Unterscheidung: Workflowsystem vs. Informationssystem

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1 1. Vorwort 1.1. Gemeinsamkeiten Unterscheidung: Workflowsystem vs. Die Überschneidungsfläche zwischen Workflowsystem und ist die Domäne, also dass es darum geht, Varianten eines Dokuments schrittweise mit ermittelten Eigenschaften auszuzeichnen und in Abhängigkeit derer neue Varianten daraus zu erzeugen Unterschiede Das Workflowsystem soll einen realen Prozess anhand konkreter Dokumente technisch und organisatorisch unterstützen, während das Aussagen über eine Prozessmodellierung im Theoretischen generiert z.b. Ist eine Variante mit Eigenschaft X aus einer Variante mit Eigenschaft Y generierbar und wenn ja, auf welchem Weg?. Beim geht es nicht um eine tatsächliche Validierung oder um Handhabe realer Ausprägungen von Dokumenten, nur um die Möglichkeiten und Einschränkungen, die eine spezifizierte Modellierung bringt. Das bedeutet wie später näher erklärt dass alle möglichen Ergebnisse einer Validierung überprüft und die sich ergebenden Pfade abgelaufen werden. 2. Das als Baumproblem 2.1. Das Dokument als Baum Man stelle sich das Dokument, welches aus Dokumentvarianten besteht, als Baumstruktur vor. Die Varianten sind die Knoten. Die Aktivitätsschritte sind die Kanten. Der Wurzelknoten ist durch das Urexemplar bzw. das Original angegeben. Da Knoten Varianten repräsentieren, haben sie Eigenschaften, wie z.b. das Format, welches für die Wurzel gesetzt wird. Bis auf den Wurzelknoten haben alle Knoten eine Referenz auf ihren Elternknoten. Knoten, für die keine Aktivitäten mehr möglich sind, nennen wir Blätter Algorithmus: Aufbauen des Baums Man beginnt mit dem Wurzelknoten, d.h. man setzte diesen als aktiven Knoten. (Der Wurzelknoten braucht eine Starteigenschaft, die das Format angibt.) Schritt 1: Validierer-Agenda erzeugen und filtern Für den aktuellen Knoten wird eine Agenda festgelegt. Initial ist eine Agenda mit Validierern gefüllt. Gilt die Vorbedingung eines Validierers für einen Knoten nicht, wird der Validierer aus der Agenda entfernt. Gehe zu Schritt 2. Schritt 2: Validierungsresultat-Knoten erzeugen Jeder Validierer hat n Möglichkeiten eines Resultates. Der Einfachheit halber zwei: Wahr und Falsch bzw. erfüllt die Eigenschaft und erfüllt sie nicht. Man erzeugt nun aus der Agenda der Validierer die Potenzmenge aller Möglichkeiten der Resultate, (z.b. über Rekursion.) Faktisch hat man nun eine Menge aus booleschen Listen. Für jedes Element dieser Menge wird ein Seite 1 von 5

2 Kindknoten generiert, der die Eigenschaften des Elternknotens übernimmt und die entsprechenden Nachbedingungen der Validierer setzt. So hat man alle denkbaren Varianten an Resultaten erzeugt. Gehe zu Schritt 3. Schritt 3: In die Konvertierungsebene wechseln Man nimmt den ersten, unbearbeiteten Kindknoten (Vallidierungsresultat-Knoten) des bisher aktiven Knotens und setze ihn als neuen, aktiven Knoten. Gehe zu Schritt 4. Ist kein unbearbeiteter Kindknoten vorhanden, setze den aktiven Knoten auf den Elternknoten des bisher aktiven Knoten (Backtracking) und gehe zu Schritt 6. Ist kein Elternknoten vorhanden, wurde der Baum komplett erstellt und der Algorithmus endet. Schritt 4: Konverter-Agenda erzeugen und filtern Für den aktuellen Knoten wird eine Agenda festgelegt. Initial ist eine Agenda mit Konvertern gefüllt. Gilt die Vorbedingung eines Konverters für einen Knoten nicht, wird der Konverter aus der Agenda entfernt. Gehe zu Schritt 5. Schritt 5: Konvertierungsresultat-Knoten erzeugen Lege für jeden Konvertierer der Agenda einen Kindknoten an, der nur die Nachbedingungen des betreffenden Konverters als Eigenschaften erhält. Gehe zu Schritt 6. Schritt 6: In die Validierungsebene wechseln Man nimmt den ersten, unbearbeiteten Kindknoten (Konvertierungsresultat-Knoten) des bisher aktiven Knotens und setze ihn als aktiven Knoten. Gehe zu Schritt 1. Ist kein unbearbeiteter Kindknoten vorhanden, setze den aktiven Knoten auf den Elternknoten des bisher aktiven Knoten (Backtracking) und führe Schritt 3 aus. Es gibt immer einen Elternknoten Beispiel eines Validierer-Konvertierer-Baums Seien drei Validierer (v1, v2, v3) und drei Konverter (k1, k2, k3) gegeben. Das Anfangsformat sei X. Die Voraussetzungen dieser Aktivitäten wie folgt: Die Validierer v1 und v2 können nur angewendet werden, wenn die Variante die Urvariante ist. Validierer v3 kann nur auf Resultate des Konverter k2 angewendet werden. Der Konverter k1 erwartet v1=true, k2 erwartet v1=v2=true und Konverter k3 erwartet v3=true. Es ergibt sich folgender Baum: Seite 2 von 5

3 Man sieht, obwohl die Vorausbedingungen sehr knapp angegeben sind, wird nur ein Teilbaum des kombinatorisch, maximal vorstellbaren Baums aufgebaut. Die Ebenen von Validierung und Konvertierung wechseln einander ab. ANMERKUNG: Wenn Konvertierer direkt aufeinander folgen können, muss der Algorithmus so angepasst werden, dass es auch den Identität-Validierer gibt, also eine Kante, die die Eigenschaften das Knotens einfach nur 1 zu 1 kopiert und nichts prüft oder verändert. Das ist ein Hilfskonstrukt, welches das Problem löst Der Baum als Wissensrepräsentation Ein in Bezug auf eine Startvariante erstellter Baum repräsentiert alle Möglichkeiten, welche ein solches Dokument, die aus Validierern und Konvertern spezifizierte Prozessmodellierung durchlaufen kann. Diese Repräsentation können wir untersuchen, um Aussagen zu treffen. Ziel Sei eine Variante mit einer bestimmten Kombination an Eigenschaften ein Ziel. Achtung: Kombinationen müssen nicht einmalig sein, wie man im Beispiel an (F=X G=k1) sieht. Beides sind das gleiche Ziel. Seite 3 von 5

4 Pfad Sei eine zusammenhängende Folge von Knoten und Kanten ein Pfad. Ein Pfad zu einer bestimmten Variante ist ein Pfad, der von der Wurzel ausgehend an einem Knoten endet, der dieser bestimmten Variante entspricht. Anfragen Eine Anfrage an den Baum sei eine Aussage über eine Eigenschaft des Baumes, die entweder wahr oder falsch ist. Zum Beispiel können wir fragen, ob ein Pfad zu einem spezifizierten Ziel existiert. Wir können auch fragen, wie viele Pfade zu einem Ziel führen oder wie diese Pfade aussehen. Oder man fragt, welches der kürzeste oder kostengünstigste Pfad zu einem Ziel ist. Was dabei kostengünstig ist, muss durch eine Heuristik für Kantengewichte angegeben werden. Zielbaum Gibt es im Baum mehrere Zielknoten, gibt es auch mehrere alternative Pfade, wie das Ziel erreicht werden kann. Entfernt man aus einem Baum alle Knoten und Kanten, welche nicht Teil eines zielführenden Pfades sind, so bleibt nur der Zielbaum zurück. Minimierte Lösungen In einem Zielbaum können alternative Pfade enthalten sein, die sich nur in bestimmten Validierungsresultaten unterscheiden. Ein weiterführendes Problem ist es, solche Pfade zusammenzulegen und die Lösung so zu minimieren Algorithmus: Anfragen an den Baum Grundsätzlich gibt es zwei Möglichkeiten: Entweder baut man den Baum komplett auf und traversiert dann eine Kopie oder man markiert schon während des Aufbauens jene Knoten als nicht Teil des Zielbaums, bei denen man Backtracking einsetzt, ohne dass mindestens ein zielführender Pfad gefunden wurde. Im zweiten Falle eleminiert man im Baum alle so markierten Knoten. Kopie traversieren Das Aufbauen des Baums ist ggf. algorithmisch teuer. Möchte man mehrere Anfragen mit wechselnden Zielen starten, so kann man sich die Kosten sparen, indem man mit einer Kopie des fertigen Baums arbeitet. Die Kopie ist jedoch nur in Bezug auf eine bestimmte Startvariante gültig. Sofort markieren Es gibt nur einen erweiterten Algorithmus, der bei Spezifikation des Ziels sofort den Zielbaum als Lösung liefert. Wenn nicht pauschal für alle Startvarianten einen Baum aufbauen will, an deren Kopien Anfragen gestellt werden, kann man die Anfrage komplett on-the-fly bearbeiten. Wie man einen Baum traversiert Der Algorithmus ist ähnlich wie das Aufbauen, jedoch einfacher. Man merkt sich den aktuellen Knoten und bestimmt für ihn als Agenda die Menge der zu besuchenden Kindknoten. Diese werden rekursiv als aktive Knoten gesetzt, bis die Agenda leer ist und man zum Elternknoten zurückkehrt. Optimierungen lassen sich erreichen, indem man die Agenda bearbeitet, um z.b. bestimmte Knoten kostengünstig auszuschließen (Thema: Beschneiden von Ästen) oder die Seite 4 von 5

5 Reihenfolge so manipuliert, dass günstigere Knoten zuerst expandiert werden (Thema: Suchprobleme). 3. Eigenschaften mit der Baumdarstellung 3.1. gelöste Probleme Das als Baumproblem zu verstehen, vereinfacht und strukturiert viele Dinge. Der Umgang mit Bäumen ist von der künstlichen Intelligenz gut untersucht. Abstraktion von Fehlern der Ausführung Korrektheit Im Workflowsystem sind Validierer und Konverter echte Aktivitäten, die scheitern können. Von diesem Fall man abstrahieren. Man nimmt an, dass wenn eine gegebene Prozessmodellierung korrekt ist, auch die Anfragen korrekte Antworten geben. Anders gesagt, man überprüft nur die Eigenschaften der Modellierung, nicht die des realen Prozesses. Erst ungenügende oder widersprüchliche Antworten bzw. die Erfahrungen mit einem laufenden Workflow-System vergleichbarer Modellierung, können dazu führen, dass man die Modellierung anpasst. Abstraktion von Kosten der Ausführung Vollständigkeit Im Workflowsystem hängen an den Aktivitäten Kosten der technischen Bearbeitung sowie etliche Metaaktionen zu Benachrichtigung, Fehlerkorrektur und Datenhaltung. Ein vollständiges Expandieren der Möglichkeiten ist schon in Hinsicht auf manuelle Aktionen nicht möglich. Durch die Abstraktion auf die reine Verkettung der Aktionen, ist es möglich, viel kostensparender an eine in Bezug auf die Modellierung des Prozesses vollständige Auflistung der Möglichkeiten zu gelangen offene Probleme Es gibt einige Effekte und Detailprobleme im Umgang mit Bäumen, die weiterführende Entwurfsaufgaben nach sich ziehen können. Die meisten sind jedoch bekannt und in der Literatur dokumentiert. Kombinatorische Explosion Das wiederholte Aufspannen aller Möglichkeiten an Validierungsresultat-Knoten für jeden Knoten, der aus einer Konvertierung stammt oder die Wurzel ist, hat exponentiale Kosten. Je nach Implementierung ist das ein Problem oder nicht. Zyklenbildung Ungünstige Prozessmodellierungen könnten Pfade erzeugen, die zu einer identischen Variante führen und so Zyklen erzeugen. Die Algorithmen terminieren dann nicht und müssen verbessert werden. Andererseits ist das Auffinden von Zyklen auch für das Workflowsystem von Bedeutung und stellt eine weitere Anfragemöglichkeit dar. Optimierung Um die Ressourcen Speicher und Berechnungszeit zu schonen, können die Algorithmen und deren Implementierung optimiert werden. Dabei ist natürlich sicherzustellen, dass die Lösungen, welche unoptimierte und optimierte Variante identisch sind. Seite 5 von 5