Development of a dynamic layout creation algorithm for process mining process models: Procedure model, prototyping and evaluation
| URL | http://edoc.sub.uni-hamburg.de/informatik/volltexte/2025/315/ |
|---|---|
| Dokumentart: | Master Thesis |
| Institut: | Fachbereich Informatik |
| Sprache: | Englisch |
| Erstellungsjahr: | 2025 |
| Publikationsdatum: | 11.12.2025 |
| Freie Schlagwörter (Deutsch): | Graph , Layout , Dynamisch , Process , Mining |
| Freie Schlagwörter (Englisch): | Graph , layout , dynamic , process , mining |
| DDC-Sachgruppe: | Informatik |
| BK - Klassifikation: | 54.81 |
Kurzfassung auf Englisch:
Process mining is a data-driven approach to analyze and improve business processes based on event logs. A central artifact of process mining is the process model, a directed graph that represents activities as nodes and edges represent directly-follows relationships between activities. These models are frequently explored by adding process variants step by step. For analysts to effectively compare evolving models, layouts must remain visually stable across versions, preserving the mental map of users while clearly showing differences. Despite the importance of this requirement, no dedicated dynamic layout algorithm for process mining process models has been available. This thesis introduces Dynamic Dagre, an enhanced version of the established Dagre algorithm, designed to support stable dynamic layouts. The modifications focus on minimizing disruptive changes by preserving relative positions of nodes, while remaining fully integrated into Dagre’s original architecture. A novel concept of a core path is introduced: a designated process variant, such as the most common or target process, that remains centrally fixed and exceptionally stable, serving as an anchor for surrounding variants. The development was structured using a Design Science Research procedure model, with iterative cycles of problem awareness, suggestion, development, and evaluation guiding the evolution of the algorithm. This ensured both theoretical grounding and practical relevance. The algorithm was evaluated against the baseline Dagre implementation and the commercial tool Celonis using established quality and stability metrics. Results demonstrate substantial improvements in stability, Dynamic Dagre consistently maintained layouts across graph versions, with the core path often preserved pixel-perfectly. Visual quality also improved in terms of edge crossings, while tradeoffs emerged for measures such as uniform edge lengths. Overall, the algorithm significantly advances dynamic layouting for process mining process models, providing an openly available solution that benefits exploration and conformance checking tasks.
Kurzfassung auf Deutsch:
Process Mining ist ein datengetriebener Ansatz zur Analyse und Verbesserung von Geschäftsprozessen auf Basis von Ereignisprotokollen. Ein zentrales Artefakt des Process Minings ist das Prozessmodell, ein gerichteter Graph, in dem Aktivitäten als Knoten dargestellt werden und Kanten das Aufeinanderfolgen von Aktivitäten repräsentieren. Diese Modelle werden häufig explorativ untersucht und schrittweise durch das Hinzufügen von Prozessvarianten erweitert. Damit Analysten die sich entwickelnden Modelle effektiv vergleichen können, müssen Layouts über verschiedene Versionen hinweg visuell stabil bleiben, das mentale Modell der Nutzer bewahren und gleichzeitig Veränderungen klar hervorheben. Trotz der Relevanz dieser Anforderung existierte bislang kein dedizierter dynamischer Layout-Algorithmus für Prozessmodelle. Diese Arbeit stellt Dynamic Dagre vor, eine erweiterte Version des etablierten Dagre Algorithmus, die speziell entwickelt wurde, um stabile dynamische Layouts zu ermöglichen. Die Modifikationen zielen darauf ab, störende Veränderungen zu minimieren, indem relative Positionen der Knoten erhalten bleiben, während die Integration in die ursprüngliche Architektur von Dagre gewährleistet wird. Darüber hinaus wird ein neues Konzept eingeführt: der Core Path, eine ausgewählte Prozessvariante, etwa der häufigste oder der Zielprozess, der zentral fixiert und besonders stabil gehalten wird und so als visueller Anker für umliegende Varianten dient. Die Entwicklung folgte einem Design Science Research Vorgehensmodell, bei dem iterative Zyklen aus Problembewusstsein, Vorschlag, Entwicklung und Evaluation die Entwicklung des Algorithmus steuerten. Dies stellte sowohl die theoretische Fundierung als auch die praktische Relevanz sicher. Der Algorithmus wurde anhand von dem original Dagre sowie des kommerziellen Tools Celonis mit etablierten Qualitäts- und Stabilitätsmetriken evaluiert. Die Ergebnisse zeigen deutliche Verbesserungen in der Stabilität: Dynamic Dagre konnte Layouts über mehrere Graph-Versionen hinweg konsistent erhalten, wobei der Core Path oft sogar pixelgenau stabil blieb. Die visuelle Qualität verbesserte sich insbesondere hinsichtlich der Kantenkreuzungen, während bei anderen Kriterien wie gleichmäßigen Kantenlängen gewisse Zielkonflikte auftraten. Insgesamt stellt der Algorithmus einen bedeutenden Fortschritt für dynamisches Layouting von Prozessmodellen dar und bietet eine frei verfügbare Lösung, die insbesondere Erkundung und Konformitätsprüfung unterstützt.
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