基于模式的知识流网络设计方法

专利名称：基于模式的知识流网络设计方法
技术领域：
本发明涉及计算机技术领域，特别涉及知识管理和知识流领域的基于模式的知识流网络设计方法。
背景技术：
有效的知识管理能够提高知识密集型协同团队的生产力和创造力。相关研究表明组织中知识的传播效率比组织中知识的存储量对组织影响更大，以过程为中心的知识管理方法比以人为中心的知识管理方法更有效。目前以过程为中心的知识管理方法还很少，一个知识流网络反映的是一个协同团队中知识的传播顺序，它试图通过像工作流这样以过程为中心的方法来形式化、优化团队的知识管理，帮助团队实现有效的知识管理。
知识流网络由知识节点和知识流两类元素组成，知识节点可以是组织成员或角色，知识流表示知识在知识节点之间的传递，知识流总是起始并终止于知识节点。到目前为止还没有能支持组织中知识流网络的设计，为协同工作过程提供及时有效的知识的方法。本发明是基于模式的知识流网络设计方法，这种方法以知识流网络设计模式为基础分析和设计知识流网络，能高效地设计出可靠、可复用、易理解、正确有效的知识流网络来支持组织中的知识管理。

发明内容
本发明的目的在于提供一种以知识流网络设计模式为基础的知识流网络设计方法，用以帮助组织实现有效的知识管理。
本方法主要包括以下几方面以知识流网络设计模式作为分析和设计知识流网络的基本单元，通过利用已有的模式来提高设计效率并增强知识流网络的可靠性和易理解性；通过集成几个已有的知识流网络来构造新的知识流网络，以加速新知识流网络的设计；通过自顶向下逐步细化和分层设计，将大而复杂的知识流网络的设计分解为若干小而简单的知识流网络组件的设计，通过组件集成来构造知识流网络，以降低设计难度，提高知识流网络设计的可复用性和易维护性。
考查知识节点的知识势能作为衡量知识流网络效率的途径，知识势能反映了与该节点对应的组织成员拥有知识的程度，设计知识流网络时保证知识流从势能高的节点流向势能低的节点，以避免无效的知识传递；提供智能设计检测和知识流网络验证功能，设计过程中可以随时校验知识流网络是否正确，通过反复验证和修改最终能设计出正确、有效的知识流网络。
提供层次结构和图形逻辑两种知识流网络表示方法，前者描述知识流网络的层次结构，后者描述同层的节点之间、知识流之间及节点和知识流之间的逻辑关系，两种表示方式结合起来共同描述知识流网络，不但直观而且便于操作；知识流网络有KFN(Knowledge Flow Network，知识流网络)图和XML(可扩展标记语言)两种存储方式，前者存储节点和知识流的属性信息及他们之间的逻辑关系，可直接恢复为知识流网络的两种表示，以便继续设计和修改，后者以XML文件的形式存储知识流网络，使其具有跨平台性，也利于检索和供人员阅读。
发明技术方案本发明是基于模式的知识流网络设计方法。本方法首先分析协同工作过程并部署初始知识流网络，然后细化知识流网络，从组件库中搜索所需知识流网络组件，设计其它所需组件并将其加入组件库，集成所选知识流网络组件形成最终的知识流网络，按自顶向下的顺序指定每个节点和知识流的属性值，最后验证并修改知识流网络。
本方案包括如下几个技术特征1.一个基本的知识流网络设计模式是一类知识流网络的抽象。以知识流网络设计模式作为分析和设计知识流网络的基本单位，从而简单方便地重复使用已有的成功设计。抽象出普遍存在且具有代表性的知识流网络设计模式供设计人员使用，设计人员以这些定义良好且易理解的模式为基础分析和设计知识流网络，不但能提高设计效率，增强知识流网络的可靠性，而且也易于设计人员之间的理解。
2.一个组织的协同工作过程往往较复杂，与其对应的知识流网络必然也是大而复杂的。为此将知识流网络分成一系列可先行实现，易于设计、理解和调整的知识流网络组件。本发明给出了知识流网络组件及其完整性、正确性和有效性的定义。通过自顶向下逐步细化和分层设计将规模大、结构复杂的知识流网络的设计分解为若干规模较小、结构较简单的知识流网络组件的设计，并优先集成已有的知识流网络组件构造知识流网络，这种解决方案不但能降低设计难度和复杂度，而且能增强设计的可复用性和易维护性。
3.知识流网络设计标准的选择直接影响到所设计知识流网络的质量。知识势能是节点知识的量化结果，它反映与该节点对应的团队成员拥有知识的程度，决定该成员在知识流网络中的“等级”，因此可以作为设计知识流网络的标准。本发明给出知识势能的计算方法及以势能为基础的知识流网络的设计原则和验证方法，来避免无效的知识传递、提高团队内知识流动的效率。
4.知识流网络的图形逻辑表示和层次结构表示共同来描述一个知识流网络。前者以有向图的方式描述知识流网络节点表示知识节点或知识流网络组件，有向弧表示知识流，节点和知识流的属性以及各元素之间的逻辑关系在有向图中加以指定和展示，适合通过计算机编程以拖拉做图方式实现；后者以可扩展树状结构描述知识流网络的层次关系，非叶节点细化为由其子节点构成的知识流网络。两种表示的节点之间存在一一对应的关系。
5.每个知识流网络都有KFN图和XML两种存储方式，前者可恢复为知识流网络的图形逻辑表示和层次结构表示，以便继续设计和修改；后者使其具有跨平台特性，也便于人员的阅读和理解。
6.为了保证知识流网络正确、有效，提供了智能设计和检测及知识流网络验证功能。前者根据知识流网络的图形逻辑表示自动生成其层次结构表示并取消会导致错误的设计操作；后者以节点知识势能为基础结合知识流网络的逻辑关系验证知识流网络，帮助设计人员修改并优化知识流网络，经过反复验证和修改最终能设计出正确和高效的知识流网络。


图1是本发明的实现原理图。
图2是“顺序”知识流网络设计模式示意图。
图3是“广播”知识流网络设计模式示意图。
图4是“网状”知识流网络设计模式示意图。
图5是“资源-媒介”知识流网络设计模式示意图。
图6是“Split-Join”知识流网络设计模式示意图。
图7是知识流组件细化实例图。
图8是本发明的知识流网络设计过程流程图。
具体实施例方式
本发明以知识流网络设计模式和知识流网络组件为基础，自顶向下逐步细化、分层设计知识流网络。
图1是本发明的实现原理图，主要由三部分构成左侧的层次结构显示部件、右侧的图形逻辑显示部件和底部的验证结果显示部件。
模型的主要设计工作在图形逻辑显示部件中完成，通过在其中拖拉鼠标做图来定义一个知识流网络。在该部件中一个知识流网络是一个有向图，节点表示知识流网络组件或知识节点，有向弧表示知识流。其中的知识流网络组件被进一步细化为一个子知识流网络。图1的图形逻辑显示部件中显示的顶层知识流网络km包含八个节点，其中，节点C2和C3表示知识流网络组件，分别被进一步细化设计为km-team1和km-team2两个子知识流网络，其它节点是知识节点。双击该部件中的节点或有向弧并填写相应对话框来指定知识节点或知识流的属性，其中所包括的知识势能，它是衡量知识流网络是否有效的基础。层次结构显示部件中是知识流网络的树状可扩展层次结构表示，它表示知识流网络的层次关系，即，非叶节点表示由其子节点和子节点之间的知识流构成的知识流网络。图1左侧的层次结构表示中的根节点km表示由其子节点K1，C2，C3，K4，K5和K6及它们之间的知识流构成的知识流网络，非叶节点C2(km-team1)表示由其子节点K2.1，K2.2……K2.6和它们之间的知识流构成的子知识流网络，而非叶节点C3(km-team2)则表示由其子节点K3.1，K3.2……K3.6和它们之间的知识流构成的子知识流网络。层次结构表示中除根节点外，其它节点和图形逻辑表示中节点之间存在一一对应的关系。设计过程中的任意时刻都可以对知识流网络进行验证，验证结果在验证结果显示部件中给出。
下面是几项相关内容的介绍1.节点的知识势能节点的知识势能及知识势能的动态变化反映了相应的组织成员的理解力和创造力，决定了该节点在知识流网络中的“等级”，因此可以作为设计知识流网络的标准。势能是一个0到1的数，随时间的推移而不同。势能的变化能通过其势能初值、学习能力参数和前驱节点的势能值计算得出。一个知识流网络是有效的当且仅当它所包含的每个知识流都是从势能高的节点流向势能低的节点。设计知识流网络时遵循知识传递只能发生在存在势能差的节点之间，且知识总是从势能高的节点流向势能低的节点的原则。本发明按照这种原则设计知识流网络来保证知识的有效传递，避免无效的知识传递。
2.知识流网络设计模式一个知识流网络设计模式是一类知识流网络的抽象，是知识流网络中普遍存在且具代表性的结构。使用定义良好且易理解的知识流网络设计模式不但能提高设计效率、增强所设计知识流网络的可靠性，而且有助于设计者之间的理解。
1)“顺序”模式该模式的结构是线性的，除了起始节点和终止节点外，每个节点都有且仅有一个前驱节点和一个后继节点。每个节点的势能都低于其前驱节点并高于其后继节点。图2是一个“顺序”模式的实例，节点的知识势能是按A、B、C、D的顺序递减的。
2)“广播”模式该模式的结构类似于树状结构，图3是一个“广播”模式的例子，其中根节点A的势能应该高于其它所有节点的。
3)“网状”模式该模式中的每个节点都可由其它节点通过一条由节点和有向弧构成的路径到达，其特征是端对端的，图4(a)是网状模式的一个例子，而图4(b)所示的环状模式是网状模式的一种特例，其每个节点都只有唯一的入弧和唯一的出弧。
4)“资源-媒介”模式该模式中的知识节点之间没有直接的知识流，任何知识流都发生在知识节点和资源节点之间，资源可以是黑板、知识库、数据表格、任何形式的文件，甚至可以是软件设备。图5是本模式的一个例子，其中环状节点表示资源节点，矩形节点表示知识节点，向下的箭头表示写一类的知识流，向上的箭头表示读一类的知识流。知识节点之间的知识流(图中用虚线表示)可由知识节点和资源节点之间的知识流推得，例如，从知识节点A到知识节点B的知识流(用A→B表示)可由A→Resource1和Resource1→B推得。
5)“Split-join”模式该模式由一个起始节点，一个终止节点和一个“黑盒子”构成。起始节点有多个存在关系CON1的输出知识流；终止节点有多个存在关系CON2的输入知识流；“黑盒子”接收初始节点的输出知识流作为自己的输入知识流，并将自己的输出知识流发送到终止节点作为其输入知识流。
图6是该模式的一个示意图，这里的“黑盒子”是指除其输入知识流和输出知识流外，其内部结构不需要了解的知识流网络，也就是说其内部结构可以实例化为任何结构的知识流网络。要保证“Split-join”模式在逻辑上一致CON1和CON2必需符合如下规则规则1如果CON1＝’and-split’那么CON2＝’and-join’或’or-join’；规则2如果CON1＝’or-split’那么CON2＝’or-join’；规则3如果CON1＝’xor-split’那么CON2＝’xor-join’或CON2＝’or-join’；规则4如果CON1＝’and-join’那么CON2＝’and-split’。
图1所示的知识流网络可以看作是一个包含节点K1、C2、C3、K4、K5的“split-join”模式实例和一个包含节点K5、K6、K7的“广播”模式实例构成的。知识流网络设计中使用设计模式，可以简单的重复利用成功的设计，不但提高了知识流网络的设计效率，增强了知识流网络的可复用性、可维护性和可靠性，减小了错误发生概率，而且也易于设计人员之间的理解。
3.知识流网络组件知识流网络组件是构造知识流网络的最大单元，每个知识流网络组件都被进一步细化为一个子知识流网络，在知识流网络的图形逻辑表示和层次结构表示中分别有一个子有向图和一棵子树与其对应。如果一个知识流网络组件满足如下条件，我们称它是定义完整的1)每个内部节点有至少一个输入知识流和至少一个输出知识流；2)除终止知识流外所有内部知识流都指向一个内部节点；3)从起始节点到终止节点存在一条路径；4)没有孤立的节点或子知识流网络。
本发明采用将对大而复杂的知识流网络分解为一系列可先行实现，易于设计、理解和调整的知识流网络组件的设计方案，从而实现对规模大、结构复杂的知识流网络的设计，降低设计难度；各组件相对独立，维护和修改一个知识流网络组件时不必变动整个知识流网络，便于维护；可将事先设计好的知识流网络组件集成到新的知识流网络中，从而加速新知识流网络的设计。
图1的图形逻辑显示部件中的知识流网络中的节点C2和C3是被进一步细化设计的知识流网络组件，与他们对应的分别是km-team1和km-team2两个子知识流网络，它们的具体结构如图7所示；其它节点是不可再分的知识节点。
4.知识流网络集成操作一个知识流网络能通过下面的操作由两个或多个已有的知识流网络集成而得。
1)合并操作合并不同知识流网络所包含的共同节点；2)添加知识流操作通过添加知识流连接不同知识流网络中的节点；3)添加条件操作添加“join”或“split”条件来表示与同一个节点相关的多个知识流之间的关系；4)嵌入操作将一个知识流网络放入一个节点；5)图操作通过联合‘∪’、相交‘∩’、或相减‘-’集成知识流网络。
例如，图7(a)表示的知识流网络是通过集成分别包括节点K2.1和K2.2，节点K2.3和K2.4以及节点K2.5和K2.6的三个“顺序”模式实例构成的，所采用的集成操作包括添加知识流K2.2→K2.5和K2.4→K2.5；添加条件“join”表示知识流K2.2→K2.5和K2.4→K2.5之间的关系，它们与同一个节点K2.5相关。图7(b)表示的知识流网络是通过集成一个包括节点K3.1，K3.2，K3.3的“顺序”模式实例和一个包括节点K3.3，K3.4，K3.5和K3.6的“广播”模式实例构成的，所采用的集成操作是合并两个模式实例的共同节点K3.3。
本方法的设计过程主要包括以下七个步骤(参见图8)S1按照自顶向下的顺序分析组织中的协同工作过程，即，首先按协同关系紧密程度将组织成员划分到若干个小组中，然后分析小组之间的协同工作过程，再分析小组内成员之间的协同工作过程；S2根据分析结果部署初始的知识流网络，即，根据小组之间的协同关系设计顶层的知识流网络。图1所示的就是一个顶层知识流网络的结构，其中节点C2和节点C3分别表示两个不同的小组；S3细化知识流网络，即，以知识流网络设计模式和经验为基础根据小组成员之间的协同关系设计小组中的知识流网络。图1中的节点C2和C3分别被进一步细化设计为km-team1和km-team2两个子知识流网络，具体结构见图7(a)和图7(b)；S4从组件库中搜索所需知识流网络组件并设计所缺少的其它知识流网络组件，设计组件库中缺少的其它所需知识流网络组件，验证并修改新设计的知识流网络组件，确定无误后，将新知识流网络组件加入组件库；S5按照前面给出的知识流网络集成操作集成所选知识流网络组件，形成最终的知识流网络；S6指定节点和知识流的属性值，即，按自顶向下的顺序，通过在图形逻辑显示部件中双击节点或有向弧并填写相应的对话框，为每个节点和知识流指定属性值，指定的属性包括节点和有向弧的名称、节点的知识势能初值、节点执行任务的最早开始时间和最晚结束时间等；S7验证并修改知识流网络。在设计过程的任何时刻都可以对知识流网络进行验证，保证其正确、有效，结果在验证结果显示部件中给出。模型中存在的每个错误对应验证结果显示部件中的一条记录，每条记录都由错误位置和错误内容两个字段构成。这两个字段分别说明发生该错误的知识流网络或知识流网络组件的名称和错误的具体描述，前者帮助用户缩小检查范围，后者指导用户修正错误。验证内容主要包括知识流网络是否存在孤立节点或孤立知识流网络，知识流网络组件是否有多于一个开始节点或终止节点，知识流网络组件是否是定义完整的，根据知识节点势能和知识流网络的逻辑关系判断知识流网络是否有效等。设计人员通过反复验证和修改最终能设计出正确、有效的知识流网络。
设计知识流网络时解决的几个问题1.删除节点删除起始于或终止于该节点的知识流，撤销与该节点相关的逻辑关系，删除该节点。如果被删除的节点是知识流网络组件，删除该组件的所有元素及与该组件所对应的KFN图和XML存储文件。
2.删除知识流撤销由于该知识流的连接而建立起的节点之间、知识流之间及节点和知识流之间的逻辑关系，删除该知识流。
3.智能设计检测知识流必需起始于并终止于知识节点，因此禁止添加起始于非节点或起始于节点但终止于非节点的知识流；如果一个节点只能有一个后继节点，则禁止添加第二条起始于该节点的知识流；如果一个节点只能有一个前驱节点，则禁止添加第二条终止于该节点的知识流。
4.建立层次结构表示和图形逻辑表示的对应关系、实现知识流网络组件之间的切换建立层次结构表示中的非叶节点和图形逻辑表示中的知识流网络组件节点之间的一一对应关系及层次结构表示中的叶节点和图形逻辑表示中的知识节点之间的一一对应关系。层次结构表示中的非叶节点在图形逻辑表示中被进一步细化为一个知识流网络，双击层次结构表示中的非叶节点将图形逻辑表示切换到该节点所对应的知识流网络，单击除根节点外的节点将知识流网络的图形逻辑表示切换到其父节点所对应的知识流网络。
5.模型存储每个知识流网络都对应有一个文件名相同，扩展名分别是KFN和XML的两个文件。前者是KFN图文件，可恢复成知识流网络的图形逻辑表示和层次结构表示，以便继续设计和修改；后者记录知识流网络的层次关系，节点之间、知识流之间及节点和知识流之间的逻辑关系，节点和知识流的相关属性，由于XML文件可以通过浏览器等应用程序浏览，便于人员阅读和理解。
权利要求
1.基于模式的知识流网络设计方法，该方法以知识流网络设计模式作为分析和设计知识流网络的基础，自顶向下逐步细化、分层设计，将对一个大而复杂的知识流网络的设计分解为对若干小而简单的知识流网络组件的设计，并集成已有的组件来构造知识流网络；将知识节点的知识势能作为衡量组织成员能力的标准并据此给出知识流是否有效的判断方法，实时地检测和验证知识流网络；每个知识流网络都有层次结构和图形逻辑两种表示方法及KFN图和XML两种存储方式。
2.根据权利要求1所述的基于模式的知识流网络设计方法，其特征是，抽象出基本的知识流网络模式，以其作为分析和设计知识流网络的基础，通过利用已有的模式来提高设计效率并增强知识流网络的可靠性和易理解性。
3.根据权利要求1所述的基于模式的知识流网络设计方法，其特征是，通过自顶向下逐步细化和分层设计，将大而复杂的知识流网络的设计分解为若干小而简单的知识流网络组件的设计，通过组件集成来构造知识流网络，从而降低设计难度，提高知识流网络设计的可复用性和易维护性。
4.根据权利要求1所述的基于模式的知识流网络设计方法，其特征是，考查知识节点的知识势能作为衡量知识流网络效率的途径，知识势能反映了与该节点对应的组织成员拥有知识的程度，设计知识流网络时保证知识流从势能高的节点流向势能低的节点，以避免无效的知识传递。
5.根据权利要求1所述的基于模式的知识流网络设计方法，其特征是，提供智能设计检测和知识流网络验证方法，根据设计者的操作建立知识流网络的逻辑关系，自动取消错误操作，设计过程中同步生成对应的层次结构表示；以节点知识势能为验证标准，结合知识流网络逻辑结构，提供实时验证，帮助设计人员修改、优化知识流网络，保证所设计知识流网络正确和有效。
6.根据权利要求1所述的基于模式的知识流网络设计方法，其特征是，提供层次结构和图形逻辑两种知识流网络表示方法，前者描述知识流网络的层次结构，后者描述同层的节点之间、知识流之间及节点和知识流之间的逻辑关系。
7.根据权利要求1所述的基于模式的知识流网络设计方法，其特征是，提供两种知识流网络存储方式，一种是可恢复为图形逻辑表示和层次结构表示的KFN图方式，另一种是便于人员阅读和理解的XML方式。
8.根据权利要求1所述的基于模式的知识流网络设计方法，其具体步骤如下S1按照自顶向下的顺序分析组织中的协同工作过程；S2根据分析结果部署初始的知识流网络；S3细化知识流网络；S4从组件库中搜索所需知识流网络组件并设计所缺少的其它知识流网络组件；S5按照知识流网络集成操作集成所选知识流网络组件，形成最终的知识流网络；S6指定节点和知识流的属性值；S7验证并修改知识流网络。
全文摘要
本发明涉及计算机技术领域，特别涉及知识管理和知识流领域的基于模式的知识流网络设计方法。本发明用知识流网络来规范和管理协同团队中知识的传播。本发明的特征是以模式作为分析和设计知识流网络的基础，通过利用已有的模式来提高设计效率并增强知识流网络的可靠性和易理解性；通过自顶向下逐步细化和分层设计，将大而复杂的知识流网络的设计分解为若干小而简单的知识流网络组件的设计，通过组件集成来构造知识流网络，从而降低设计难度，提高知识流网络设计的可复用性和易维护性；用图逻辑和层次结构两种表示形式来共同描述和实现知识流网络；运用智能检测和以知识势能为基础的验证方法来保证知识流网络正确、有效。
文档编号G06F17/00GK1570920SQ20041004338
公开日2005年1月26日 申请日期2004年5月8日 优先权日2004年5月8日
发明者诸葛海, 丁连红, 郭韦钰 申请人:中国科学院计算技术研究所