[論文レビュー] Anti-Alignments -- Measuring The Precision of Process Models and Event Logs

Thomas Chatain, Mathilde Boltenhagen+1 more|arXiv (Cornell University)|Nov 28, 2019

Business Process Modeling and Analysis参考文献 38被引用数 12

ひとこと要約

本稿では、観察された行動から著しく逸脱するモデル実行を特定することにより、プロセスモデルとイベントログの正確性を測る新しい手法として『反同調（anti-alignments）』を導入する。反同調の計算をブール充足可能性問題（SAT）として定式化することで、最近の理論的基準で提唱された大多数の公理を満たす正確性指標を提案し、観察された行動のみに限定される従来の手法に比べ、より包括的な評価を可能にする。

ABSTRACT

Processes are a crucial artefact in organizations, since they coordinate the execution of activities so that products and services are provided. The use of models to analyse the underlying processes is a well-known practice. However, due to the complexity and continuous evolution of their processes, organizations need an effective way of analysing the relation between processes and models. Conformance checking techniques asses the suitability of a process model in representing an underlying process, observed through a collection of real executions. One important metric in conformance checking is to asses the precision of the model with respect to the observed executions, i.e., characterize the ability of the model to produce behavior unrelated to the one observed. In this paper we present the notion of anti-alignment as a concept to help unveiling runs in the model that may deviate significantly from the observed behavior. Using anti-alignments, a new metric for precision is proposed. In contrast to existing metrics, anti-alignment based precision metrics satisfy most of the required axioms highlighted in a recent publication. Moreover, a complexity analysis of the problem of computing anti-alignments is provided, which sheds light into the practicability of using anti-alignment to estimate precision. Experiments are provided that witness the validity of the concepts introduced in this paper.

研究の動機と目的

• 従来の適合性チェックにおける正確性指標の限界、すなわちログに存在しないが潜在的に問題となるモデル行動を検出できない点を是正すること。
• 観察されたトレースから著しく逸脱するモデル実行を特定する反同調をメカニズムとして導入し、過剰一般化の可能性を明らかにすること。
• 最近の文献で提唱された形式的公理をほとんど満たす反同調に基づく正確性指標を開発すること。
• ブール充足可能性（SAT）を用いた効率的かつ最適な反同調計算手法を提供し、実用的応用を確保すること。
• 実世界の大型プロセスモデルを対象とした実験的検証を通じて、本手法の有効性とスケーラビリティを示すこと。

提案手法

• 最も逸脱するモデル実行を特定する問題をブール充足可能性問題（SAT）として定式化し、最適解を導出可能にする。
• 逸脱の測定にハミング距離およびレーベンシュタイン距離の両方をサポートし、後者はトレース比較における挿入、削除、置換を許容する。
• 大規模で複雑なプロセスモデルへの処理を可能にするスケーラビリティを向上させた新規実装を構築した。
• 指定された長さまでに最も逸脱する反同調を求める、または指定された逸脱回数に対して最短の反同調を求める、両方の一般化を可能にする。
• 反同調の存在と逸脱度に基づいて正確性指標を導出する。逸脱度が高いほど正確性は低いと判断する。
• 事前の長さ仮定に依存しないようにアプローチを調整し、多様なログとモデルへの柔軟性と適用可能性を向上させた。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 反同調は、観察されたイベントログから著しく逸脱するモデル行動を効果的に特定できるか。これにより、従来の適合性チェックが見逃す精度上の問題が明らかになるか。
• RQ2 最近の文献で定義された形式的公理を満たす、反同調に基づく正確性指標は、信頼性の高い正確性評価に適しているか。
• RQ3 反同調計算のSATベースの符号化は、ハミング距離およびレーベンシュタイン距離の両方において、計算効率を保ちつつ最適性を確保できるか。
• RQ4 反同調アプローチは、プロセスモデルにおける過剰一般化の検出において、従来の正確性指標と比較して優れているか。
• RQ5 反同調を用いて、未確認のが意味のある行動を同定・検証することで、不完全なログを段階的に補完できるか。

主な発見

• 提案された反同調に基づく正確性指標は、最近のベンチマーク研究で定義された大多数の形式的公理を満たしており、従来の手法よりも信頼性が高い。
• 反同調計算のSATベースの符号化は、アライメント計算と同一の計算複雑性クラスを維持しており、理論的妥当性を保証する。
• 新規実装により、より大規模で実世界のプロセスモデルの処理が可能となり、従来のヒューリスティック手法を超える実用的スケーラビリティを示した。
• 実験により、反同調がログに存在しないだけでなく、観察されたパターンから著しく逸脱するモデル行動を効果的に検出できることを確認した。これは過剰一般化の兆候を示している。
• 本手法は、不完全なログの補完にインタラクティブに利用可能である。妥当な反同調をログに追加することで、ログの代表性が向上する。
• 本アプローチは単一モデルの分析を越え、片方のモデルに存在するがもう片方には存在しない行動を特定することで、二つのプロセスモデル間の比較を可能にする。