●冯坚福
用自动化理论研究公文流转流程问题
[摘要] 随着网络技术和办公自动化技术的发展，公文流转系统成为电子政务的基础和重要组成部分。但在公文流转系统的流程用户自定义上，存在着两个极端：小型系统的流程定义过于机械，适应性不强；大型系统的流程定义则过于复杂，难于实现。为解决这个矛盾，提高统计部门公文流转系统在流程定义上的灵活性和简单化，本文提出了一个较为实用的研究方法和实现方法，即用有限状态自动机的形式化方法和面向过程的模块化方法相结合来对公文流转流程进行研究。
本文在自动化理论中的有限状态自动机理论基础上，提出“公文流转流程有限状态自动机”的概念。并认为“所有公文处理流程都有一个相应的公文流转流程有限状态自动机”。最后，本文用模块化设计方法结合数据库给出了该自动机的实现方案。
[关键字] 有限状态自动机、公文流转、流程
一、引言
在公文流转系统的流程用户自定义的问题上，通常使用的有两种方法：一是在小型系统中，固定一些常用的流转流程，在进行流程定义时供用户选择；二是在大型系统中，通常使用Petri 网理论来描述，在用户自定义流程时自动产生对应流程模型。这两种方案，对于统计部门来说，都不太实用。前者的灵活性太差，不能适应用户需求的变动。而后者的实现太过于复杂，系统也太过于庞大，不适用于一般的区县和地市级统计部门自行开发。
① 珠海市统计局在今年上半年自行开发了“网站信息采编发系统”，对上网信息的采集、
编辑、发布过程进行自动化管理。在对系统中信息处理流程定义问题的研究中，我们从公文流转系统的角度，权衡上述两种方法的利弊，提出“用有限状态自动机的形式化方法和面向过程的模块化方法相结合”来进行研究。系统的开发结果表明，该方法易于掌握、实现简单、模块化程度高、使用灵活，对区县和地市级统计部门有很好的借鉴意义。
本文的文类流转流程的研究范围为：一篇公文的流转流程。暂时不考虑两篇以上公文的合并流转问题。
二、有限状态自动机的概念
有限状态自动机是自动化理论的重要组成部分，是具有离散输入与输出的系统的一种数学模型。这些系统拥有有限多个内部状态，在整个生命周期中，系统就在这些状态之间转移。在任一时刻，系统处于并且仅仅处于这些内部状态的某一个中。系统的当前状态概括了有关过去所有输入的信息，这些信息对于在后来的输入上确定的系统的行为是必需的。有限状态自动机可以准确地描述一个系统，因为它是表达系统状态变迁的一种形式化方法。
有限状态自动机的应用非常广泛。在计算机科学中，可以找到很多有限状态系统的例子，有限状态自动机理论是设计这些系统的有效工具，如开关线路和编译原理中的词法分析程序。而在现实生活中，也有很多有限状态系统的例子。如电梯的控制机构。
有限状态自动机由五个方面的因素组成：有限个状态、有限个输入、一个初始状态、一个终结状态集合、一个从当前状态转移到另一状态的输入动作。
对于公文流转系统中公文对象，我们认为它有两个最重要的因素：表示特定时刻公文具有某些静态属性的“状态”和表示用户操作并触发公文状态变迁的“动作”。公文的状态和动作分别对应有限状态自动机的状态和输入。
实际上，公文流转流程可以用一个简单的公式来表示：
当前状态 ＋ 动作 => 后继状态
这与有限状态自动机的公式“当前状态＋输入=>下个状态”是一致的。因此，我们可以对现有有限状态自动机的概念进行改造，使之符合公文流转流程的要求。
定义：一个公文流转流程有限状态自动机M 是一个五元组。
M ＝（∑，Q ，q 0，F ，δ）
其中，
（a ）∑是一个公文操作集合。它的每个元素称为可以作用在公文上的“一个”动作。这里的“一个”不仅仅是指一个原子动作，它也包括一个组合动作。所谓“组合动作”，包含了两个以上不同的原子动作，只有当所有原子动作都完成之后，组合动作才算完成。 （b ）Q 是一个有限的公文状态集合。它的每个元素表示公文可以处于的一个状态。 （c ）q 0∈Q ，称为公文的初始状态。初态有且仅有一个，表示刚创建的公文处于该状态。 （d ）F 是Q 的子集，称为终结状态集合。该集合不一定非空。当其为空时，表示公文永远处于流转过程中。状态处于终结状态的公文被认为已经结束其流转流程。
（e ）δ是一个从Q ×∑到Q 的单值映射，即状态转换规则集：
δ（q1，a ）＝ q2 （q1，q2∈Q ； a ∈∑）
表示当前状态为q1，用户进行a 操作时，自动机将转到下一状态q2。q1称为q2的前驱，q2称为q1的后继。转换规则集可以用转换矩阵或转换图来表示。在状态转换图中，通常用结点表示状态，用带标记的有向弧表示动作。
三、流程与自动机的对应关系 ②
在实际的公文流转流程与有限状态自动机M 的对应关系上，我们认为：所有公文处理流程都有一个相应的公文流转流程有限状态自动机。
证明的基本思路是从实际的公文流转流程出发，将流程中的状态集合与自动机M 的状态集合Q 对应，流程中的动作集合与自动机M 的操作集合∑对应。然后根据公文状态变迁的实际情况，构造自动机M 的单值映射函数δ。
我们将常见的公文流转流程结构进行分类。主要有以下几类：
（a ）
（b ）
（c ）
（d ）
（a ）顺序结构：文章从一个状态经过一个动作后转换到另外一个状态。顺序结构是公文流转流程中的最基本结构。
（b ）选择结构：文章处于某种状态时，可以有几个后续动作供选择，用户执行其中一个动作，将文章转换到相应的后继状态。这种结构也称为异或结构或冲突，具有一定的随意性和不确定性。例如，一篇文章录入后，用户可以选择继续编辑，也可以选择审核发布。
（c ）循环结构：文章处于某种状态时，用户对其的操作可以重复多次，而文章的状态不变。例如，用户对处于编辑状态的文章，可以多次调用编辑模块对其进行修改。
（d ）并行结构：文章从一个状态经过几个并行执行的动作后转换到另外一个状态。这些并行执行的动作之间没有任何依赖关系。例如，多个部门对文章进行并行审核。
对于（a ）（b ）（c ）三种流程结构，有限状态自动机有相应的顺序、选择、循环结构。
③而且可以机械地进行对应。下面主要讨论（d ）并行结构在有限状态自动机中的对应结构。
在自动机中，文章在某个时刻只能处于一个状态之中；而在并行结构中，文章在部分原子动作完成之后并不是直接转换为另一个状态，而是停留在原状态，等待其他原子动作的完成，但它又不能简单地对应为循环结构。
我们构建了两种方法进行对应：
1．创建中间状态。
该方法将原有的两个状态之间添加一些中间状态，这些中间状态只起到控制动作的作用，而不对文章的属性和其他状态发生影响。但由于中间状态的数目N 与原来两个状态之间并行动作的数目n 有一定的数量关系：N ＝n ×（n －1），这种方法比较适用于并行动作数目n 比较少的情况。
（1）
（2）
（4） （3）
如上图所示，（1）和（2）分别是有3个和2个并行动作的并行结构，在分别引入6个中间状态和2个中间状态后，转换为顺序结构和选择结构混合的状态转换图（3）和（4）。
这种对应转换关系比较简单，但对于并行动作比较多的情况下，会发生中间状态“爆炸”的极端情况。因此，我们在“网络信息采编发系统”中，采用了下面的解决办法。
2．引入组合动作的概念。
组合动作是一个虚拟的动作，它由两个以上相互独立的原子动作组成。组合动作完成的标志是该组合动作中的所有原子动作都完成。引入组合动作的概念后，并行结构可以被转换为顺序结构，有限状态自动机可以用类似处理顺序结构的方法处理。
由于以上四种流程结构基本囊括了一篇公文的流转过程，而公文流转流程有限状态自动机M 对其都有相应的处理。因此，我们认为：所有公文处理流程都有一个相应的公文流转流程有限状态自动机。
四、有限状态自动机的实现
前面提到，有限状态自动机涉及到五个重要因素。这五个因素中，归结起来有两个最重要的因素就是：状态和动作。因此，有限状态自动机的实现，实际上是对状态及动作和他们之间关系的实现过程。
首先，我们用数据库表来表示公文流转流程有限状态自动机的定义。
因为文章的流程可以被用户自定义，而一种流程可以被多个文章共用。因此，我们将具有相同处理流程的文章的集合称为“文章类型”，简称为“文类”。每个文类都有一个用户可以自定义的流转流程。创建以下数据库表：
（1）状态表：用于标识不同的文章状态，字段集为：{状态代码，状态名称}。
（2）动作表：用于标识不同的用户动作，字段集为：{动作代码，动作名称，处理模块，模块参数，动作类型}。“动作类型”字段表示动作是组合动作还是原子动作。
（3）组合动作表：表示组合动作的组成，字段集为：{组合动作代码，原子动作代码}。其中组合动作代码和原子动作代码的外键都是动作表中的动作代码，前者是动作类型为组合动作的动作代码，后者是动作类型为原子动作的动作代码。
（4）文类流程表：表示文类的处理流程，字段集为：{文类代码，当前状态代码，动作代码，后继状态代码}。此表的每条记录，描述了一个状态转换规则δ。
（5）已完成动作表：记录一篇文章的动作完成情况，字段集为：{文章代码，组合动作代码，子动作代码}。该表主要用于与组合动作表结合对组合动作完成与否进行检验。
在该数据库表设计的基础上，我们可以把公文流转流程有限状态自动机的状态转换图转换为数据库记录。其基本思路为：
（1）状态转换图中的每个状态对应“状态表”的一条记录。
（2）状态转换图中的每个动作对应“动作表”的一条记录。如果是组合动作，则在“组合动作表”中添加该组合动作的组成。
（3）状态转换图中的每个状态转换规则对应“文类流程表”的一条记录。并行结构的状态转换规则，只需添加组合动作对应的记录，而不必添加其子动作的记录。
至此，有限状态自动机已经用数据库明确地表示出来了。下面，我们将用模块化设计方法来实现该自动机的运转。模块化的目的是将动作的处理进行封装和独立化，使得用户定义的流程可以随时随地进行动作的调用，从而用户可以进行灵活的流程设计。
模块化的基本思路是：将每个原子动作的处理放在一个独立的模块（Java 类或JSP 页面）中，模块的入口参数必须包含文章代码，同时不能包括与请求页面有关的参数。其实，不管模块化工作是将处理封装在JSP 页面还是在Java 类中，在公文流转系统（假设系统实现采用完全的B/S结构）中的调用都需要用JSP 页面。因此，在“动作表”中，“处理模块”字段就是该JSP 页面的URL ，“模块参数”中给出模块的形式参数名。
任何一篇文章，系统通过检测其当前状态和所属文类的流程，得出给文章目前可以施于的动作。然后从“动作表”中检索出动作对应的URL 和参数名，辅以真实参数，自动地形成一个超级链接。
对于所有的组合动作，系统需要建立一个模块。该模块对“组合动作表”和“已完成动作表”进行关联检索，对照检查文章的组合动作是否完成，即原子动作是否都已经完成。如果没有，则在用户界面上添加未完成的原子动作的名称，并自动给出其对应的处理URL ，形成超级链接。当原子动作完成后，自动检测对应的组合动作是否完成。如果已经完成，则根据该文章所属文类流程修改文章状态。
至此，用户只需要对文类流程进行定义，系统就可以通过模块化的设计自动产生文章的下一步被允许的操作。从而实现了流程的自动化管理。
五、评价：
在数据库和模块化方法实现有限状态自动机的运转之后，用户就可以非常方便地按照系统已经实现的动作和状态来组合成不同的公文流转流程。例如：有些文类需要多级多重审核，有些文类在录入完毕之后直接发布，有些文类可能需要不断的审核和修改，有些文类发布后不允许再次修改，┅。这些五花八门的处理流程完全可以在不修改系统源代码的情况下来实现。这就提高了系统的灵活性和可适应性。
其实，这是因为有限状态自动机采用了一种简单的格式来描述公文流转流程：“当前状态 ＋ 动作 => 后继状态”。这种形式化的公文流转流程易于书写、易于验证，而且可以比较容易地把它转换为数据库表的记录。同时，模块化的设计让动作处理可以随时随地地调用。
这种设计的最大优点是适应性强，在不改变程序源代码的前提下，它几乎可以适应用户对单篇文章流转流程的一切变动要求。但是，它在并行结构的处理上存在一个缺陷，就是部分原子动作完成即组合动作完成的问题。这将在以后研究中进行解决。
注释：
①信息：本文对公文、文章、信息的含义区分要求不严格，因为它们都是在“网站信息采编发系统”处理的对象。为了叙述的方便，文章对这几个词有时会相互代替。
②流程与自动机：在本文的第三节及以后部分，为简便起见，除非特殊声明，“流程”指的是公文流转流程，“自动机”和“有限状态自动机”都是公文流转流程有限状态自动机的简称。
③并行结构与有限状态自动机对应：在Petri 网技术中，并行结构能够更有效地得到处理。但在本文中，我们希望能在中小型自动化系统中用有限状态自动机技术进行处理。
参考文献：
1．《编译程序设计原理》 杜淑敏 王永宁 编著 北京大学出版社 1990年11月版
2．《软件工程导论(第四版) 》 张海藩 编著 清华大学出版社 2003年12月版
3．《系统分析师教程》 罗晓沛 侯炳辉 主编 清华大学出版社 2003年6月版
(作者单位：珠海市统计局计算中心 邮政编码：519009)