Resource Bisimilarity in Petri Nets is Decidable

Petri nets are a popular formalism for modeling and analyzing distributed systems. Tokens in Petri net models can represent the control flow state or resources produced/consumed by transition firings. We define a resource as a part (submultiset) of the Petri net marking and call two resources equivalent iff replacing one of them with another in any marking does not change the observable Petri net behavior. We investigate the resource similarity and the resource bisimilarity -- congruent restrictions of the bisimulation equivalence on Petri net markings and prove that the resource bisimilarity is decidable in contrast to the resource similarity.Comment: New version for submission to the journa

Soundness-preserving composition of synchronously and asynchronously interacting workflow net components

In this paper, we propose a compositional approach to construct formal models of complex distributed systems with several synchronously and asynchronously interacting components. A system model is obtained from a composition of individual component models according to requirements on their interaction. We represent component behavior using workflow nets - a class of Petri nets. We propose a general approach to model and compose synchronously and asynchronously interacting workflow nets. Through the use of Petri net morphisms and their properties, we prove that this composition of workflow nets preserves component correctness.Comment: Preprint of the paper submitted to "Fundamenta Informaticae

Discovering Hierarchical Process Models: an Approach Based on Events Clustering

Process mining is a field of computer science that deals with discovery and analysis of process models based on automatically generated event logs. Currently, many companies use this technology for optimization and improving their processes. However, a discovered process model may be too detailed, sophisticated and difficult for experts to understand. In this paper, we consider the problem of discovering a hierarchical business process model from a low-level event log, i.e., the problem of automatic synthesis of more readable and understandable process models based on information stored in event logs of information systems. Discovery of better structured and more readable process models is intensively studied in the frame of process mining research from different perspectives. In this paper, we present an algorithm for discovering hierarchical process models represented as two-level workflow nets. The algorithm is based on predefined event ilustering so that the cluster defines a sub-process corresponding to a high-level transition at the top level of the net. Unlike existing solutions, our algorithm does not impose restrictions on the process control flow and allows for concurrency and iteration

Использование журналов событий для локальной корректировки моделей процессов

During the life-cycle of an Information System (IS) its actual behaviour may not correspond to the original system model. However, to the IS support it is very important to have the latest model that reflects the current system behaviour. To correct the model, the information from the event log of the system may be used. In this paper, we consider the problem of process model adjustment (correction) using the information from an event log. The input data for this task are the initial process model (a Petri net) and the event log. The result of correction should be a new process model, better reflecting the real IS behavior than the initial model. The new model could be also built from scratch, for example, with the help of one of the known algorithms for automatic synthesis of the process model from an event log. However, this may lead to crucial changes in the structure of the original model, and it will be difficult to compare the new model with the initial one, hindering its understanding and analysis. It is important to keep the initial structure of the model as much as possible. In this paper, we propose a method for process model correction based on the principle of “divide and conquer”. The initial model is decomposed in several fragments. For each fragment its conformance to the event log is checked. Fragments which do not match the log are replaced by newly synthesized ones. The new model is then assembled from the fragments via transition fusion. The experiments demonstrate that our correction algorithm gives good results when it is used for correcting local discrepancies. The paper presents the description of the algorithm, the formal justification for its correctness, as well as the results of experimental testing by some artificial examples.В ходе жизненного цикла информационной системы (ИС) ее реальное поведение может перестать соответствовать исходной модели системы. Между тем для поддержки системы очень важно иметь актуальную модель, отражающую текущее поведение системы. Для корректировки модели можно использовать информацию из журнала событий системы. Журналы событий процессно-ориентированных информационных систем содержат запись истории исполнения поддерживаемых процессов в виде более или менее детальных списков событий. Такие журналы, как правило, записываются всеми современным ИС. Эта информация может использоваться для анализа реального поведения ИС и ее усовершенствования. В работе рассматривается задача корректировки (исправления) модели процесса на основе информации из журнала событий. Исходными данными для этой задачи являются первоначальная модель процесса в виде сети Петри и журнал событий. Результатом корректировки должна быть новая модель процесса, лучше отображающая реальное поведение ИС, чем исходная модель. Актуальная модель может быть построена и полностью заново, например, с помощью одного из известных алгоритмов автоматического синтеза модели процесса по журналу событий. Однако структура исходной модели при этом может полностью измениться. Полученную модель будет трудно сопоставить с прежней моделью процесса, что затруднит ее понимание и анализ. Поэтому при корректировке модели важно по возможности сохранить ее прежнюю структуру. Предлагаемый в настоящей работе алгоритм корректировки модели основан на принципе «разделяй и властвуй». Исходная модель процесса декомпозируется на фрагменты. Для каждого из фрагментов проверяется, соответствует ли он актуальному журналу событий. Фрагменты, для которых выявлены несоответствия, заменяются на заново синтезированные. Новая модель собирается из фрагментов путем слияния переходов. Проведенные эксперименты показывают, что наш алгоритм корректировки дает хорошие результаты, если применяется для исправления локальных несоответствий. Работа содержит описание алгоритма, формальное обоснование его корректности, а также результаты экспериментального тестирования на искусственных примерах.

Анализ академической успеваемости студентов с использованием журналов событий электронной образовательной среды

Modern educational process involves the use of electronic educational environments. These are special information systems that are both a means for storing educational materials and a tool for conducting tests, collecting homework, keeping a grade book, and working together. Such environments produce a large amount of data containing the recorded behavior of students and teachers within the educational process. This paper proposes an approach that allows one to analyze such data and discover typical student trajectories that lead to successful or unsuccessful learning outcomes. It is shown how process mining can be used to build models of the educational process based on the available data. We also show how you can evaluate the extent to which the synthesized model reflects the actual behavior of the system recorded in event logs. The paper contains not only a description of the proposed approach, but also a case study with its application to a real data set for an undergraduate educational program. It is clearly shown how, using our approach, it is possible to find out what factors lead to the formation of successful and unsuccessful student trajectories. The bottlenecks of the educational process were identified, as well as errors in the data, indicating the incorrect operation of the system. As a result of the analysis, points of special attention for administrators of the educational program were identified, as well as some signal events, the appearance of which in a student’s individual trajectory can be an alarm. The application of the approach involves the use of free open source software, which further facilitates its deployment in a variety of educational organizations.Современный образовательный процесс предполагает использование электронных образовательных сред. Это специальные информационные системы, которые являются как средством для хранения учебных материалов, так и инструментом для проведения проверочных работ, сбора домашних заданий, ведения журнала оценок, совместной работы. Такие среды производят большое количество данных о поведении учащихся и преподавателей в рамках учебного процесса. В данной работе предлагается подход, позволяющий анализировать такие данные, извлекать из них типичные траектории учащихся, которые ведут к успешным или неудачным результатам обучения. Показано, как для построения моделей образовательного процесса на основе имеющихся данных могут быть использованы алгоритмы process mining. Также показано, как можно оценить, насколько синтезированная модель отражает реальное поведение системы, записанное в журналах событий. Работа содержит не только описание предлагаемого подхода, но и пример его применения к реальному набору данных для образовательной программы бакалавриата. Наглядно показано, как с использованием нашего подхода можно выяснить, какие факторы приводят к формированию успешных и неудачных траекторий студентов. Выявлены узкие места образовательного процесса, а также ошибки в данных, свидетельствующие о некорректной работе системы. В результате анализа выявлены точки особого внимания для администраторов образовательной программы, а также определены некоторые сигнальные события, появление которых в индивидуальной траектории студента может быть тревожным сигналом. Применение подхода предполагает использование только свободных программных инструментов с открытым исходным кодом, что дополнительно облегчает его внедрение в самых разных образовательных организациях

On Occurrence Net Semantics for Petri Nets with Contacts

. This paper is concerned with defining causal (non sequential) behavior of Petri nets via occurrence nets. Conventionally occurrence nets semantics is defined for contact-free Petri nets. In [8] E.Smith proposed non sequential semantics for nets with contacts. We present an alternative definition of occurrence nets semantic for nets with contacts, which gives a clear visual representation of concurrent process flow and maintains the correlation between causal and interleaving semantics of Petri nets. 1 Introduction Petri nets are a mathematical and graphical modelling tool for describing concurrent systems. Introduced in the sixties [2], since that time Petri nets proved to be one of the basic formal models for concurrent and distributed systems. Among many attractive features of Petri nets model is that it adopts both interleaving and causal formal semantics for describing its behavior. The causal semantics of Petri nets is represented by occurrence nets and concurrent runs ([4], cf..

Agile development with software process mining

Modern companies continue investing more and more in the creation, maintenance and change of software systems, but the proper specification and design of such systems continues to be a challenge. The majority of current approaches either ignore real user and system runtime behavior or consider it only informally. This leads to a rather prescriptive top-down approach to software development. In this paper, we propose a bottom-up approach, which takes event logs (e.g., trace data) of a software system for the analysis of the user and system runtime behavior and for improving the software. We use well-established methods from the area of process mining for this analysis. Moreover, we suggest embedding process mining into the agile development lifecycle. The goal of this position paper is to motivate the need for foundational research in the area of software process mining (applying process mining to software analysis) by showing the relevance and listing open challenges. Our proposal is based on our experiences with analyzing a big productive touristic system. This system was developed using agile methods and process mining could be effectively integrated into the development lifecycle