1.1　研究背景、問題及意義

1.1.1　背景介紹

隨著信息化的日益普及和互聯網技術的快速發展，為方便公司內部各部門協調工作和共享信息，整合公司內部各個業務處理系統的企業系統（enterprise systems，ES）[1, 2]被開發出來，用來支持公司各個階段的操作。為擁有和保持競爭優勢，提高運轉效率，改進決策，許多組織都在部署和使用ES系統[3-5]。ES系統整合了各個業務流程（business processes）以支持企業的發展戰略。另外，用于公司與外部組織業務交往的一些系統也會涉及業務流程。所謂業務流程，就是由一個或多個辦事步驟（活動）構成的集合，這些步驟的執行順序遵循預先定義的規則，通常執行完畢后會實現商業目標或戰略目標[6]。

以上系統中工作流技術處于核心地位[7, 8]。從技術方面講， 采用工作流技術的系統被稱為工作流管理系統（workflow management system，WfMS）。WfMS是一種企業信息系統，通過計算機系統自動地將各項工作分配給資源——人或者應用系統，并且確保各項工作遵循預先定義的流程模型。工作流技術[9-12]應用的領域越來越多，如汽車制造領域[13]、電子商務領域[14]、醫療領域[15, 16]、電子政務領域[17]等，其在提高組織的運轉效率方面發揮了巨大作用，并有效地增強了組織競爭力。

公司業務流程中有一類是已確定并保持長期穩定的，是公司開展業務、提高競爭力的一套準則或標準，也是公司寶貴經驗的積累。這類業務流程的特征是具有長期的穩定性，可以作為標準確定下來以指導相關業務的開展。我們稱這類流程為強流程。自商業WfMS在20世紀80年代中期出現以來[18]，強流程管理系統在工業方面的應用仍在增加[19]。一家統計公司推算其在市場上的應用規模在2018年已達到70億美元。在學術研究方面，強流程也得到了極大的關注，關于它及相關主題的專著、手冊、期刊論文和會議論文大量出現[12, 20-22]，可以說關于強流程方面的研究已經很成熟。

還有一類流程，它們本身變動非常頻繁，具有多樣性、跳躍性的特點，不容易利用建模的方式將它們捕捉出來。它們與強流程是對應的，我們稱之為弱流程。弱流程的執行會帶來非標準業務[1]。造成弱流程的原因多種多樣，如競爭環境激烈、相關政策的調整、機構自身條件的改變等。弱流程的出現方式：

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[1]?非標準業務指的是未按照預先設定好的業務模型執行的業務，與它對應的是標準業務 （正常業務）。它雖然能和標準業務達到相同的目標，卻更改了原有的辦事步驟和資源間的依賴關系。非標準業務和標準業務都是面向用戶的術語，在技術層面上，我們分別稱它們為異常實例和正常實例。后續章節中會討論實例的概念。

（1）機構相關人員了解某流程很好，且在未來有得以實現的可能，但由于現有條件的限制無法實施；

（2）流程本身是存在的，但機構相關人員不知道它們的存在，這類流程的管理依靠人工；

（3）本來是強流程，但隨機構的發展，轉化成了弱流程。

弱流程的出現要求流程管理系統必須更加靈活，以支持機構快速調整業務流程，從而適應已改變的環境。圖1-1所示為流程靈活性與其得到的流程管理系統的支持之間的關系。從圖1-1中可以看出，流程越靈活，也就越靠近弱流程，其所得到的流程管理系統的支持就越少。

圖1-1?流程靈活性與流程管理得到的支持之間的關系[23]

為進一步增強感性認識，接下來討論流程變動的幾種情況，并指出它們是屬于強流程還是弱流程。

（1）變動后會保持長期的穩定性，記為C_bp1，變動后的流程屬于強流程。這種變動可用重新建模的方法解決，通常的WfMS都帶有建模工具，用于輔助模型的建立。屬于這種變動類型的流程通常帶有強流程性、可重復性及可變性[24]。強流程性是指業務流程的執行有先后順序，個人不能隨便更改，某些還有法律依據；可重復性體現在業務流程的實際執行中，即同一個業務可在不同的時間、不同的最終用戶參與下多次重復地辦理，例如，某種證書的申請業務，多則一天上千個申請，少則也有幾百個；可變性是指雖然系統的業務流程相對固定，但在政策、制度或部門職能發生改變的前提下，這些業務流程也可能發生一些變動。可重復性的業務具有較高的自動化程度，有一套統一的標準和規范。

（2）模型能保持相對的穩定性，但總會出現違反模型的“特例”，或者稱之為異常實例[25]。這種流程變動情況記為C_bp2，發生變動的流程屬于弱流程。Claus Hagen等人[25]提出了一種描述非標準業務處理的方法，使得建模時將一些非標準情況描述出來，從而增強WfMS系統的靈活性。上述方法雖在一定程度上減少了非標準業務的出現，但在某些情況下，非標準情況是無法預先知道的。針對非標準業務建模前無論如何都無法考慮周全的問題，自適應流程管理（adaptive process management）[26, 27]技術被提出來用于處理非標準業務和支持業務流程的演化。例如，ProCycle[28, 29]和CAKE2[27]都支持用戶重用先前積累的模型來處理當前的非標準業務。而本書提出的方法與它們不同，是通過日志庫信息來指導和建議當前用戶處理非標準業務的。并且ProCycle和CAKE2采用基于案例推理（case-based reasoning）的方式重用先前的模型信息，因此它們每次處理使用的是一次模型的經驗，推薦出的下一項活動是單一的，沒有選擇的；而本書所用的方法推薦出來的下一項活動是多個可能性的列表，含每項活動的頻率信息，并且采用了多個標準業務和非標準業務的信息。

（3）不存在模型，存在的僅僅是變化不定的實例，每個實例中的活動間存在隱性相關性約束，此種變動情況記為C_bp3。處在這種變動下的流程屬于弱流程。

舉一個C_bp2的例子。電子政務是信息化在政府部門的運用，輔助政府各項事務的運轉。政府處理的各項事務，例如項目審批、營業證發放等，都會牽涉到政府的多個部門，均有著特定的步驟、辦事程序，因此電子政務是工作流技術應用的主要領域之一。對某項政府事務來說，通常會存在一個業務模型，大部分業務實例都會遵從該模型，但由于新條件的出現，在后來未知的時間點總會出現一些業務實例，會違反預定的業務模型，讓人按照另外一個不同的辦事程序完成該業務實例。對某個業務模型來說，我們將遵從該模型的業務實例稱為正常實例，將違反該模型的業務實例稱為異常實例。從電子政務領域非標準業務出現的不可預知性可知，掌控全部流程信息很困難。

再舉一個C_bp3的例子：電子商務網站的瀏覽行為。在某個商務網站上，可以將用戶在進入該網站至退出期間產生的點擊行為看作一個業務實例。這樣的業務實例事先不遵從任何業務模型，用戶每一次點擊行為具有極大的不確定性。但在某些點擊行為之間可能存在著特定的相關性，例如，如果用戶點擊了《Java編程思想》這本書的購買鏈接，那么他極有可能點擊購買其他相關的Java圖書。

從理論上來講，機構的信息化建設存在兩種“極端”方式：一是采用管理信息系統[2]（management information systems，MIS），二是采用傳統的WfMS。前者完全不管理流程，后者雖管理業務流程，但管理的流程屬于強流程。MIS在幫助機構高效管理和使用信息方面發揮了積極的作用，但其不進行任何業務流程方面的管理和監控，在促進機構業務高效運行方面存在短板。使用MIS的機構通常也會存在相應的業務流程，這些業務流程的管理和執行主要依靠人工，MIS在數據信息方面給這些業務流程提供支持。傳統WfMS在業務流程長期保持不變的場合能夠使用，但這樣的場合少之又少。正如前文所述，存在多種因素會導致機構的業務流程發生改變，并且在當前變化快速的市場環境和技術趨勢下這種改變頻率會一直增大。因此，上述兩種系統的過渡地帶就存在著這樣的應用需求：需要管理流程，但這些流程都是弱流程。這類應用需求若采用傳統管理強流程的方法管理，就會陷入“流程變動”的泥潭里。

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[2]　這里所指的是狹義的管理信息系統。實際上，現在的管理信息系統也在往流程管理方面靠近，以利于企業管理其所有的信息，較好地做出決策。管理信息系統和工作流管理系統有進一步融合的趨勢。

弱流程的變動導致了過多的人工消耗。這主要表現在如下兩個方面。

（1）為解決流程變動，機構可能使用重新建模的方法覆蓋流程出現的新情況。但由于流程變動不可預期，所以重新建模的次數也不可預期。每一次重新建模所消耗的人力成本和時間成本是驚人的。

（2）當流程變動出現時，原有的流程管理系統失效，這時依靠人工管理流程以保證業務的正常運轉。這種人力成本的消耗也很大。

綜上，如何減少甚至避免弱流程的變動帶來過多的人力成本的消耗，如何在弱流程執行過程中給用戶更多的支持和指導，是本書主要介紹的內容。采用智能化技術動態、自適應地解決流程變動帶來的問題，是工作流技術發展的必然趨勢[30]。

需要注意的是，流程管理系統運轉過程中會保存流程執行日志。這些流程執行日志分兩種類型：一種是按照系統預先設計的模型正常執行得到的，即是正常實例的日志，它們的執行得到了系統的支持；另一種違反預先設計的模型，即是異常實例的日志，它們靠人工管理得以執行完畢，最終執行的全過程也會以日志的形式被記錄下來。

這些由系統記錄下來的業務執行日志對未來的業務執行具有重要的指導意義。關于執行日志的使用，先前的工作[20]從這些日志中學習出一個模型來，但學習出來的模型本身代表了一種新的強流程，對從根本上解決弱流程的問題意義不大。

若能利用這些歷史實例信息向當前正在執行的不完整實例進行下一項可能執行活動的推薦，對電子政務系統來說，將會彌補業務模型表達力的不足，避免非標準辦理過程中過多的人工干預；對電子商務網站來說，將會輔助用戶快速找到自己需要購買的商品，既可簡化用戶的購買過程，節省用戶的購買時間，又可促進商務網站的商品銷售。

接下來進一步闡述推薦在工作流實例執行中的重要性。圖1-2描述了一個旅游業務的工作流模型。對新的訂單來說，有三項工作要做：訂航班、租自駕車和預訂酒店。在流程執行過程中情況多種多樣，模型不可能指定具體是哪一輛車，最好是根據顧客的收入、愛好、習慣等情況推薦一輛較適合的車，也就是說，根據執行過程中遇到的具體用戶，匹配到底哪一輛車出租。同理，預訂酒店時若能根據顧客所喜歡的房間風格、房間價格等情況向其推薦合適的酒店，就更能提高顧客的滿意度。上述根據顧客的個性化需求做出的推薦，能使顧客和企業達到共贏的和諧局面。

推薦系統[31-35]這些年來是一個研究熱點，并在音樂[36]、電影[37]、圖書[38]、購物、社交網絡等[39, 40]方面已經得到了應用，表1-1給出了一些推薦系統及它們各自所推薦的產品。另外，推薦技術已在需求工程[41-43]、代碼編寫[44-47]、軟件工程[48, 49]等領域得到了研究和應用，我們可以借鑒推薦系統研究中的相關推薦技術，將它們用于工作流活動推薦，從而能夠使WfMS自適應地將C_bp2和C_bp3考慮進來，增強工作流系統與時俱進的能力，促進相關業務實例高效地開展。這是一個有趣且有意義的研究。

采用推薦的方法向用戶下一個可能的步驟提供指導和建議所帶來的一個顯著的好處是，充分利用了原有的執行日志信息，特別是依靠人工管理的非標準業務部分，避免或減少了未來業務執行中的人工流程管理。本書的寫作動機及問題解決思路如圖1-3所示。

圖1-2?一個旅游業務的工作流模型（改編自文獻[25]）

圖1-3?本書寫作動機及解決問題的思路

1.1.2?問題介紹

個性化推薦要成功應用于工作流活動中，必須具備如下兩個條件。

（1）業務流程經常變動。如果模型固定，那就無須推薦，直接按照預先規定的流程執行即可。

（2）用戶事先不知道如何辦理業務。此類情況在實際生活中經常遇到，有的僅僅知道一個大概的方向，但真正如何執行還是需要系統推薦。

本書涉及的相關研究還是基于上述兩個假設開展。

這里粗略地講解一下本書的研究問題。

圖1-4所示的工作流實例庫（workflow instance repository）是系統自身積累并記錄的歷史業務實例信息；不完整工作流實例（partial workflow instance）是當前正在處理的業務實例，該實例還沒有到達結束狀態，并且其有一個參與人，我們稱之為用戶，例如，一個正在向某政府部門申請項目的人或者一個正在瀏覽商務網站的人。參與不完整工作流實例的人不止一個，圖1-4中只顯示了一個參與人，這個參與人我們稱之為最終用戶（end user），業務實例執行中的其他用戶所執行的活動要服務于最終用戶。工作流活動推薦模塊（workflow activity recommendation）利用實例庫信息和不完整實例信息向用戶推薦其應當執行的下一項活動，從而使不完整實例執行過的活動數量增加一個，這樣持續下去，直到該不完整實例進入結束狀態，變成一個完整實例。這個完整實例被系統記錄下來，放入到工作流實例庫中。

圖1-4?工作流活動推薦框架，紅色問號所示為本書的主要研究問題

圖1-4所示的推薦模塊是本書重點研究的問題，即采用什么樣的推薦方法才能取得較好的推薦效果，這在后面各個章節中會詳細闡述。一個完整工作流實例首先必須含有活動的執行序列信息，在具體的推薦算法研究中，我們還會分別對其加上角色和用戶信息，以使其更加接近實際場景。

1.1.3?研究意義

本書的內容具有很強的應用背景，從大的方面來說，至少具有以下意義。

（1）工作流活動推薦能彌補原模型表達力的不足，增強系統融合新業務實例信息的能力，自適應地將流程變動情況考慮進來，避免模型的再設計。當然，系統最初遇到非標準業務時，還是需要通過人工干預使該業務順利執行，同時將該業務信息存入日志庫。隨著日志庫中非標準業務積累的增多，推薦模塊吸收的新信息也在增加，再處理未完成非標準業務時，推薦模塊的推薦結果就會越來越準確，所需要的人工干預就越來越少。

（2）工作流活動推薦使人工對系統的干預盡量降到最低，使系統的自動化程度越來越高。部署和使用工作流管理系統的目的之一就是增加計算機自動化處理的比重；采用推薦技術既避免了工作流模型的再設計，又逐漸減少了處理非標準業務過程中的人工干預，而這種干預來源于非最終用戶。這樣就做到了“能用計算機做的事情，就用計算機做”，使相關人員從一些煩瑣的工作中解放出來，專注于其他更重要的事情。

（3）工作流活動的推薦是個性化的推薦，能更好更精準地滿足最終用戶的需求。采用推薦的方法指導用戶進行下一項活動，從而使得系統變得更加柔性。但是在絕大多數情況下，事先確定出所有可能的業務流程走向是不可能的，總會出現非標準業務。利用包含正常實例和異常實例的日志庫，向當前未完成的非標準業務推薦下一項可能活動，原有的模型信息沒有丟失，新的信息又融合了進來，同時給予最終用戶選擇的權利，這樣更能夠滿足用戶的需求，且能激發用戶潛在的需求。

（4）工作流活動推薦的研究，對工作流建模領域的Task推薦也具有相當重要的借鑒意義。模型建模過程中的推薦研究對本書內容有一定的啟發意義，同樣本書內容對模型建模推薦方面也有一定的借鑒意義。例如，文獻[50]提出的推薦方法既可用于建模時模型Task的推薦，也可用于工作流活動的推薦。文獻[51]在模型Task推薦方面與文獻[50]的工作做了對比，而本書第4章中在工作流活動推薦方面也與文獻[50]的工作做了對比。

將推薦系統研究領域里的有關推薦思想、推薦技術應用于WfMS中，對推薦系統和工作流管理系統都有好處。對推薦系統來說，拓展了其應用領域；對工作流管理系統來說，增強了自身的能力，從而能促進對二者研究的交叉融合。綜上所述，研究工作流活動推薦不僅具有理論意義，而且具有很強的實踐意義。