本發(fā)明流程圖可視化，特別是一種bpmn模型的流程圖的可視化方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、隨著企業(yè)業(yè)務(wù)流程日益復(fù)雜，傳統(tǒng)的業(yè)務(wù)流程建模方法已經(jīng)難以滿足現(xiàn)代企業(yè)的需求。bpmn(business?process?model?and?notation，業(yè)務(wù)流程建模與標(biāo)記)模型是用于構(gòu)建業(yè)務(wù)流程圖的一種建模語言標(biāo)準(zhǔn)。bpmn模型作為一種廣泛使用的業(yè)務(wù)流程建模規(guī)范，為業(yè)務(wù)流程的標(biāo)準(zhǔn)化和可視化提供了有力支持。

2、然而，現(xiàn)有的bpmn模型布局方法大多依賴于手動(dòng)調(diào)整，效率低下且容易出錯(cuò)。在政務(wù)領(lǐng)域的業(yè)務(wù)開發(fā)中，復(fù)雜的業(yè)務(wù)流程常通過工作流來處理，實(shí)現(xiàn)流程建模、運(yùn)行、監(jiān)控和分析的全周期管理。bpmn模型作為業(yè)界主流的工作流建模標(biāo)準(zhǔn)，定義了流程的元模型和執(zhí)行語義，解決了業(yè)務(wù)流程的存儲(chǔ)、交換和執(zhí)行問題。然而，在實(shí)際應(yīng)用中，基于bpmn模型生成的可視化流程圖往往存在人機(jī)交互不友好的問題，如節(jié)點(diǎn)布局混亂、連線交叉等，使得用戶難以分析流程流轉(zhuǎn)關(guān)系及節(jié)點(diǎn)細(xì)節(jié)。

3、基于bpmn模型的流程圖最常見的可視化方式是節(jié)點(diǎn)-鏈接圖(node-link?graph)，即用節(jié)點(diǎn)表示流對(duì)象，用邊表示關(guān)系。其中涉及一個(gè)重要的話題，就是節(jié)點(diǎn)應(yīng)該如何布局。

4、一般節(jié)點(diǎn)-鏈接圖的布局算法都會(huì)遵從盡量避免邊交叉、鄰接點(diǎn)相近等原則。針對(duì)不用的可視化目標(biāo)，采用不同的布局方法，現(xiàn)有技術(shù)中提出了多種布局算法，如力導(dǎo)向布局和基于距離的多維尺度分析布局。力導(dǎo)向布局能夠避免節(jié)點(diǎn)重疊，具有較好的對(duì)稱性和局部聚合性，但存在只能達(dá)到局部最優(yōu)、初始位置影響結(jié)果、連線錯(cuò)綜復(fù)雜等問題。

5、經(jīng)典的力導(dǎo)向算法(fruchterman-reingold，fr算法)，因其算法思想簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)被廣泛使用。在力導(dǎo)向算法中，網(wǎng)絡(luò)中的連邊被模擬為彈簧、節(jié)點(diǎn)被模擬為具有相同電荷的電子，分別對(duì)應(yīng)這基于胡克定律的引力和基于庫侖力的斥力。在力的作用下，節(jié)點(diǎn)會(huì)向著力的方向運(yùn)動(dòng)直到達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。通常引力、斥力計(jì)算公式為：

6、

7、其中，fr為節(jié)點(diǎn)之間的引力；fa為節(jié)點(diǎn)之間的斥力；k為節(jié)點(diǎn)之間的理想距離；s為節(jié)點(diǎn)布局的面積；|v|為節(jié)點(diǎn)的數(shù)量；δ為節(jié)點(diǎn)之間的歐氏距離；當(dāng)節(jié)點(diǎn)之間的歐氏距離等于節(jié)點(diǎn)之間的理想距離，即δ＝k時(shí)，斥力等于引力。

8、力導(dǎo)布局可以很好避免節(jié)點(diǎn)重疊的情況，且從結(jié)果上來看具有較好的對(duì)稱性和局部聚合性，被廣泛的使用。然而，力導(dǎo)向布局只能達(dá)到局部最優(yōu)，不能實(shí)現(xiàn)全局最優(yōu)，且初始位置對(duì)結(jié)果的影響較大，經(jīng)常會(huì)造成連線錯(cuò)綜復(fù)雜，難以分析圖中節(jié)點(diǎn)關(guān)聯(lián)關(guān)系。

9、多維尺度分析布局雖然能夠彌補(bǔ)力導(dǎo)向布局的局限性，利用降維的方法將數(shù)據(jù)從高維空間映射到低維空間，實(shí)現(xiàn)全局控制，目標(biāo)是保證數(shù)據(jù)之間的相對(duì)位置不發(fā)生變化，可以保證最小的整體偏差。但其分析結(jié)果不唯一，結(jié)果可以在空間中旋轉(zhuǎn)和平移，嚴(yán)重依賴用戶自定約束條件，無法保持自動(dòng)化建模時(shí)的布局穩(wěn)定性。

10、業(yè)務(wù)流程建模方面，業(yè)界主流的工作流引擎都采用或支持bpmn模型的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)來定義流程，bpmn模型是一套業(yè)務(wù)流程模型與符號(hào)的建模標(biāo)準(zhǔn)，定義了流程的元模型和執(zhí)行語義，使用精準(zhǔn)執(zhí)行的語義來描述元素操作，基于xml的流程存儲(chǔ)和交換的格式，解決了業(yè)務(wù)流程的存儲(chǔ)、交換和執(zhí)行的問題。

11、基于大數(shù)據(jù)技術(shù)，對(duì)已發(fā)生的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)分析提取，通過自動(dòng)化建模技術(shù)，將歷史業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)提取加工，生成業(yè)務(wù)流程模型，使用可視化技術(shù)展現(xiàn)，幫助用戶分析改進(jìn)，簡(jiǎn)化復(fù)用流程，優(yōu)化流程模型，推動(dòng)實(shí)現(xiàn)數(shù)字政務(wù)系統(tǒng)工程與基層各部門應(yīng)用有機(jī)結(jié)合，從而提升跨地區(qū)跨部門的業(yè)務(wù)效率，順暢央地之間、地方之間、國務(wù)院部門之間的對(duì)接協(xié)同渠道。

12、在此過程中，采用bpmn模型技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)生成的業(yè)務(wù)流程圖，可視化后的圖形需要便于用戶理解，這就對(duì)bpmn模型的流程圖自動(dòng)化布局有較高的技術(shù)要求。

13、在業(yè)務(wù)流程可視化分析場(chǎng)景中，往往由于可視化圖中的節(jié)點(diǎn)多且關(guān)系復(fù)雜，應(yīng)用程序生成的模型可視化后，用戶很難理清節(jié)點(diǎn)之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系。例如，節(jié)點(diǎn)的位置重疊，互相遮擋，有關(guān)聯(lián)的節(jié)點(diǎn)沒有互相靠攏，節(jié)點(diǎn)間的連接線互相交叉重合。此時(shí)會(huì)使用一些圖布局算法對(duì)整張圖進(jìn)行布局，使整張圖的關(guān)系更加清晰，便于用戶分析。如圖1所示現(xiàn)有bpmn模型的流程圖基于某工作流引擎代碼可視化后的示意圖，人機(jī)交互不友好，用戶很難分析出流程流轉(zhuǎn)關(guān)系及節(jié)點(diǎn)細(xì)節(jié)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供了一種bpmn模型的流程圖的可視化方法及系統(tǒng)，以解決bpmn模型的流程圖生成的可視化流程圖節(jié)點(diǎn)布局混亂、人機(jī)交互不友好的技術(shù)問題。

2、本發(fā)明的一個(gè)方面在于提供一種bpmn模型的流程圖的可視化方法，所述可視化方法，包括如下方法步驟：

3、s1、獲取bpmn模型的流程圖，其中，流程圖至少包括多個(gè)節(jié)點(diǎn)和多個(gè)邊；

4、s2、基于特征分組劃分算法，將流程圖中的多個(gè)節(jié)點(diǎn)劃分為多個(gè)分組，并且將多個(gè)所述分組抽象為多個(gè)粗化節(jié)點(diǎn)；

5、s3、使用力導(dǎo)向算法，對(duì)多個(gè)所述粗化節(jié)點(diǎn)進(jìn)行粗化布局；

6、s4、對(duì)粗化布局后的多個(gè)所述粗化節(jié)點(diǎn)進(jìn)行初始化布局；

7、s5、利用改進(jìn)后的力導(dǎo)向算法對(duì)初始化布局后的每一個(gè)所述粗化節(jié)點(diǎn)內(nèi)的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行細(xì)化布局；

8、s6、利用細(xì)化布局后的所有節(jié)點(diǎn)，可視化bpmn模型的流程圖。

9、在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，在步驟s1中，對(duì)bpmn模型的流程圖進(jìn)行預(yù)處理，包括：

10、s101、將流程圖中帶權(quán)的邊轉(zhuǎn)換為無權(quán)的邊；

11、s102、合并節(jié)點(diǎn)之間的雙向連邊，并刪除自環(huán)邊。

12、在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，在步驟s2中，通過如下方法將流程圖中的多個(gè)節(jié)點(diǎn)劃分為多個(gè)分組：

13、s201、在流程圖的多個(gè)節(jié)點(diǎn)中，篩選多個(gè)種子節(jié)點(diǎn)；

14、s202、計(jì)算某一個(gè)種子節(jié)點(diǎn)與該種子節(jié)點(diǎn)以外的其余節(jié)點(diǎn)的特征相似度；

15、s203、將某一個(gè)種子節(jié)點(diǎn)與該種子節(jié)點(diǎn)的特征相似度最高的節(jié)點(diǎn)劃分為一個(gè)分組；

16、s204、重復(fù)步驟s202至步驟s203，將流程圖的多個(gè)節(jié)點(diǎn)劃分為多個(gè)分組。

17、在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，在步驟s201中，通過如下方法篩選多個(gè)種子節(jié)點(diǎn)：

18、s2011、在流程圖的多個(gè)節(jié)點(diǎn)中，基于臨近的開始節(jié)點(diǎn)和結(jié)束節(jié)點(diǎn)，計(jì)算每一個(gè)節(jié)點(diǎn)的出度和入度；

19、s2012、根據(jù)每個(gè)節(jié)點(diǎn)的出度和入度，計(jì)算流程圖的路徑數(shù)量，其中每一條路徑上包括多個(gè)節(jié)點(diǎn)和多條邊；

20、s2013、在一條路徑上，將每一個(gè)節(jié)點(diǎn)的出度進(jìn)行降序排列，以及每一個(gè)節(jié)點(diǎn)的入度進(jìn)行降序排列；

21、s2014、在一條路徑上，選取出度最高且入度最高的節(jié)點(diǎn)，作為該條路徑上的種子節(jié)點(diǎn)。

22、在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，在步驟s2中，當(dāng)某一分組i內(nèi)的節(jié)點(diǎn)全部屬于該分組i，則將該分組抽象為一個(gè)粗化節(jié)點(diǎn)gi；

23、當(dāng)分組i和分組j內(nèi)存在重疊的節(jié)點(diǎn)，則將分組i和分組j內(nèi)存在重疊的節(jié)點(diǎn)作為一個(gè)分組，并抽象為一個(gè)粗化節(jié)點(diǎn)gij。

24、在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，在步驟s2中，當(dāng)兩個(gè)粗化節(jié)點(diǎn)內(nèi)的節(jié)點(diǎn)重合度大于預(yù)設(shè)閾值時(shí)，則將兩個(gè)粗化節(jié)點(diǎn)合并為一個(gè)粗化節(jié)點(diǎn)；

25、當(dāng)某一個(gè)粗化節(jié)點(diǎn)內(nèi)的節(jié)點(diǎn)數(shù)目大于預(yù)設(shè)閾值時(shí)，則將該粗化節(jié)點(diǎn)內(nèi)的節(jié)點(diǎn)再次劃分多個(gè)分組，并且抽象為多個(gè)粗化節(jié)點(diǎn)。

26、在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，在步驟s3中，使用力導(dǎo)向算法，按照如下方法對(duì)多個(gè)所述粗化節(jié)點(diǎn)進(jìn)行粗化布局：

27、計(jì)算粗化節(jié)點(diǎn)之間的引力：

28、

29、計(jì)算粗化節(jié)點(diǎn)之間的斥力：

30、

31、計(jì)算粗化節(jié)點(diǎn)的重力：

32、

33、其中，fr’為粗化節(jié)點(diǎn)之間的引力；fa’為粗化節(jié)點(diǎn)之間的斥力；fg’為粗化節(jié)點(diǎn)的重力；為粗化節(jié)點(diǎn)之間的距離系數(shù)；ni為第i個(gè)粗化節(jié)點(diǎn)內(nèi)的節(jié)點(diǎn)數(shù)量；nj為第j個(gè)粗化節(jié)點(diǎn)內(nèi)的節(jié)點(diǎn)數(shù)量；d為粗化節(jié)點(diǎn)之間的距離；ωij為第i個(gè)粗化節(jié)點(diǎn)與第j個(gè)粗化節(jié)點(diǎn)之間邊的權(quán)重；ωmax為粗化節(jié)點(diǎn)之間邊的最大權(quán)重。

34、在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，在步驟s4中，對(duì)粗化布局后的多個(gè)所述粗化節(jié)點(diǎn)進(jìn)行初始化布局，包括：

35、s401、將每一個(gè)粗化節(jié)點(diǎn)內(nèi)的節(jié)點(diǎn)分為內(nèi)部節(jié)點(diǎn)和邊緣節(jié)點(diǎn)；

36、其中，內(nèi)部節(jié)點(diǎn)為：只與該節(jié)點(diǎn)所屬粗化節(jié)點(diǎn)內(nèi)部的節(jié)點(diǎn)具有連接的邊的節(jié)點(diǎn)；

37、邊緣節(jié)點(diǎn)為：與該節(jié)點(diǎn)所屬粗化節(jié)點(diǎn)以外的其他粗化節(jié)點(diǎn)內(nèi)的節(jié)點(diǎn)具有連接的邊的節(jié)點(diǎn)；

38、s402、計(jì)算每一個(gè)粗化節(jié)點(diǎn)的內(nèi)部節(jié)點(diǎn)的初始位置：

39、其中，

40、計(jì)算每一個(gè)粗化節(jié)點(diǎn)的邊緣節(jié)點(diǎn)的初始位置：

41、其中，

42、其中，xi、yi為第i個(gè)內(nèi)部節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)；xi’、yi’為第i個(gè)邊緣節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)；mi為粗化節(jié)點(diǎn)內(nèi)第i個(gè)節(jié)點(diǎn)的度；mmax為粗化節(jié)點(diǎn)內(nèi)具有最大度的節(jié)點(diǎn)的度；α為粗化節(jié)點(diǎn)內(nèi)節(jié)點(diǎn)之間的邊的數(shù)量；|vinner|為粗化節(jié)點(diǎn)內(nèi)的內(nèi)部節(jié)點(diǎn)的數(shù)量；|vouter|為粗化節(jié)點(diǎn)內(nèi)的邊緣節(jié)點(diǎn)的數(shù)量。

43、在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，在步驟s5中，按照如下方法，利用改進(jìn)后的力導(dǎo)向算法對(duì)初始化布局后的每一個(gè)所述粗化節(jié)點(diǎn)內(nèi)的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行細(xì)化布局：

44、計(jì)算在每一個(gè)粗化節(jié)點(diǎn)內(nèi)的節(jié)點(diǎn)之間的理想距離：

45、

46、計(jì)算每一個(gè)粗化節(jié)點(diǎn)內(nèi)的節(jié)點(diǎn)之間引力：

47、

48、計(jì)算每一個(gè)粗化節(jié)點(diǎn)內(nèi)的節(jié)點(diǎn)之間斥力：

49、

50、計(jì)算每一個(gè)粗化節(jié)點(diǎn)內(nèi)的節(jié)點(diǎn)的重力：

51、fg”＝kg×mi×ε，

52、其中，k’為粗化節(jié)點(diǎn)內(nèi)第i個(gè)節(jié)點(diǎn)和第j個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的理想距離；mi為粗化節(jié)點(diǎn)內(nèi)第i個(gè)節(jié)點(diǎn)的度；mj為粗化節(jié)點(diǎn)內(nèi)第j個(gè)節(jié)點(diǎn)的度；為粗化節(jié)點(diǎn)內(nèi)節(jié)點(diǎn)之間的距離系數(shù)；|v|為粗化節(jié)點(diǎn)內(nèi)的節(jié)點(diǎn)的數(shù)量；fr”為粗化節(jié)點(diǎn)內(nèi)的節(jié)點(diǎn)之間引力；□□”為粗化節(jié)點(diǎn)內(nèi)的節(jié)點(diǎn)之間斥力；fg”為粗化節(jié)點(diǎn)內(nèi)的節(jié)點(diǎn)的重力；δ為粗化節(jié)點(diǎn)內(nèi)的節(jié)點(diǎn)之間的歐氏距離；kg為控制重力強(qiáng)度的系數(shù)；ε為粗化節(jié)點(diǎn)內(nèi)的節(jié)點(diǎn)與畫布中心之間的歐氏距離。

53、本發(fā)明的另一個(gè)方面在于提供一種bpmn模型的流程圖的可視化系統(tǒng)，所述可視化系統(tǒng)，用于執(zhí)行本發(fā)明提供一種bpmn模型的流程圖的可視化方法，可視化bpmn模型的流程圖。

54、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

55、本發(fā)明提供的一種bpmn模型的流程圖的可視化方法，減少布局中的邊的交叉、節(jié)點(diǎn)的位置沒有重疊，不會(huì)互相遮擋，節(jié)點(diǎn)位置總體上趨近去畫布中心，有關(guān)聯(lián)的節(jié)點(diǎn)通過邊相連，并且相互靠攏。

56、本發(fā)明提供的一種bpmn模型的流程圖的可視化方法，節(jié)點(diǎn)布局算法效率高，可視化后的流程圖能體現(xiàn)出節(jié)點(diǎn)間的流轉(zhuǎn)次序，清晰展示流程中節(jié)點(diǎn)和節(jié)點(diǎn)間的連接關(guān)系，揭示節(jié)點(diǎn)是如何組織對(duì)應(yīng)業(yè)務(wù)的節(jié)點(diǎn)細(xì)節(jié)。

57、本發(fā)明提供的一種bpmn模型的流程圖的可視化方法，bpmn模型的流程圖可視化后在節(jié)點(diǎn)布局質(zhì)量方面能較好的體現(xiàn)業(yè)務(wù)流程的真實(shí)特征，在局部上兼顧了節(jié)點(diǎn)處理順序，真實(shí)還原其流轉(zhuǎn)次序，滿足用戶對(duì)復(fù)雜流程可視分析的需要。

58、本發(fā)明提供的一種bpmn模型的流程圖的可視化方法，通過引入特征分組劃分和特征理想距離改進(jìn)力導(dǎo)向布局算法，實(shí)現(xiàn)了bpmn模型流程圖的自動(dòng)化布局，大大提高了節(jié)點(diǎn)布局效率。

59、本發(fā)明提供的一種bpmn模型的流程圖的可視化方法，通過多層次布局優(yōu)化，確保了節(jié)點(diǎn)布局結(jié)果的準(zhǔn)確性和清晰度，節(jié)點(diǎn)布局結(jié)果能夠真實(shí)反映業(yè)務(wù)流程的流轉(zhuǎn)次序和節(jié)點(diǎn)間的關(guān)聯(lián)關(guān)系。

60、本發(fā)明提供的一種bpmn模型的流程圖的可視化方法，易于擴(kuò)展和維護(hù)，通過添加新的模塊或優(yōu)化現(xiàn)有模塊，可以適應(yīng)不同業(yè)務(wù)場(chǎng)景和需求，適用于各種需要進(jìn)行業(yè)務(wù)流程建模和優(yōu)化的領(lǐng)域，如制造業(yè)、金融業(yè)、服務(wù)業(yè)等，可以大大提高業(yè)務(wù)流程建模的效率和準(zhǔn)確性，為企業(yè)決策提供有力支持。

61、本發(fā)明提供的一種bpmn模型的流程圖的可視化方法，粗化布局能夠較為準(zhǔn)確的還原業(yè)務(wù)的整體流程結(jié)構(gòu)，細(xì)化布局可以較好的還原業(yè)務(wù)細(xì)節(jié)，相較于現(xiàn)有技術(shù)的一次布局處理能更好的兼顧整體與細(xì)節(jié)的業(yè)務(wù)呈現(xiàn)。

62、本發(fā)明提供的一種bpmn模型的流程圖的可視化方法，提出基于特征分組劃分算法，能夠結(jié)合個(gè)性化的局部分組劃分與多層次布局，從而有效地突出整體業(yè)務(wù)特征，使得布局更能體現(xiàn)業(yè)務(wù)流程的真實(shí)特點(diǎn)。

63、本發(fā)明提供的一種bpmn模型的流程圖的可視化方法，通過改進(jìn)力導(dǎo)向算法的理想距離，更清晰地展示節(jié)點(diǎn)間的關(guān)聯(lián)關(guān)系和業(yè)務(wù)流轉(zhuǎn)次序，避免了節(jié)點(diǎn)間的重疊和交叉，還確保了有關(guān)聯(lián)的節(jié)點(diǎn)相互靠攏，從而真實(shí)還原了業(yè)務(wù)的流轉(zhuǎn)次序。

64、本發(fā)明提供的一種bpmn模型的流程圖的可視化方法，能夠在短時(shí)間內(nèi)處理大規(guī)模的業(yè)務(wù)流程數(shù)據(jù)，確保布局的效率和實(shí)時(shí)性。通過引入特征分組劃分算法和改進(jìn)力導(dǎo)向算法的理想距離，能夠更準(zhǔn)確地反映業(yè)務(wù)流程的真實(shí)特征，確保布局的質(zhì)量，節(jié)點(diǎn)布局結(jié)果清晰、直觀，便于用戶理解和分析業(yè)務(wù)流程的流轉(zhuǎn)關(guān)系和節(jié)點(diǎn)細(xì)節(jié)，提高了用戶的使用體驗(yàn)。

65、本發(fā)明提供的一種bpmn模型的流程圖的可視化方法，結(jié)合個(gè)性化局部分組劃分與多層次布局，與傳統(tǒng)的布局算法往往只關(guān)注局部或全局的布局相比，既考慮了整體業(yè)務(wù)特征，又兼顧了局部的細(xì)節(jié)，通過分階段處理能夠在保證布局質(zhì)量的同時(shí)，提高算法的效率，這是傳統(tǒng)布局算法所不具備的。

66、本發(fā)明提供的一種bpmn模型的流程圖的可視化方法，改進(jìn)力導(dǎo)向算法的理想距離，與傳統(tǒng)的力導(dǎo)向算法往往只考慮節(jié)點(diǎn)間的距離和力的平衡相比，使得布局更能反映業(yè)務(wù)的真實(shí)流轉(zhuǎn)次序。