基于Petri网的医疗业务流程模型的合并及变化域分析方法

李雪萍

(安徽理工大学计算机科学与工程学院，安徽 淮南 232001)

方贤文，赵建东

(安徽理工大学理学院，计算机科学与工程学院，安徽 淮南 232001)



基于Petri网的医疗业务流程模型的合并及变化域分析方法

李雪萍

(安徽理工大学计算机科学与工程学院，安徽 淮南 232001)

方贤文，赵建东

(安徽理工大学理学院，计算机科学与工程学院，安徽 淮南 232001)

基于医疗业务流程问题是解决患者快速就诊问题的关键，使用合理有效的医疗业务流程是一项非常重要工作。为了满足更多患者的就医需求，通过对多个医疗业务流程合并来构建新的医疗流程是大势所趋。基于Petri网的行为轮廓性质和理论，分析了医疗业务流程交互，并提出了分析医疗业务流程交互及交互后变化域分析的方法。并给出一个具体的医疗业务流程的实例，分析了该方法的有效性。

医疗业务流程；模型合并；变化域分析；Petri网

随着医疗业务的不断发展，医疗业务流程交互的应用越来越多广泛。单一的医疗业务流程难以完成更复杂和更困难的任务，且难以满足用户需求，因此需要将单一的业务流程进行有效组合。但由于业务流程行为交互复杂性造成交互行为的多样性，因此检测交互后医疗业务流程与交互前医疗业务流程一致性成为一个至关重要的问题， 交互前后行为一致性的检测是判定交互成功与否的一个重要的指标。现有的医疗服务交互后的研究大多数是从结构上研究，没有从行为方面研究。

医疗业务流程交互被用到医疗流程领域，合并医疗流程越来越被关注。国内外许多学者专注于医疗流程的挖掘研究。文献[1]针对医疗用户的需求设计了一个交互系统，来实现信息的交互；文献[2]通过对流程交互行为的研究，来分析流程交互行为；文献[3]通过分析流程复杂程度来研究其对交互后流程变化域的程度，证明降低流程复杂度可以减小分析变化域时所需要的工作量；文献[4]基于Petri网行为轮廓的概念，提出了T-不变量，缩小了变化域范围，提高了计算效率；文献[5]说明了迹等价的概念要比行为轮廓一致性概念强的多，变化传播在行为轮廓一致性那里是被允许的；文献[6]利用流程间复杂对应关系来合并流程模型，并通过提取摘要的方法来寻找变化域。已有的研究解决了业务流程如何合并的问题，但很少对医疗业务流程合并前后的流程内部行为关系进行分析。为此，笔者基于Petri网提出了医疗业务流程模型的合并及变化域分析方法。

1 基本概念

主要介绍Petri网行为轮廓概念及其性质和医疗流程模型的交互和求变化域的方法[7]。其中，Petri网的相关内容详见文献[8]。

1.1 Petri网行为轮廓的定义及性质

定义1(业务流程模型)一个业务流程模型是一个六元组，记为P=(A，ai，a0，C，F，T)满足以下4个条件：

1)A是非空活动点集合，C是控制点集合，且A∩C=Ø；

2)初始活动ai∈A，结束活动ao∈A；

3)F⊆((A/{ao})∪C)×((A/{ai}∪C)，F表示流关系；

4)T:C|→{and,or,xor}，为业务流程模型的结构类型，即并行、选择、异或3种结构。

定义2(行为轮廓) 设一个业务流程模型Petri网P=(A,ai，ao，C,F,T)，x,y∈A,(x,y)⊆F，至少包含下列4种关系的一种；

1)严格序关系：→(x,y)，若x>y，y≯x，即：B(x,y)=→；

2)排他序关系：+(x,y)，若x>y，y≯x，即：B(x,y)=+；

3)交叉序关系：‖(x,y),若x>y，y≯x，即：B(x,y)=‖；

以上3种关系的集合就是业务流程模型Petri网的行为轮廓,记为Bp={→,+,‖}。此外，由严格序关系可以推出逆严格序关系，即→-1(x,y)，若y>x成立，但x≯y。

1.2 模型复杂匹配关系的确定

通过研究控制组内部的行为关系分析医疗业务流程之间的匹配关系进行合并医疗业务流程交互及变化域分析， 下面对医疗业务流程模型交互中需要的定义进行介绍。

定义3[9](匹配变迁组)Pa=(Aa,Ca,Fa)，Pb=(Ab,Cb,Fb)是2个医疗业务流程图，M是它们之间的复杂匹配关系，Xa∈Ca，Xb∈Cb是匹配关系组，且∀c∈Xa对∀c′∈Xb都有M(c)=c′，则称Xa与Xb根据关系M匹配，记作M(Xa)=Xb。

定义4[9](模型标准化) 若P′=(A′,C′,F′)是P=(A,C,F)标准化后的模型，即为P′=η(P)。其中，C′=φ(C)，即:

A′⊂A/a∈∑XM

2 医疗业务流程模型的合并及变化域分析

随着信息系统的发展，业务流程合并技术被用在许多应用领域，也被应用在医疗业务流程领域中。下面，笔者通过某医院医疗业务流程模型做模型来分析医疗业务流程模型合并及变化域分析方法。

2.1 医疗业务流程模型的匹配关系确定

笔者采用医疗业务系统中的网上挂号案例进行分析。图1是患者网上预约挂号流程示意图，在完成挂号时，双方会有多次交互的行为，如在患者“提交预约信息”后，医院需要“接收预约信息”，同时他们也有着各自的内部流程，如医院需要一个“检查预约时间”的内部操作，看是否满足预约需求。图2给出了患者预约挂号流程与医院接受挂号申请流程，这里有n：m和1：n的复杂匹配关系。笔者应用匹配变迁组来处理这种复杂匹配关系。

图1 患者网上预约挂号流程示意图

图2 医院接收挂号流程示意图

PaPbA网上预约，填写信息，提交信息接受预约B预约生成预约确定C预约付款查询预约状态，等待付款D取消预约预约过期，预约取消E医院挂号记录预约，预约跟踪F交易完成挂号成功G申请退款收到退款申请H申请通过审核通过I申请不通过审核不通过K收到退款退款L付款确认确认收费

医疗业务通过模型标准化既可以保留原有流程的内部的所有行为信息，又可以简化流程交互过程中的复杂性，节约资源。因此在模型交互之前首先将原有流程模型标准化，可以确定相关匹配关系，表1给了医疗业务流程图Pa和Pb控制点的匹配关系。

2.2 流程模型合并及算法

在医疗流程模型合并之前先将模型标准化，得到标准化模型，然后用算法1(医疗业务流程流程模型合并算法)对标准化的模型进行合并。

算法1(医疗业务流程流程模型合并算法过程)如下：

输入：医疗业务流程Pa=(Aa,Ca,Fa)，Pb=(Ab,Cb,Fb)，匹配函数M，Pa=(Aa,Ca,Fa)的初始状态为aao，Pb=(Ab,Cb,Fb)的初始状态是abo。

输出：合并之后的医疗流程模型P。

4)通过拟合并模型上分支结构类型Type确定合并模型匹配组内的变迁对，对于∀x∈AP∪CP：

(a)x·∈Pb且x·∉P，则P⟸x·，FP⟸(x,x·)，label(x,x·)⟸b；

(b)x*∈Pb且x·∈P，但(x,x·)∉FP，FP⟸(x,x·)，label(x,x·)⟸b；

(c)x∪x*∈P且x∪x·∈Pb，(x,x·)∈FP，label(x,x·)⟸b；

(d)∃c∈Cb，M(c)=x，label(x)⟸{a:label(x);b:label(c)}；

通过算法1，在P中通过选择分支模拟Pa、Pb的所有行为。

提取摘要并寻找变化域的算法(算法2)如下：

输出：提取合并模型摘要PD，Pa、Pb、PD的疑似变化区域CGPa、CGPb、CG。

1)令合并模型摘要PD的初始状态ado=ao，对x∈AP∪CP，若‖label(x,x·)‖≥2，PD⟸x，PD⟸x·，FPD=(x,x·)；

3 实例分析

根据某医院的医疗业务流程图，以及已给出医疗业务流程模型以及它们之间的复杂对应关系，基于业务流程模型合并和摘要提取，根据复杂匹配的概念来分析模型交互后的变化域问题。

图合并后的模型P

根据算法2，得到如图5和图6中的变化区域，分别是CGPa={X(Ca,Da)}、CGPb={X(Cb,Db)}。分析变化区域活动之间的行为关系，正确的医疗业务流程应该是医院查询患者的订单状态，若收到预约付款信息则提醒患者到医院挂号，如果没有预约付款则等待付款，预约超时取消预约。但是有可能会出现医院在查询预约信息后没得到预约付款信息就超时而患者已经付款，因此导致预约失效，这就导致了2个医疗模型合并可能存在异常的地方，即寻找的变化区域。

图4 合并模型P的摘要

图5 Pa的变化区域示意图

图6 Pb的变化区域示意图

4 结语

在已有研究的基础上，依据Petri网行为轮廓的性质，通过对医疗业务流程模型合并前后行为关系的分析以及业务流程模型间复杂匹配关系的确定，寻找初始医疗流程模型的变化区域，并分析了医疗业务流程合并前后产生变化区域的原因。笔者的主要工作是对于2个初始医疗业务流程模型，给出医疗流程模型合并后的匹配关系，提出基于流程模型Petri网的行为轮廓的概念。首先，分析初始模型间的活动变迁节点之间的匹配关系；其次，算法1结合活动变迁节点之间的匹配关系，合并原始模型。最后，算法2在算法1的基础上逐步寻找合并模型变化区域。实例分析说明该方法具有一定的有效性，能找到模型的变化域。

未来，关于医疗业务流程模型的变化域问题，还有很多地方去研究。例如怎样找到最小的变化域，如何尽量避免模型在合并后出现变化域问题，或者在找出变化域之后如何修复和完善流程使得模型更完善等，都是将来需要思考研究的问题。

[1]陈晓娟. 医疗信息交互系统的设计与实现[D]. 武汉：武汉理工大学, 2012.

[2]Ehrig M, Koschmider A, Oberweis A. Measuring Similarity between Semantic Business Process Models.[A].Proceedings of the Fourth Asia-Pacific Conference on Conceptual Modelling[C]. Conceptual Modelling 2007, 2007:71～80.

[3]Weber B, Reichert M, Mendling J, et al. Refactoring large process model repositories[J]. Computers in Industry, 2011, 62(5):467～486.

[4]Fang X, Liu L, Liu X. Analyzing Method of Change Region in BPM Based on Module of Petri Net[J]. Information Technology Journal, 2013, 12(8):1655～1659.

[5]Rinderle S, Reichert M, Dadam P. Correctness criteria for dynamic changes in workflow systems-a survey [J]. Data & Knowledge Engineering, 2004, 50(50):9～34.

[6] 欧阳虹. 基于Petri网模型合并的可配置业务流程变化域分析[D].淮南：安徽理工大学, 2015.

[7] 吴俊枝. 基于Petri网行为轮廓的业务流程挖掘方法研究[D].淮南：安徽理工大学, 2014.

[8] 吴哲辉. Petri 网理论[M].北京:机械工业出社，2006:6～42.

[9] Kock N, Verville J, Danesh-Pajou A, et al. Communication flow orientation in business process modeling and its effect on redesign success: Results from a field study[J]. Decision Support Systems, 2009, 46(2):562～575.

[编辑] 张涛

2016-05-16

国家自然科学基金项目(61572035，61272153，61402011)；安徽省自然科学基金项目(1508085MF111)。

李雪萍(1989-)，女，硕士生，现主要从事Petri网方面的研究工作。

方贤文(1975-)，男，博士，教授，现主要从事可信系统、Petri网理论与应用方面的教学与研究工作；E-mail：280060673@qq.com。

TP391.9

A

1673-1409(2016)25-0020-06

[引著格式]李雪萍，方贤文，赵建东.基于Petri网的医疗业务流程模型的合并及变化域分析方法[J].长江大学学报(自科版)，2016,13(25)：20～25.