基于Petri网的电子支付流程模型优化分析
2018-10-12王丽丽
关 梅，王丽丽，谢 凯
安徽理工大学数学与大数据学院，淮南，232000
1 相关研究与问题提出
随着科技的不断发展，业务流程建模成了分析解决业务流程问题的常用方法。然而，由于业务需求的不断变化、业务模式的不断更新，使得建模过程中出现了一些不适用的情况，因此依据行为轮廓及Petri网的相关性质对模型中出现的问题进行建模评估优化极其关键。
Petri网是建立和分析流程模型的既定工具，可以对包括并发、同步和资源共享在内的行为进行建模和可视化。一方面，Petri网可以用作复杂工作流规范的设计语言，另一方面，Petri网理论提供了强大的分析技术，可用于验证工作流程的正确性。因此，基于Petri网构建流程模型可以优化和支持业务流程[1]。吴哲辉介绍了基于Petri网的业务流程优化分析方法,并指出业务流程变革是业务流程管理的核心，旨在实现灵活性，以适应不断变化的业务需求[2]。Sobociński等介绍了Petri网可达性的基本概念，以实例说明利用Petri网可达性，可以进行模型的优化分析[3]。Weidlich等提出了Petri网行为轮廓的概念，并表明行为轮廓可以捕获流程模型的基本行为约束，弥合业务要求和系统规范之间的差距[4]。Polyvyanyy等介绍了Petri网在工作流管理环境中的使用，并重点讨论了一些基于Petri网的工作流程工具[5]。Smirnov等具体分析了采用行为轮廓概念来捕获过程模型的行为特征[6]。
本文采用行为轮廓的知识作为出发点，构建了流程模型图，以Petri网的电子支付流程模型为例，通过建立源使用流程模型，以Petri网的可达性为基础，对源模型进行优化，满足了用户在密码输入次数过多、系统页面锁死的情况下也能付款完成交易，同时又能保障用户资金的安全。
2 基本概念
定义1[7](流程模型Petri网)一个流程模型Petri网PN=(P,T,F,C)是一个四元组，满足以下条件：
(1)P是有限库所集，T是有限变迁集；
(2)P≠∅,T≠∅且P∩T=∅；
(3)F=(P×T)∪(T×P)，表示PN的流关系且(P∪T,F)是强连通图；
(4)dom(F)∪cod(F)=P∪T,其中dom(F)={x∈P∪T|∃y∈P∪T,(x,y∈F)}；cod(F)={x∈P∪T|∃y∈P∪T,(y,x)∈F}。
(5)C={and,xor,or}是流程网的结构类型。
可见，网PN=(P,T,F,C)的基本元素集合是P和T,在Petri网中，一般分别使用圆圈和方框来表示。本文用X=P∪T表示所有的节点，用F+表示流关系F的不自反传递闭包。对x∈X,·x={y|y∈P∪T∧(y,x)∈F}表示x的前集，x·={y|y∈P∪T∧(x,y)∈F}表示x的后集。
定义2[8](变迁发生规则)一个四元组PN=(P,T;F,M0)称作Petri网，当且仅当：
(1)N=(P,T,F)为一个网；
(2)M:P→Z·为标识(或状态)函数，M0对于变迁是初始标识；
(3)发生规则：
1)变迁t∈T可以发生，当且仅当对∀s∈·t:M(s)≥1，记作M[t>；
2)在标识M下使能的变迁t发生后，得到一个新的标识M′(记为M[t>M′)，则有，
定义3[9](可达性)设PN=(P,T;F,M)是一个流程模型Petri网。如果存在σ24:abegifhl，使σ24:abegifhl，则称σ24:abegifhl为从σ24:abegifhl直接可达的。如果存在变迁序列σ=
M[t1>M1[t2>M2…Mn-1[t1>Mn
则称Mn为从σ24:abegifhl可达的。从σ24:abegifhl可达的一切标识的集合记为R(M)。约定M∈R(M)。
定义4[10](行为轮廓)在迹语义的基础上，行为轮廓描述了一个网系统的行为特征和变迁的潜在并发顺序。它的定义是在弱序概念的基础上，给出了变迁对之间的依赖关系。
设(N,M0)是一个网，初始标识为M0。对任给的变迁对(t1,t2)∈(T×T)满足下面关系:
(1)若t1>t2且t2≯t1，则称严格序关系，记作t1→t2；
(2)若t1≯t2且t2>t1，则称严格逆序关系，记作t1→-1t2；
(3)若t1≯t2且t2≯t1，则称排他关系，记作t1//t2;
(4)若t1>t2且t2>t1，则称交叉序关系，记作t1×t2；
(5)将所有关系的集合叫作网系统的行为轮廓，记作BP={→,←-1,//,×}
3 基于Petri网的电子支付流程建模优化分析
本文通过某支付平台的电子支付流程的实例，基于Petri网构建了一个源使用流程模型。如图1所示。
图1中，变迁t1(登录)发生，用户下单，进入登录界面。然后t2和t3是排他关系，输入手机号和密码，或者输入邮箱和密码，进行登录验证。如果输入的手机号和密码无误或邮箱和密码无误，则t6发生，登录成功； 如果用户有一项输入错误，则t7发生，登录失败。此时，t8、t9、 t10又是排他关系，用户可通过短信方式、邮箱方式或银行卡方式中的任何一种进行密码修改(t11发生)，修改好密码后可重新登录(t12发生)。随后，用户进行支付(t14发生)，支付方式有两种：用户可选择和银行卡绑定成功的快捷支付，直接付款，完成支付。如果用户没有开通快捷支付，则必须输入支付密码去完成整个支付过程。此时，分为两种情况：如果用户的支付密码输入正确，则付款成功，支付完成。
图1 某支付平台电子支付流程源模型图
而在实际的付款过程中，很多用户常常会忘记自己的密码，从而导致密码输入错误。如果密码输入次数不多(<4次)，则用户可重新输入，直到密码正确，完成支付。但是图1存在如下问题，有的用户因为长时间不用，导致密码输入次数太多(≥4次)，则支付平台会怀疑非本人操作, 为了用户资金安全考虑，立即锁定此页面。因此如何验证为本人操作成为要解决的主要问题。为了优化上述结构，根据支付流程中的活动在执行过程中的行为和相互关系，在图2中增加了一个控制结构，以完善整个支付流程。
图2 某支付平台电子支付流程模型优化图
图2为某支付平台电子支付流程模型优化图，针对图1所出现的问题进行模型优化。在该模型中，如果用户密码输入次数等于或超过4次，则支付平台为了系统安全考虑，对用户锁定；此时可通过指纹识别方式验证自己的身份(t22发生)，也可通过输入手机号，在系统页面填写验证码的方式验证身份(t20、t21发生)，从而让系统识别、完成支付。
4 结束语
本文基于Petri网相关知识构建了某支付平台的电子支付源模型，通过研究分析源模型中存在的问题，利用行为轮廓的三种基本关系，以增加库所和变迁的方式对其优化，优化后的模型更加完整且更符合个别用户的需求。然而，本文所提的方法只适用于一些简单流程模型系统的优化，而如何优化一些复杂匹配关系的模型系统，使其达到最佳的交互能力是未来亟待解决的问题。
