Nghiên cứu kỹ thuật khai phá quy trình và ứng dụng phân tích quy trình chăm sóc sức khỏe tại bệnh viện

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM NGUYỄN THANH LINH NGHIÊN CỨU KỸ THUẬT KHAI PHÁ QUY TRÌNH VÀ ỨNG DỤNG PHÂN TÍCH QUY TRÌNH CHĂM SÓC SỨC KHỎE TẠI BỆNH VIỆN LUẬN VĂN THẠC SĨ NGÀNH HỆ THỐNG THÔNG TIN Đà Nẵng - Năm 2018 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM NGUYỄN THANH LINH NGHIÊN CỨU KỸ THUẬT KHAI PHÁ QUY TRÌNH VÀ ỨNG DỤNG PHÂN TÍCH QUY TRÌNH CHĂM SÓC SỨC KHỎE TẠI BỆNH VIỆN Chuyên ngành: Hệ thống thông tin Mã số: 8480104 LUẬN VĂN THẠC SĨ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS Phạm Anh Phương Đà Nẵng - Năm 2018 I LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn nghiên cứu kỹ thuật khai phá quy trình ứng dụng phân tích quy trình chăm sóc sức khỏe Bệnh viện thực hướng dẫn TS Phạm Anh Phương Tất tài liệu tham khảo từ nghiên cứu liên quan đến luận văn nêu nguồn gốc cách rõ ràng từ danh mục tài liệu tham khảo Trong luận văn khơng có việc chép tài liệu cơng trình nghiên cứu người khác mà khơng ghi rõ tài liệu tham khảo Mọi chép không hợp lệ, vi phạm quy chế đào tạo, xin chịu hoàn toàn trách nhiệm TÁC GIẢ Nguyễn Thanh Linh II LỜI CẢM ƠN Trước tiên, xin gửi lời cảm ơn đến quý thầy cô giáo, người trực tiếp giảng dạy, truyền đạt cho kiến thức quý giá suốt trình học tập khoa Tin học, trường Đại học Sư Phạm, Đại học Đà Nẵng Xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến TS Phạm Anh Phương, người trực tiếp hướng dẫn giúp tơi hồn thành tốt luận văn Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn chân thành đến gia đình, bạn bè đồng nghiệp người kịp thời động viên, hỗ trợ, tạo điều kiện thuận lợi vật chất tinh thần để tơi có thành ngày hôm Đà Nẵng, tháng 10 năm 2018 Nguyễn Thanh Linh III MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN I LỜI CẢM ƠN II MỤC LỤC III DANH MỤC VIẾT TẮT VII DANH MỤC CÁC BẢNG X DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH XI MỞ ĐẦU 1 Lý chọn đề tài Mục đích ý nghĩa đề tài 3 Mục tiêu đề tài Đối tượng phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Kết dự kiến Bố cục luận văn CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ KHAI PHÁ QUY TRÌNH 1.1 Giới thiệu chung khai phá quy trình 1.2 Mơ hình quy trình phân tích mơ hình theo quy trình 1.2.1.Mơ hình hóa quy trình 1.2.2.Một số ngôn ngữ mơ hình quy trình 1.2.3 Mạng Petri 1.2.4 Mạng Workflow 1.3 Phân tích quy trình dựa mơ hình 1.3.1 Phân tích quy trình 1.3.2 Kiểm tra quy trình IV 1.3.3 Phân tích hiệu 1.3.4 Giới hạn phân tích quy trình mơ hình 1.3.5 Các thao tác nhật ký kiện mơ hình quy trình 10 1.4 Bài toán phát quy trình 11 1.4.1 Nhật ký kiện 11 1.4.2 Phát quy trình 13 1.5 Kiểm tra phù hợp 16 1.5.1 Bài toán kiểm tra phù hợp 16 1.5.2 Kiểm tra phù hợp theo trường hợp replay 17 1.5.3 Kiểm tra phù hợp theo so sánh vết 19 1.5.4 Ứng dụng khác kiểm tra phù hợp 20 1.6 Mở rộng quy trình 21 1.6.1 Thêm quan điểm tổ chức 23 1.6.2.Thêm quan điểm thời gian xác suất 26 1.6.3 Thêm quan điểm trường hợp 27 1.7 Kết luận chương 28 CHƯƠNG II MỘT SỐ THUẬT TỐN KHAI PHÁ QUY TRÌNH 29 2.1 Thuật toán alpha 29 2.1.1 Đầu vào thuật toán 29 2.1.2 Thuật toán 30 2.1.3 Ý tưởng thuật toán Alpha 32 2.14 Giới hạn thuật toán Alpha 33 2.2 Thuật tốn khai phá quy trình Heuristic (HM) 36 2.2.1 Đầu vào đầu thuật toán 37 2.2.2 Thuật toán khai phá quy trình Heuristic 38 2.2.3 Kết luận thuật tốn khai phá quy trình Heuristic 50 2.2.4 Thuật toán khai phá quy trình di truyền (GPM) 50 V 2.2.5 Thuật toán di truyền (GA) 51 2.2.6 Khởi tạo 52 2.2.7 Lựa chọn 52 2.2.8 Tái sản xuất (sinh sản) 53 2.2.9 Kết thúc 53 2.2.10 Một số lựa chọn thiết kế cần thực 53 2.2.11 Kết luận thuật tốn khai phá quy trình di truyền 57 2.3 Kết luận chương 58 CHƯƠNG III ỨNG DỤNG PHÂN TÍCH QUY TRÌNH CHĂM SÓC SỨC KHỎE TẠI BỆNH VIỆN 59 3.1 Bài tốn khai phá quy trình phân tích quy trình chăm sóc sức khỏa bệnh viện 59 3.1.1 Đầu vào toán 59 3.1.2 Đầu toán 60 3.1.3 Hướng giải toán 61 3.2 Cơng cụ khai phá quy trình ProM 61 3.2.1.Giới thiệu chung cơng cụ khai phá quy trình ProM 61 3.2.2 Các chức công cụ khai phá quy trình ProM 62 3.3 Thực nghiệm khai phá quy trình chăm sóc sức khỏe bệnh viện 69 3.3.1 Khai phá quy trình chăm sóc sức khỏe thuật tốn Alpha 77 3.3.2 Khai phá quy trình chăm sóc sức khỏe thuật tốn Heuristic minin 78 3.3.3 Khai phá quy trình chăm sóc sức khỏe thuật tốn khai phá quy trình di truyền 81 3.4 Kết luận chương ba 85 KẾT LUẬN 86 TÀI LIỆU THAM KHẢO 79 VI VII VIII DANH MỤC VIẾT TẮT Ký hiệu, chữ viết tắt Giải thích BPM Business Process Management (Quản lý quy trình bán hàng) BPMN C-net CRM DG EmiT EPC ERP FHM GPM HM MXML PNML SCM SWF-net WFM Business Process Modeling Notation (Ký hiệu Mơ hình hóa quy trình nghiệp vụ) Causal Net (lưới nguyên nhân) Customer Relationship Management (Quản lý quan hệ khách hàng) Dependency Graph (Biểu đồ phụ thuộc) Enhanced Mining Tool (Công cụ khai phá nâng cao) Event-driven Process Chain (Chuỗi quy trình theo hướng kiện) Enterprise Resource Planning (Lập kế hoạch) Flexible Heuristics Miner (linh động thuật toán Heuristics Miner) Genetic Process Mining (khai phá quy trình di truyền) Heuristics Miner(thuật tốn Heuristics Miner) Mining eXtensible Markup Language Khai phá ngôn ngữ đánh dấu eXtensible Petri Net Markup Language (Ngôn ngữ đánh dấu Petri Net) Software Configuration Management (Quản lý cấu hình phần mềm) Structured Workflow Net (lưới quy trình làm việc) Workflow management (Quản lý cơng việc) 74 Hình 3.17: Một cá thể có độ phù hợp gần Hình 3.18: Một cá thể có độ phù hợp thấp Đánh giá thuật toán Sau thực nghiệm thuật toán Alpha, Heuristic GPM với ghi kiện LFull khơng có kiện lỗi tồn kiện lỗi Tôi đến nhận định sau: 75 Bảng 3.2: So sánh, đánh giá thuật toán thực nghiệm Thuật tốn Alpha Heuristic mining Genetic process mining Tiêu chí Nhanh Nhanh Chậm tùy thuộc vài thông số tùy chỉnh Thông số cao thời gian thực Thời gian thực lâu - Mơ hình có từ - Mơ hình có từ Các cá thể mơ hình ghi tốt cho độ phù ghi tốt, không lỗi quần thể kết cho độ phù hợp cao có độ phù hợp cao hợp cao - Mơ hình từ ghi - Độ phù hợp mơ Độ phù hợp tồn lỗi có độ phù hình từ ghi có vết mơ hình hợp bị sụt giảm nhiều kiện lỗi bị giảm sút kết - Mơ hình từ ghi có hoạt động trùng lặp Ưu điểm Khuyết điểm có đồ phù hợp thấp - Phát nhanh - Thực nhanh, - Phát tốt, cho kết thuật toán đơn giản không tốn nhiều thời phù hợp cao - Bản ghi đầu vào tốt gian thuật tốn ghi khơng bị lỗi ghi cho kết tốt khơng phức tạp có lỗi, kiện - Phát tốt trùng lặp ghi khơng có lỗi có vết - Cho phép tùy chỉnh linh kiện lỗi hoạt thông số để đạt hiệu phát quy trình cao Xử lý vết lỗi Xử lý kiện trùng -Thời gian thực kiện không tốt dẫn lặp không tốt Mơ lâu thuật tốn đến mơ hình kết hình kết với phức tạp có chất lượng thấp/ ghi có lỗi có độ phù hợp bị giảm sút nhiều 76 Theo bảng trên, ta thấy rằng, thuật toán Alpha HM thực nhanh nhiều so với thuật toán GPM Nhưng xét chất lượng kết đầu - độ phù hợp mơ hình kết - thuật tốn GPM cho kết tốt Hai biểu đồ sau hình 3.20 thể cách trực quan nhận định trên: Biểu đồ thời gian thực ba thuật toán (đơn vị: giây) Biểu đồ độ phù hợp mơ hình kết ba trường hợp (đơn vị: %) Hình 3.19: So sánh thời gian thực độ phù hợp mơ hình kết ba thuật tốn Alpha, HM, GPM Nhìn vào hình 3.20, ta thấy được, tốn nhiều thời gian thuật toán GPM đối phó tốt với vấn đề kiện lỗi hoạt động trùng lặp Việc xây khai phá mơ hình quy trình tùy thuộc vào nhu cầu thực tế chất lượng ghi kiện đầu vào Nếu mơ hình đơn giản, ghi kiện có chất lượng cao sử dụng thuật tốn Alpha HM cho hiệu thời gian chất lượng cao Mặc khác, mơ hình tương đối phức tạp ghi kiện có chất lượng khơng cao, thuật tốn GPM trả kết tối ưu Trong phần lớn trường hợp khai phá quy trình, độ phù hợp tiêu xem trọng thời gian tiêu tốn cho khai phá không nhiều nhờ vào hiệu xử lý hệ thống thông tin 77 3.4 Kết luận chương ba Trong chương luận văn giới thiệu cách tổng quan cơng cụ khai phá quy trình ProM Qua sử dụng cơng cụ thuật tốn khai phá quy trình trình bày chương hai, để ứng dụng khai phá quy trình phân tích quy trình chăm sóc sức khỏe Bệnh viện Thơng qua kết khai phá minh họa rõ thuật tốn khai phá quy trình trình bày chương hai góp phần đánh giá ưu nhược điểm thuật tốn khai phá quy trình Đối với ghi đầy đủ, không chứa kiện lỗi thuật tốn cho kết khai phá tốt Đối với ghi có kiện lỗi, thuật toán Alpha bị ảnh hưởng nhiều nhất, thuật toán HM xử lý tốt chưa triệt để vấn đề trùng lặp, thuật toán GPM giải vấn đề cách hiệu 78 KẾT LUẬN KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC Luận văn tập trung giới thiệu cách tổng quan khai phá quy trình nghiệp vụ, giúp người đọc nắm ý tưởng, mục đích, tốn khai phá quy trình Trong đó, luận văn tập trung tìm hiểu kỹ quan điểm điều khiển luồng quy trình cách giới thiệu ba thuật tốn khai phá quy trình, qua đánh giá ưu nhược điểm thuật toán Trên sở thuật tốn trình bày, luận văn tiến hành minh họa ứng dụng khai phá quy trình nghiệp vụ cách sử dụng liệu ghi mô tả, mô qua phần mềm ProM quy trình chăm sóc sức khỏe bệnh viện Thông qua kết khai phá, luận văn minh họa rõ thuật toán khai phá quy trình trình bày chương hai góp phần đánh giá ưu nhược điểm thuật toán khai phá quy trình HẠN CHẾ Trong khn khổ trình bày luận văn, kỹ thuật phát quy trình kiểm tra phù hợp chưa trình bày chi tiết Bên cạnh đó, luận văn nghiên cứu số thuật tốn phát quy trình Luận văn nghiên cứu thuật toán liên quan đến quan điểm điều khiển luồng Các quan điểm khác quan điểm tổ chức quan điểm trường hợp chưa nghiên cứu kỹ, ứng dụng chương trình mang tính chất minh họa, chưa sâu vào thực tế HƯỚNG PHÁT TRIỂN Qua đạt hạn chế cịn tồn Và bên cạnh ý nghĩa thực tế khai phá quy trình, luận văn số hướng mở để phát triển đề tài như: - Tiếp tục tìm hiểu số thuật tốn phát quy trình khai phá theo vùng (Region-Based Mining) - Tiếp tục tìm hiểu số thuật tốn liên quan đến quan điểm tổ chức quan điểm trường hợp kết hợp với thuật tốn điều khiển luồng để hồn thiện quy trình với cấu trúc tổ chức cụ thể áp dụng vào thực tế tương lai không xa 79 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt: [1] Giáo trình khai phá quy trình, PGS.TS Hà Quang Thụy Đại học Quốc gia Hà Nội [2] Giáo trình khai phá liệu, TS Nguyễn Trần Quốc Vinh Đại học Sư Phạm Đà Nẵng Tiếng Anh: [3] A.J.M.M Weijters, J.T.S Ribeiro (2011), "Flexible Heuristics Miner (FHM)", CIDMIEEE, pp 310-317 [4] A.J.M.M Weijters, W van der Aalst, A de Medeiros (2006), "Process Mining with the Heuristics Miner Algorithm", Beta Working Paper, WP 166 [5] K A de Medeiros, A.J.M.M Weijters, and W.M.P van der Aalst (2007) “Genetic Process Mining: An Experimental Evaluation” Data Mining and Knowledge Discovery, 14(2), pp 245–304 [6] K A de Medeiros (2006), Genetic Process Mining, Eindhoven University of Technology [7] K A de Medeiros, A.J.M.M Ton Weijters (2009), ProM Framework Tutorial, Technische Universiteit Eindhoven, The Netherlands [8] Rozinat, I.S.M de Jong, C.W Gunther, W.M.P van der Aalst (2007), "Process Mining of Test Processes A Case Study", BETA publicatie: working papers, No 220 Eindhoven: Technische Universiteit Eindhoven, pp 36 [9] B.F van Dongen, A.K.A de Medeiros, H.M.W Verbeek, A.J.M.M Weijters, and W.M.P van der Aalst (2005), "The ProM framework: A new era in process mining tool support", Lecture Notes in Computer Science, Vol 3536, pp 444-454 Springer Verlag [10] Tadao Murata (4/1989); "Petri Nets: Properties, Analysis and Applications"; Proceedings of the IEEE, vol 77, no 4, pp 541-580 80 [11] W.M.P van der Aalst, A.J.M M Weijters, L Maruster (9/2004), "Workflow mining: Discovering process models from event logs” IEEE Transactions on Knowledge and Data Engineering, pp 1128– 1142 [12] W.M.P van der Aalst (1998), "The Application of Petri Nets to Workflow Management", The Journal of Circuits, Systems and Computers, Vol 8, No 1, pp 21- 66 [13] W.M.P van der Aalst (2011), Process Mining: Discovery, Conformance and Enhancement of Business Processes, Springer - Verlag, Berlin [14] W.M.P van der Aalst, A.J.M.M Weijters, and L Maruster (2004), "Workflow Mining: Discovering process models from event logs", Knowledge and Data Engineering, Volume 16 Issue 9, pp 1128 – 1142 [15] W.M.P van der Aalst, van Dongen, B F., Herbst, J., Maruster, L., Schimm, G., and Weijters, A J M M (2003); "Workflow mining: A survey of issues and approaches".Data Knowl Eng 47, , pp 237– 267 [16] website : học trực tuyến (english) https://www.futurelearn.com [17] website : trang chủ phần mềm ProM http://www.promtools.org ... đích Nghiên cứu kỹ thuật khai phá quy trình, nắm đặc điểm, đặc trưng kỹ thuật Nghiên cứu thuật toán sử dụng kỹ thuật khai phá quy trình 2.2 Ý nghĩa đề tài Nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật khai phá quy. .. cụ khai phá quy trình ProM 61 3.2.2 Các chức công cụ khai phá quy trình ProM 62 3.3 Thực nghiệm khai phá quy trình chăm sóc sức khỏe bệnh viện 69 3.3.1 Khai phá quy trình chăm sóc sức. .. thuật khai phá quy trình thực tế Thơng qua tốn chăm sóc sức khỏe y tế bệnh viện Đối tượng phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu - Kỹ thuật khai phá quy trình - Các thuật tốn khai phá quy trình