孫 成，劉海燕

(東北電力大學(xué) 教務(wù)處，吉林 吉林 132012)

工作流管理系統(tǒng)是一個(gè)完整定義、管理和執(zhí)行的“工作流”，通過(guò)軟件的執(zhí)行順序執(zhí)行工作流邏輯的計(jì)算機(jī)驅(qū)動(dòng)[1].工作流管理系統(tǒng)主要給工作流建模和工作流執(zhí)行提供支持.工作流建模階段，工作流管理系統(tǒng)為使用者提供了創(chuàng)建、執(zhí)行和管理工作流模型的時(shí)間環(huán)境，并且工作流執(zhí)行程序提供了一個(gè)用戶或應(yīng)用程序可能發(fā)生交互聯(lián)系的工作流實(shí)例.在整個(gè)或部分業(yè)務(wù)流程過(guò)程中，工作流根據(jù)一套程序規(guī)則將文檔、信息或任務(wù)從一個(gè)參與者傳遞到另一個(gè)參與者.為了實(shí)現(xiàn)工作流管理的工程，業(yè)務(wù)必須從現(xiàn)實(shí)世界中抽象出來(lái)并且用一種形式化的方法描述出來(lái)，從而產(chǎn)生了工作流模型.創(chuàng)建一個(gè)定義良好的工作流模型是工作流執(zhí)行的必要條件，在工作流管理系統(tǒng)發(fā)展過(guò)程中，已經(jīng)提出了許多方法來(lái)尋找一個(gè)通用的、正規(guī)的方法來(lái)描述業(yè)務(wù)流程[2～4]，一些研究者也從不同角度分析工作流模型并且構(gòu)建基于各種框架的工作流模型[5～6].

這些方法側(cè)重于特定業(yè)務(wù)領(lǐng)域的工作流模型設(shè)計(jì)，并試圖找到一個(gè)通用的形式化方法來(lái)描述工作流模型.抽象是人們感知、概念化和推理的普遍行為，很多學(xué)者對(duì)人工智能領(lǐng)域中的抽象概念作了大量研究，例如機(jī)器學(xué)習(xí)[7]，基于模型的診斷等[8～9].Saitta和Zucker[10～11]等提出了表示改變的抽象模型，這個(gè)模型被稱(chēng)為KRA(Knowledge Reformulation and Abstraction)，目的是為了幫助問(wèn)題的概念化和抽象操作的自動(dòng)應(yīng)用.KRA模型將工作流建模過(guò)程作為一個(gè)迭代的“感知-抽象”過(guò)程[12].此外，在本體類(lèi)擴(kuò)展過(guò)程和它們之間映射的研究基礎(chǔ)上，特別是基于目標(biāo)感知的概念，提出了形式化的基于目標(biāo)的分層工作流抽象建模過(guò)程[13～17].

本文將系統(tǒng)中心本體的概念引入到工作流建模中，形式化描述分層的工作流建模過(guò)程.提出了基于工作流片段的本體類(lèi)概念，從兩個(gè)角度給出了基于工作流片段的本體類(lèi)的分層抽象過(guò)程：工作流片段抽象和工作流片段聚合.工作流片段抽象通過(guò)基本行為感知本體類(lèi)和抽象行為感知本體類(lèi)之間的映射關(guān)系進(jìn)行操作，工作流片段通過(guò)將目標(biāo)不可區(qū)分的工作流片段感知進(jìn)行聚合操作改變其抽象度.基于工作流片段的本體類(lèi)給出了系統(tǒng)中心知識(shí)的學(xué)習(xí)、共享和重用的機(jī)制，節(jié)省了工作流模型的再設(shè)計(jì)和再建模的成本.基于工作流片段的分層抽象模型(系統(tǒng)中心本體角度)比基于對(duì)象中心本體的角度構(gòu)造的分層模型更加抽象，推理過(guò)程更加清晰簡(jiǎn)化.

1 相關(guān)概念

本節(jié)引入文獻(xiàn)[13]中的一些概念，并對(duì)其進(jìn)行擴(kuò)展，同時(shí)定義了一些新的概念，以便后面章節(jié)使用.

定義1(行為感知，Activity Perception)：一個(gè)行為感知ActP是一個(gè)五元組，即，ActP=(ActType，AgentsType，ResourceIN，ResourceOUT，Conds)，其中ActType是行為的類(lèi)型，AgentsType是包含在行為中的參與者的類(lèi)型，ResourceIN是行為處理的資源類(lèi)型，ResourceOUT是執(zhí)行行為過(guò)程中生成的資源類(lèi)型，Conds是約束條件的集合，在滿足這些約束條件的前提下，行為能夠得以執(zhí)行.

本節(jié)將行為感知分為基本行為感知(Fundamental Activity Perception，F(xiàn)undActP)和抽象行為感知(Abstract Activity Perception，AbsActP).FundActP通過(guò)感知特定領(lǐng)域的具體工作流得到，而AbsActP是使用預(yù)先定義的算子作用于一個(gè)或多個(gè)基本行為感知得到的結(jié)果，這些算子根據(jù)相關(guān)知識(shí)定義，如結(jié)構(gòu)知識(shí)、行為知識(shí)、功能知識(shí)和目標(biāo)知識(shí)等等.因此，基本行為感知集合與抽象感知集合之間的多對(duì)一映射可以通過(guò)這些算子操作運(yùn)算得到.

定義2(行為關(guān)系感知，Activity Relation Perception)：假設(shè)兩個(gè)行為感知ActP1和ActP2，它們之間的關(guān)系定義為一個(gè)四元組，ActRelP=(ActP1，ActP2，ActRelType，ActRelConds)，表示當(dāng)條件集合ActRelConds中的約束條件成立時(shí)，ActP1和ActP2具有類(lèi)型為ActRelType的有序關(guān)系.

可以使用不同的表示來(lái)理解行為關(guān)系感知ActRelP的定義，如下：

當(dāng)行為感知ActP1完成時(shí)，發(fā)生行為感知ActP2以及行為關(guān)系感知ActRelP，因此，在這個(gè)關(guān)系中ActP1稱(chēng)為主動(dòng)行為感知，ActP2稱(chēng)為被動(dòng)行為感知.另外，ActP1的輸入資源ResourceIN定義為ActRelP的輸入資源，而ActP2的輸出資源ResourceOUT定義為ActRelP的輸出資源.

兩個(gè)工作流對(duì)象之間的關(guān)系顯示了它們的執(zhí)行順序.基本行為感知之間的關(guān)系表示為FundActRelP，抽象行為感知之間的關(guān)系表示為AbsActRelP.根據(jù)基本行為感知集合和抽象行為感知集合之間的映射關(guān)系，構(gòu)造由工作流對(duì)象關(guān)系構(gòu)成的映射集合.

根據(jù)行為感知的類(lèi)型，將基于行為的本體類(lèi)分成基本行為本體類(lèi)(Fundamental Activity Ontology Class，F(xiàn)undActOC)和抽象行為本體類(lèi)(Abstract Activity Ontology Class，AbsActOC)，它們分別由基本行為感知和抽象行為感知構(gòu)成.

由基本行為關(guān)系感知構(gòu)成的行為關(guān)系本體類(lèi)定義為基本行為關(guān)系本體類(lèi)(Fundamental Activity Relation Ontology Class，F(xiàn)undActRelOC)，由抽象行為關(guān)系感知構(gòu)成的行為關(guān)系本體類(lèi)定義為抽象行為關(guān)系本體類(lèi)(Abstract Activity Relation Ontology Class，AbsActRelOC).

在文獻(xiàn)[13]中，給出了工作流模型的形式化定義，其中工作流模型可以由基本部件和關(guān)系構(gòu)成，也可以由抽象部件和關(guān)系構(gòu)成.還描述了基于行為的本體類(lèi)的生成過(guò)程，以及工作流抽象建模的分層過(guò)程.基于行為的本體類(lèi)是一個(gè)對(duì)象中心的本體類(lèi)的概念，將引入系統(tǒng)中心本體類(lèi)的概念來(lái)定義工作流片段和基于工作流片段的本體類(lèi)，從而形式化地描述更加抽象的工作流建模過(guò)程來(lái)幫助進(jìn)行自動(dòng)推理.

例1 為了更清楚地表示以上概念，我們引入文獻(xiàn)[13]中的“申請(qǐng)論文答辯”工作流的例子，其基本工作流抽象模型，如圖1所示.行為感知以及行為關(guān)系感知的內(nèi)容在此不贅述.

圖1 “申請(qǐng)論文答辯” 的基本工作流模型

將本體類(lèi)之間的映射關(guān)系做以改變，簡(jiǎn)化表示如圖2所示.

圖2 本體類(lèi)之間的映射關(guān)系

基于上面給出的定義引入幾個(gè)新的概念.

定義5 (工作流片段，Workflow Fragment)：一個(gè)工作流片段是一個(gè)三元組，即，WfFrag=(WfFragType，ActPs，ActRelPs)，其中：

(1)WfFragType表示工作流片段的類(lèi)型，即工作流的執(zhí)行域；

(2)ActPs是到基于行為的本體類(lèi)中的行為感知的映射的集合，每個(gè)映射對(duì)應(yīng)的行為感知表示構(gòu)成工作流片段的任務(wù)步；

(3)ActRelPs是行為感知集合ActPs 中的行為感知之間的關(guān)系，顯示了工作流片段的執(zhí)行順序.

作為一個(gè)工作流片段，ActPs應(yīng)該包含一個(gè)類(lèi)型為ACTIVE的行為感知映射，表示工作流片段的起點(diǎn).同時(shí)，一個(gè)工作流片段應(yīng)該終止于某個(gè)行為感知，保證這是一個(gè)閉合的過(guò)程.起始行為感知和終止行為感知應(yīng)該用特殊的標(biāo)識(shí)符表示.兩個(gè)工作流片段之間的關(guān)系應(yīng)該通過(guò)它們中相互關(guān)聯(lián)的行為感知構(gòu)建.

基本工作流片段(Fundamental Workflow Fragment，F(xiàn)undWfFrag)由與FundActOC和FundActRelOC關(guān)聯(lián)的映射構(gòu)成，可以從特定領(lǐng)域中運(yùn)行的具體工作流感知得到.抽象工作流片段(Abstract Workflow Fragment，AbsWfFrag)通過(guò)FundActOC和AbsActOC以及FundActRelOC和AbsActRelOC之間的映射關(guān)系得到.

圖3 基于基本工作流片段的模型

例2 圖1所示的“申請(qǐng)論文答辯”工作流的基本模型包含的基本工作流片段表示如下：

FundWfFrag2=(Type2，{START，ActP1，ActP2，ActP3，ActP5，END}，{ActRelP1，ActRelP2，ActRelP3，ActRelP6，ActRelP7})；

FundWfFrag3=(Type3，{START，ActP1，ActP2，ActP3END，ActP4，}，{ActRelP1，ActRelP2，ActRelP3，ActRelP4，ActRelP5})；

FundWfFrag4=(Type4，{START，ActP1END，ActP7}，{ ActRelP1，ActRelP8，ActRelP9}).

基于基本工作流片段的模型，如圖3所示.

Reli(ActPj)表示兩個(gè)基本工作流片段之間具有關(guān)系Reli，該關(guān)系由行為感知ActPj的行為確定.圖3所示的模型的基于抽象工作流片段的模型可以通過(guò)圖2中的本體類(lèi)之間的映射關(guān)系實(shí)現(xiàn)，這里不再贅述.

2 基于工作流片段的本體類(lèi)的分層抽象過(guò)程

本節(jié)引入基于工作流片段本體類(lèi)的概念，從基于對(duì)象的角度和基于流的角度分別給出該本體類(lèi)的抽象分層過(guò)程.

定義6(基于工作流片段的本體類(lèi)，Workflow Fragment-based Ontology Class)：一個(gè)基于工作流片段的本體類(lèi)是一個(gè)二元組，即，WfFragOC=(WfFrags，WfFragRels)，其中WfFrags表示工作流片段的集合，WfFragRels是工作流片段之間的關(guān)系集合.

圖4 基于WfFragOC的工作流模型

例3 基于工作流片段的本體類(lèi)WfFragOC為基于流片段的工作流抽象模型所共享和重用.圖3中的工作流模型中各個(gè)組成要素可以簡(jiǎn)化為到WfFragOC中的流片段的映射，即基于WfFragOC的工作流模型，如圖4所示.

其中MFi(1≤i≤4)表示到FundWfFragOC中的基本工作流片段的映射，MRj(1≤j≤3)表示到FundWfFragOC中的關(guān)系的映射.

基本工作流片段本體類(lèi)(Fundamental Workflow Fragment-based Ontology Class，F(xiàn)undWfFragOC)由基本流片段和它們之間的關(guān)系構(gòu)成，如例2和例3所示.將抽象工作流片段本體類(lèi)(Abstract Workflow Fragment-based Ontology Class，AbsWfFragOC)定義為比基本工作流本體類(lèi)更抽象的本體類(lèi)，可以通過(guò)以下兩種方法實(shí)現(xiàn)：

(1)工作流片段抽象：基于工作流片段的本體類(lèi)中的工作流片段感知可以通過(guò)用更抽象的行為感知做替換操作得到.

(2)工作流片段聚合：引入多重抽象知識(shí)，比如功能知識(shí)和目標(biāo)知識(shí)，來(lái)定義工作流片段感知的性質(zhì)，并且通過(guò)特定的抽象算子將具有相同性質(zhì)的工作流片段感知聚合成更加抽象的工作流片段.

工作流片段感知過(guò)程用來(lái)生成工作流本體類(lèi)，這個(gè)過(guò)程是通過(guò)感知具體的工作流實(shí)現(xiàn)的.如果工作流模型是基本的，則可以得到基本工作流片段本體類(lèi)；如果工作流模型是抽象的，則可以得到抽象工作流片段本體類(lèi).但是實(shí)際上，抽象工作流片段本體類(lèi)也可以通過(guò)基本行為感知本體類(lèi)與抽象行為感知本體類(lèi)之間的映射關(guān)系自動(dòng)生成，具體過(guò)程如算法1所示.

算法1 WfFragmentPerception

(1) 在給定的工作流感知中搜索類(lèi)型為ACTIVE的行為感知A；

(2)跟蹤從A出發(fā)的輸出流(也許不止一條)，直到遇到類(lèi)型為END的行為感知或者返回A的流或者陷入死循環(huán)的流；

(3)構(gòu)造該工作流經(jīng)過(guò)的行為感知映射集合，定義工作流片段感知的目標(biāo)感知并確定其工作域；

(4)重復(fù)(1)～(3)，直到所有類(lèi)型為ACTIVE的行為都被處理過(guò)；

(5)利用共享的行為感知構(gòu)造工作流片段感知之間的關(guān)系集合.

工作流片段本體類(lèi)的抽象度隨著算法1中感知的具體工作流的抽象度不同而變化，也可以通過(guò)使用圖4中的非直接映射關(guān)系M3改變其抽象度.從工作流抽象度的變化角度，這是一個(gè)流片段本體類(lèi)的分層抽象過(guò)程.

除此之外，也可以定義抽象算子來(lái)聚合擁有相同目標(biāo)感知的工作流片段，從而工作流片段本體類(lèi)中的工作流片段減少，從改變工作流片段本體類(lèi)本身的抽象度的角度實(shí)現(xiàn)了工作流片段本體類(lèi)的分層抽象過(guò)程.

這里引入文獻(xiàn)[13]中的目標(biāo)感知的概念定義兩個(gè)不可區(qū)分的工作流片段感知，給出工作流片段本體類(lèi)的分層過(guò)程.

定義7 (目標(biāo)不可區(qū)分的工作流片段感知，Goal-Indistinguishable Workflow Fragment Perceptions)：兩個(gè)工作流片段WfFragP1和WfFragP2是目標(biāo)不可區(qū)分的，當(dāng)且僅當(dāng)它們的目標(biāo)感知是一致的.

工作流片段感知的目標(biāo)感知可以通過(guò)迭代地聚合行為感知(這些行為感知構(gòu)成了工作流片段)的目標(biāo)感知來(lái)獲得，如文獻(xiàn)[13].

工作流片段本體類(lèi)的分層抽象過(guò)程以及基于系統(tǒng)中心本體類(lèi)的工作流建模過(guò)程，如圖5所示.虛線表示兩個(gè)連接部分的映射關(guān)系，而實(shí)線則表示運(yùn)算和結(jié)果.映射M1的算子定義見(jiàn)文獻(xiàn)[13]，映射M2和M3可以通過(guò)映射M1間接生成.

圖5 工作流片段本體類(lèi)的分層抽象過(guò)程以及基于系統(tǒng)中心本體類(lèi)的工作流建模過(guò)程

3 結(jié) 論

本文提出了工作流片段本體類(lèi)的概念，來(lái)完善推理能力以及降低基于對(duì)象中心本體的抽象建模過(guò)程.同時(shí)工作流片段本體類(lèi)給出了系統(tǒng)中心的知識(shí)學(xué)習(xí)、共享和重用的機(jī)制來(lái)節(jié)省工作流模型再設(shè)計(jì)和再建模的成本.在未來(lái)的工作中，我們將繼續(xù)探索和擴(kuò)展不可區(qū)分的工作流片段的知識(shí)范圍，而不是局限于基于目標(biāo)知識(shí)的角度，比如服務(wù)層、角色域等，從而實(shí)現(xiàn)工作流片段本體類(lèi)的多重知識(shí)分層表示.