時間，根據(jù)其時間間隔將用戶操作數(shù)據(jù)的多條行為組合為用戶操作行為序列，以此將操作數(shù)據(jù)切分為多個行為序列，每個行為序列即為一項工作的操作流程。

3.行為序列聚類

在步驟S203中，基于步驟S202輸出的行為序列集合進行聚類，同類中的行為序列即為相同內(nèi)容的工作任務(wù)。可聚類的工作任務(wù)即為具有高度自動化潛力的重復(fù)性工作。

聚類作為一種重要的無監(jiān)督學(xué)習(xí)方法，在處理大規(guī)模無標(biāo)記數(shù)據(jù)時被廣泛應(yīng)用。它通過算法將數(shù)據(jù)分成多個簇，其中同一簇中的數(shù)據(jù)具有很高的相似性，而不同簇中的數(shù)據(jù)則盡可能地不同，從而更有效地提取數(shù)據(jù)信息。本論文基于聚類將用戶操作行為序列劃分為若干個序列類，各序列類分別為一項重復(fù)性工作的行為序列集合?；谠摬襟E方法的行為序列聚類實現(xiàn)步驟如下：

（1） 冗余行為處理

用戶進行計算機操作過程中會不可避免地出現(xiàn)冗余操作，該冗余操作與實際工作內(nèi)容雖無關(guān)聯(lián)，卻會干擾聚類效果，降低RPA流程挖掘效率，因此，行為序列聚類的第一步，是去除行為序列中的冗余行為。

去除冗余行為的具體方法是，將各行為序列進行比對，獲取各行為的出現(xiàn)頻率，將出現(xiàn)頻率低于閾值的行為視作冗余操作，將其從行為序列中刪除。由此可見，閾值的設(shè)定決定了系統(tǒng)對冗余操作的容忍程度，且閾值的判定條件既可為頻率，也可為頻數(shù)，該項的設(shè)定參數(shù)可由實際應(yīng)用場景決定，例如，將頻數(shù)閾值設(shè)置為1時，則將僅在單個序列中出現(xiàn)的行為刪除。

（2）行為信息分詞預(yù)處理

行為序列聚類時需對各行為信息進行預(yù)處理，其中，對行為窗口信息、元素信息等內(nèi)容需進行分詞處理。

分詞是自然語言處理中的關(guān)鍵預(yù)處理步驟，它將文本劃分為更小的語義單元，即詞語，從而便于后續(xù)的分析和應(yīng)用。與英文單詞之間由空格自然分隔不同，中文文本中的詞語之間沒有顯式的分隔，這使得中文分詞的難度更大。

主流的中文分詞算法可以分為兩大類：

一是基于詞典的字符串匹配算法，這種方法依賴于建立一個全面的詞典庫，通過詞典中的詞條來匹配文本字符串。分詞的結(jié)果完全取決于詞典的內(nèi)容。該方法根據(jù)匹配的方向和優(yōu)先級不同，可以分為正向最大匹配法、逆向最大匹配法和雙向匹配法。利用優(yōu)化的存儲數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和查找算法（如哈希表和索引樹），這類方法可以實現(xiàn)高效的線性時間復(fù)雜度。然而，這種方法對詞典之外的新詞和歧義詞的處理效果不佳。

二是基于統(tǒng)計機器學(xué)習(xí)的分詞，這類方法包括生成式模型（如隱馬爾可夫模型 HMM）和判別式模型（如條件隨機場模型 CRF）。與詞典匹配不同，這些方法不直接依賴詞為單位，而是對每個字進行標(biāo)注，考慮上下文的關(guān)系，通過對標(biāo)注序列 Y 的聯(lián)合概率（HMM）或條件概率（CRF）建模，預(yù)測觀測序列 X 在標(biāo)注序列 Y 后的出現(xiàn)概率，從而構(gòu)成詞語。這些方法不依賴于詞典，能夠較好地處理新詞和歧義詞的問題。

這里的行為信息分詞可基于以上任意一種方法或二者結(jié)合，以實現(xiàn)精確模式的分詞處理。

（3）基于停用詞的降噪處理

在語言中，一些詞語雖然出現(xiàn)頻率極高，但實際上沒有具體意義，這類詞語被稱為停用詞（stopwords）。為了避免這些詞語干擾后續(xù)的行為文本特征提取，可以利用停用詞表來剔除分詞結(jié)果中的停用詞，可自定義停用詞表，也可使用現(xiàn)有停用詞表，包括但不限于哈工大停用詞表、百度停用詞表等。

（4）基于自定義詞典的高準(zhǔn)確率分詞

不管是標(biāo)準(zhǔn)分詞器、NLP分詞器還是索引分詞器，都不可能每次都能準(zhǔn)確實現(xiàn)目標(biāo)結(jié)果的分詞。當(dāng)前互聯(lián)網(wǎng)下常出現(xiàn)自定義名詞，例如：“證券”“信托”“需求智能挖掘”等，分詞功能對長語句處理準(zhǔn)確率較低。為彌補該缺陷，需利用用戶自定義詞典，以記錄常用詞，從而幫助分詞器基于詞典實現(xiàn)高準(zhǔn)確率分詞。

當(dāng)本論文方法應(yīng)用于企業(yè)自動化流程挖掘時，可針對企業(yè)所處目標(biāo)領(lǐng)域，選擇專業(yè)領(lǐng)域知識詞典用于支持分詞器進行細(xì)致分詞，例如，收集金融領(lǐng)域特定專用詞，構(gòu)建金融領(lǐng)域詞典，以此提高本方法在銀行、證券等領(lǐng)域內(nèi)企業(yè)應(yīng)用時，行為序列類別劃分的準(zhǔn)確度。

（5）行為文本特征提取

在行為序列中，窗口信息和元素信息中的文本內(nèi)容不能被計算機直接識別。因此，uHAGzi5rZLnXqqI7A/gVLA==需要在盡可能保留文本特征的情況下，將這些文本進行向量化表示。在自然語言處理中，詞是包含特定含義的基本單元，將詞映射到實數(shù)域的向量中，得到的詞向量是最常用的文本特征表示方法。這種映射方式通常分為兩種：一種是離散式表示，另一種是分布式表示。

①離散式表示

離散表示中的詞特征通?；谠~袋模型（Bag of Words，簡稱BOW）。該模型忽略了文本中的語義、詞序和結(jié)構(gòu)等信息，僅將文本看作一系列構(gòu)成文本的詞形成的無序集合。例如：獨熱編碼（one-hot encoding） 和 詞頻-逆文檔頻率。

② 分布式表示

詞向量的分布式表示也被稱為詞嵌入，是指詞的語義由其上下文決定。語義相近的詞通常具有相似的向量表示。例如：谷歌開源的直接獲得低維詞向量工具 Word2Vec。

基于上述行為文本特征提取方法，將行為序列轉(zhuǎn)化為對應(yīng)向量，以支持后續(xù)的聚類輸入。

（6）行為序列聚類

常用的聚類算法主要包括三種方法：密度法（Density-based Method），劃分法（Partitioning Method）和層次法（Hierarchical Method）。具體而言，可以采用K-Means聚類算法、分裂層次聚類算法（Divisive Clustering）、凝聚層次聚類算法等。

基于上述方法將行為序列向量集合輸入，基于聚類算法將行為序列集合劃分為多個行為序列類簇，各類簇分別代表一項具備自動化潛力的重復(fù)性工作。

4.公共序列提取

在步驟S204中，將基于S203輸出的多個行為序列類提取出各類重復(fù)性工作的公共序列。在用戶進行計算機操作時會不可避免地出現(xiàn)冗余操作，因此在進行同一項工作任務(wù)的過程中必然會存在冗余動作，導(dǎo)致操作步驟存在細(xì)微差異。為保證后期輸出簡潔高效的RPA流程，需要去除冗余操作，獲取可實現(xiàn)目標(biāo)任務(wù)的標(biāo)準(zhǔn)流程。

為實現(xiàn)這一目的，則需分析對比同類行為序列并提取出公共序列。該公共序列為可實現(xiàn)目標(biāo)任務(wù)的最短行為序列。此項工作分為行為一致性判定及行為序列對比兩部分。

（1）行為一致性判定

行為一致性判定是指基于行為事件、目標(biāo)窗口及元素信息三個維度，判斷兩個行為是否一致。

行為事件判斷的原則如下：

② 事件類型不一致，則判定行為不一致；

③ 事件類型一致，如同為鼠標(biāo)事件，但鼠標(biāo)按鍵不一致，則判定行為不一致；

④ 事件類型一致，如同為鍵盤事件，按文本輸入組合、特殊鍵值組合等組合劃分鍵盤鍵值，若不屬同一組合則判定行為不一致。

目標(biāo)窗口判斷條件則直接對操作目標(biāo)窗口信息進行判別，若操作目標(biāo)窗口不一致則認(rèn)為行為不一致。

元素信息判斷條件則是通過NLP計算兩個行為目標(biāo)元素的相似度并以此為標(biāo)準(zhǔn)判定用戶行為的一致性。

（2）行為序列對比

行為序列對比是指基于行為一致性判定規(guī)則對比多條行為序列，從中提取公共序列。對比示例圖如圖4所示，基于行為一致性判定規(guī)則，獲取401序列、402序列及403序列中的最長公共子序列，其中，子序列在各原序列中可以不連續(xù)，由此得到最長子序列為404，其余行為則可視為冗余行為予以舍棄。

此處僅以三序列的0d151c8c3cf7a05b5c165e577b9cacb7對比作為示例，實際應(yīng)用過程中，可對同類中所有序列進行公共序列提取。

通過行為一致性判定及行為序列對比，可輸出同一行為序列類簇中的公共序列，該公共序列可作為此類行為序列的標(biāo)準(zhǔn)流程。對S203聚類輸出的各個類簇均采用上述方法提取公共序列，以此分析用戶所有的業(yè)務(wù)工作流程。

5.需求定義文檔輸出

步驟S205：基于S204輸出的公共序列，根據(jù)各個行為的事件、操作目標(biāo)窗口及元素信息生成需求定義文檔，文檔中寫明具有高度自動化潛力的工作具體步驟及人工執(zhí)行耗時，該文檔可作為后續(xù)RPA需求分析依據(jù)。

三、 應(yīng)用優(yōu)勢

基于行為序列對比的需求智能挖掘方法，采用基于事件、目標(biāo)窗口及元素信息的行為一致性校驗規(guī)則及行為序列提取方法，相比于直接對比事件相似度的方法，本方案對操作不同窗口中相似元素、同一操作中不同鍵值輸入情況具有更高的識別準(zhǔn)確率。相較于現(xiàn)有技術(shù)中要求操作序列完全一致或開始行為一致的方法，本方案采用最長公共子序列提取方法實現(xiàn)公共序列解析，對用戶冗余操作容忍度高，無需指定序列開始行為?；跁r間間隔的行為序列自動切分方案，避免現(xiàn)有技術(shù)中要求用戶手動指定序列開始及結(jié)束的缺陷，完全無需人工介入操作，提高了該方案的自動化程度。

四、 結(jié)束語

本文提出了一種基于行為序列對比的需求智能挖掘方法，主要應(yīng)用于RPA、人工智能和界面自動化領(lǐng)域。該方法通過采集用戶操作日志，分析并切分行為序列，然后通過聚類和行為相似度對比提取公共序列，最終生成需求定義文檔和RPA流程。本方法具有較高的自動化程度和魯棒性，可以有效提高需求分析和流程設(shè)計的效率。在需求分析階段，傳統(tǒng)的人工方式耗時長且效率低，本方法通過自動實現(xiàn)需求分析并輔助流程設(shè)計，大大提高了需求分析效率。在流程設(shè)計階段，本方法通過對用戶工作的自動解析提取具備自動化潛力的流程，為后續(xù)的RPA實施提供了便利。此外，本方法還具有較強的魯棒性。在行為相似度檢測方面，本方法通過事件信息、窗口信息以及操作目標(biāo)元素XPath三個維度評判行為相似度，可以適應(yīng)多種情況下的行為相似度對比操作。在行為序列提取方面，本方法基于聚類實現(xiàn)公共序列獲取，對冗余操作適應(yīng)能力強，對用戶操作規(guī)范性要求低。

總的來說，本文提出的需求智能挖掘方法具有很高的實用價值，不僅可以提高需求分析和流程設(shè)計的效率，還可以提高RPA的實施效果。

基于RPA實施效果的提升，本方法將持續(xù)為企業(yè)自動化轉(zhuǎn)型工作賦能，通過記錄并識別員工工作中具有高度自動化潛力的任務(wù)，以此為基礎(chǔ)輸出RPA需求文檔及自動化流程，推進后續(xù)RPA實施工作，降低需求挖掘及流程設(shè)計成本，進一步推動企業(yè)自動化及數(shù)字化轉(zhuǎn)型。此外，通信、金融及物流等業(yè)務(wù)流程重復(fù)性高的行業(yè)具有極高的RPA自動化潛力，RPA產(chǎn)品應(yīng)用前景廣闊。

作者單位：付兵蘭 寇晨輝 劉春林 彭偉軍 陳國

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付兵蘭（1981.04-），女，漢族，湖南漣源，碩士，研究方向：RPA、云計算；

寇晨輝（1999.07-），男，漢族，陜西咸陽，學(xué)士，研究方向：RPA、云計算；

劉春林（1978.09-），男，漢族，湖南衡陽，學(xué)士，研究方向：RPA、云計算、人工智能；

彭偉軍（1973.10-），男，漢族，廣東汕尾，學(xué)士，研究方向：RPA、云計算、人工智能；

陳國（1977.11-），男，漢族，山東萊蕪，碩士，研究方向：RPA、區(qū)塊鏈、云計算、人工智能、算力網(wǎng)絡(luò)。