狀態(tài)機是一種數(shù)學(xué)模型,用于描述系統(tǒng)在不同時間段內(nèi)所處的狀態(tài)以及在接收到特定事件時可能進行的轉(zhuǎn)換操作。它可以被看作是一些狀態(tài)及其之間的轉(zhuǎn)移所組成的圖形。
1.狀態(tài)機的概念
狀態(tài)機是一個基于狀態(tài)的、離散式的計算模型。普遍應(yīng)用于自動化控制、計算機科學(xué)、電路設(shè)計、通信系統(tǒng)等領(lǐng)域。典型的狀態(tài)機被定義為由狀態(tài)集合、轉(zhuǎn)移集合和初始狀態(tài)構(gòu)成的元組。
狀態(tài)機能夠使實際應(yīng)用問題變得清晰簡單,因為它只關(guān)注于本質(zhì)而忽略了副部分,同時可提高問題的可控性和可維護性。
2.狀態(tài)機類型
根據(jù)狀態(tài)機所表達的語義以及它的行為方式,可以將狀態(tài)機分類為有限狀態(tài)機(FSM)和擴展狀態(tài)機(ESM)兩種類型。
- 有限狀態(tài)機:FSM是一類相對簡單的狀態(tài)機,它能排列幾乎所有的自動反應(yīng)過程。FSM包含一個特定的輸入子集,通過此子集上的輸入操作來改變其狀態(tài)。
- 擴展狀態(tài)機:ESM是一種功能更強大的狀態(tài)機,可以描述更為復(fù)雜的行為。它具有不同于FSM的執(zhí)行過程和語義模型,并且加入了記憶設(shè)備(存儲單元)來維護歷史信息。
3.狀態(tài)機模式
狀態(tài)機在軟件開發(fā)中的應(yīng)用已成常態(tài),廣泛應(yīng)用于編程和系統(tǒng)設(shè)計領(lǐng)域。其中,常見的狀態(tài)機模式包括:
- Moore 狀態(tài)機:輸出僅依賴于當前狀態(tài),與輸入無關(guān)。
- Mealy 狀態(tài)機:輸出不僅依賴于當前狀態(tài),還依賴于輸入。
- Harel 狀態(tài)機:將狀態(tài)機轉(zhuǎn)換為分層結(jié)構(gòu)的方式,能夠更好地處理系統(tǒng)的高級別性質(zhì)如并發(fā)和同步,可讀性更高。