[논문 리뷰] Unfolding-Based Process Discovery

Hernán Ponce-de-León, Rodríguez González외 3명|RECERCAT (Consorci de Serveis Universitaris de Catalunya)|2015. 07. 09.

Business Process Modeling and Analysis참고 문헌 12인용 수 9

한 줄 요약

이 논문은 이벤트 로그, 활동 간 독립 관계, 부정적 트레이스를 통합하여 모든 양성 트레이스를 실행하고 독립성을 유지하며 모든 부정적 트레이스를 배제하는 페트리 넷을 생성하는 언폴딩 기반 프로세스 디스커버리 기법을 제안한다. 이 방법은 SMT로 합성된 폴딩 동치성들을 사용하여 언폴딩의 일반화를 제어함으로써 압축되고 행동적으로 충실한 넷을 도출하며, 실험에서 높은 정밀도와 독립성 유지 성능을 달성한다.

ABSTRACT

This paper presents a novel technique for process discovery. In contrast to the current trend, which only considers an event log for discovering a process model, we assume two additional inputs: an independence relation on the set of logged activities, and a collection of negative traces. After deriving an intermediate net unfolding from them, we perform a controlled folding giving rise to a Petri net which contains both the input log and all independence-equivalent traces arising from it. Remarkably, the derived Petri net cannot execute any trace from the negative collection. The entire chain of transformations is fully automated. A tool has been developed and experimental results are provided that witness the significance of the contribution of this paper.

연구 동기 및 목표

• 기존의 프로세스 디스커버리 기법의 한계, 즉 로그의 불완전성과 노이즈 문제를 해결하기 위해 추가적인 도메인 지식을 통합하고자 한다.
• 활동 간의 독립 관계를 활용하여 과적합을 줄이고 모델의 일반화 능력을 향상시키고자 한다.
• 발견된 모델이 주어진 부정적 예시의 트레이스를 어떤 것도 실행하지 않도록 보장하고자 한다.
• 언폴딩을 압축된 페트리 넷으로의 일반화를 제어하기 위해 폴딩 동치성을 자동으로 합성하고자 한다.

제안 방법

• 이벤트 로그와 독립 관계로부터 레이블이 부여된 부분 순서(lpo)를 구성하고, 서로 독립적인 활동 순열에 의해 동치가 되는 모든 마주르키에비치 트레이스를 생성한다.
• lpo 집합을 이벤트 구조로 변환한 후, 이를 양성 트레이스와 독립성 동치 트레이스의 전체 행동을 표현하는 발생 넷으로 변환한다.
• SMT로 합성된 폴딩 동치성을 사용하여 발생 넷에 제어된 폴딩 과정을 적용함으로써 압축된 페트리 넷을 생성한다.
• SP, IP, MP 세 가지 유형의 폴딩 동치성을 정의하며, 각각 독립성 유지 등의 서로 다른 성질을 보장한다.
• SMT 솔버를 사용하여 최종 넷이 입력된 독립 관계를 준수하고 부정적 트레이스를 배제하도록 보장하는 폴딩 동치성을 합성한다.
• 도구(Pod)로 이 방법을 구현하고 실제 및 합성 벤치마크에서 정밀도, 독립성 유지, 확장성 등을 평가한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 기존의 이벤트 로그 외에 활동 간의 독립 관계를 통합함으로써 프로세스 디스커버리의 성능을 향상시킬 수 있는가?
• RQ2 양성 행동를 모두 유지하면서 부정적 트레이스를 어떻게 공식적으로 모델에서 배제할 수 있는가?
• RQ3 SMT 기반 폴딩 동치성 합성 방식이 결과 넷이 입력된 독립 관계를 얼마나 잘 유지하는가?
• RQ4 폴딩 동치성 선택(SP, IP, MP)이 모델의 정밀도와 독립성 유지에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ5 최종 넷의 플레이스 수가 독립성 유지 및 모델 충실도에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• 제안된 방법은 테스트한 11개 모델 중 9개에서 98% 이상의 독립성 유지 비율을 달성하여 입력된 독립 관계를 강력하게 유지하는 것으로 나타났다.
• 정밀도가 대부분 유지되었으며, 9개의 모델에서 재현율 및 정밀도 비율(r_S⊆M 및 r_M⊆S)이 98%를 초과하여 입력 행동에 대해 높은 충실도를 보였다.
• 모든 벤치마크의 실행 시간이 몇 초 이내였으며, 이는 방법의 효율성과 확장성의 우수함을 보여준다.
• 일부 모델(예: Peters, Angio)에서는 도구가 폴딩된 넷의 플레이스 수를 늘릴 수 없었는데, 이는 SMT 인코딩과 이벤트 구조 변환 과정의 구현 제약 때문이었다.
• 원래 플레이스 수의 60% 이하로 폴딩을 강제로 수행할 경우 정밀도와 독립성 유지에 큰 하락이 발생하여 플레이스 수와 모델 품질 간의 강한 의존성이 드러났다.
• 일부 경우에서 원래 모델을 성공적으로 재발견하여, 로그와 도메인 지식으로부터 복잡한 프로세스 구조를 복원할 수 있는 능력을 검증하였다.