FSM 有限状态机
第八次课-8章状态机精选全文
z<=0;
三、基于状态机的设计要点
1．起始状态的选择
起始状态是指电路复位后所处的状态，选择一 个合理的起始状态将使整个系统简洁高效。有的 EDA软件会自动为基于状态机的设计选择一个最佳 的起始状态。
2．状态转换的描述
一般使用case语句来描述状态之间的转换， 用case语句表述比用if-else语句更清晰明了。
有限状态机类型 有限状态机的Verilog描述 有限状态机的设计要点
一、两种有限状态机
二、有限状态机的Verilog描述
描述对象：
当前状态、下一状态、输出逻辑
描述方式： 单过程、双过程、三过程
单过程描述方式： 放在一个过程中描述，相当于采用时
钟信号同步，克服输出产生毛刺。但输出 逻辑相对于双过程，要延迟一个时钟周期。
end end
s3: begin if(x==0)
begin state<=s0; z<=0;
end else begin
state<=s4; z<=1; end end
s4: begin if(x==0)
begin state<=s0; end else begin state<=s4; z<=1; end end default:
双过程描述方式： 一个过程 由时钟信号触发的时序过程
（当时钟发生跳变时，状态机状态发生变 化。一般用case语句检查状态机的当前状态； 另一过程是组合过程，对于摩尔型，输出 只与当前状态有关，因此只需用case语句即 可，对米里型，因与当前状态和输入都有 关，因此可用case 语句和 if组合进行描述。
软件测试中的有限状态机与决策表
软件测试中的有限状态机与决策表在软件测试领域，有限状态机（Finite State Machine，简称FSM）和决策表（Decision Table）是常用的测试工具和技术。
它们能够帮助测试人员更好地设计和执行测试用例，提高测试效率和测试覆盖率。
本文将介绍有限状态机和决策表，并探讨它们在软件测试中的应用。
一、有限状态机（FSM）有限状态机是一种数学模型，用于描述系统在不同状态之间转换的行为。
它由一组状态、一组输入和一组转换规则组成。
在软件测试中，有限状态机可以帮助测试人员把系统的行为分解成一系列离散的状态，并定义系统在不同状态下接受的输入以及状态之间的转换规则。
在使用有限状态机进行软件测试时，测试人员需要首先确定系统的各个状态，然后定义每个状态下的输入和转换规则。
接下来，可以使用测试用例来模拟系统的运行，并通过观察系统在不同状态下的行为来验证系统的正确性。
有限状态机的优点是能够将系统行为分解成离散的状态，使得测试用例的设计和执行更加简单直观。
它能够帮助测试人员发现系统中可能存在的错误和异常行为，并提供可靠的测试覆盖度衡量指标。
然而，有限状态机在处理复杂系统时可能存在状态爆炸问题，即状态之间的转换规则过于复杂，导致测试用例数量庞大，增加测试的工作量。
二、决策表（Decision Table）决策表是一种以表格形式表示的测试工具，用于描述系统在不同条件下所做的决策和相应的行为。
决策表由一组条件列和一组动作列组成，每个条件列表示一个输入条件，每个动作列表示一个输出动作。
通过组合不同的条件和动作，可以设计出全面而高效的测试用例。
在使用决策表进行软件测试时，测试人员需要先确定系统可能的条件和动作，然后构建决策表模型。
之后，可以使用决策表来生成测试用例，并验证系统在不同条件下的决策是否符合预期。
决策表的优点是能够将系统的各种条件和动作组合形成一个易于理解和维护的模型。
它能够帮助测试人员快速生成全面且高效的测试用例，并发现系统在不同条件下可能出现的问题。
有限状态机的verilog例子
有限状态机的verilog例子有限状态机（Finite State Machine, FSM）是数字电路设计中的一种基本构件，它可以用来实现各种复杂的控制逻辑。
在Verilog中，可以用模块（module）来描述一个有限状态机，使用参数（parameters）来定义状态数量和状态转移逻辑。
以下是一个简单的有限状态机的Verilog例子，该FSM有3个状态（S0, S1, S2）和两个输入（clk, rst_n）以及一个输出（next_state, out）：```verilogmodule fsm(input wire clk, // 时钟信号input wire rst_n, // 低电平复位信号input wire [1:0] in, // 输入信号，这里位宽为2，可以扩展output reg next_state, // 下一状态输出output reg out // 输出信号);// 状态参数parameter S0 = 2'b00;parameter S1 = 2'b01;parameter S2 = 2'b10;// 状态寄存器reg [1:0] state;// 状态转移逻辑always @(posedge clk or negedge rst_n) beginif (!rst_n) begin// 当处于复位状态时，状态寄存器和输出都初始化为0state <= S0;out <= 1'b0;end else begin// 根据当前状态和输入信号，更新下一状态和输出case (state)S0: beginnext_state <= S1;out <= 1'b1;endS1: beginnext_state <= S2;out <= 1'b0;endS2: beginnext_state <= S0;out <= 1'b1;enddefault: beginnext_state <= S0;out <= 1'b0;endendcaseendendendmodule```在这个例子中：- `clk` 是时钟信号。
有限状态自动机
有限状态自动机是正则表达式处理的基础，用于匹配字符串中的特 定模式。
05
有限状态自动机的优缺点
优点
简单易理解
有限状态自动机是一种简单直观的模型，其结构和行为都 可以很容易地理解和描述。
01
高效处理
由于其有限的状态集合，有限状态自动 机在处理某些类型的问题时非常高效。
02
03
可预测性
有限状态自动机的行为是确定性的， 也就是说，给定相同的输入，有限状 态自动机将始终产生相同的结果。
研究方向
并发有限状态自动机
研究并发有限状态自动机的理论、性 质和算法，以及它们在并发系统中的
应用。
模糊有限状态自动机
研究模糊有限状态自动机的理论、性 质和算法，以及它们在模糊系统和模
糊控制中的应用。
概率有限状态自动机
研究概率有限状态自动机的理论、性 质和算法，以及它们在随机系统和不 确定性处理中的应用。
03 FPGA实现
使用现场可编程门阵列（FPGA）实现有限状态自 动机，通过配置逻辑门实现状态转移。
软件实现
01 编程语言实现
使用高级编程语言（如Python、Java、C）编写 有限状态自动机的程序，通过编程语言语法实现 状态转移。
02 脚本语言实现
使用脚本语言（如Shell脚本、Python脚本）编写 有限状态自动机的程序，通过脚本语言执行状态 转移。
缺点
适用范围有限
01
有限状态自动机在处理复杂问题时可能会遇到困难，因为这些
问题可能需要无限的或连续的状态。
缺乏灵活性
02
由于其有限的状态集合，有限状态自动机在处理某些问题时可
能不够灵活。
无法处理非确定性问题
有限状态机 消息队列环形缓冲区处理器通讯协议
有限状态机消息队列环形缓冲区处理器通讯协议一、引言有限状态机（Finite State Machine，FSM）是一种非常重要的计算机模型，在信息处理、控制系统、通信系统等领域都有着广泛的应用。
消息队列、环形缓冲区、处理器通讯协议则是与FSM密切相关的概念和技术。
本文将深入探讨这些主题，并分析它们的联系和应用。
二、有限状态机（FSM）1. 有限状态机概述有限状态机是一种数学模型，用于描述有限个状态以及在这些状态之间的转移和行为。
在计算机科学中，FSM常被用来建模计算、控制和通信等系统。
它具有状态、转移和行为三要素，能清晰地描述系统的运行逻辑和状态变化。
2. 有限状态机的应用在现代计算机系统中，有限状态机被广泛应用于编译器、操作系统、网络协议、人机交互等方面。
它可以帮助我们理解和分析复杂系统的行为，是软件工程中重要的建模工具。
三、消息队列1. 消息队列概述消息队列是一种进程间通信的方式，用于在不同组件、服务或进程之间进行异步消息的传递。
它通常采用先进先出（FIFO）的方式来管理消息，能够实现解耦和异步通信的效果。
2. 消息队列的应用消息队列在分布式系统、微服务架构、事件驱动架构等领域得到广泛应用。
通过消息队列，不同的系统组件之间可以实现松耦合的通信，提高系统的可伸缩性和容错性。
四、环形缓冲区1. 环形缓冲区概述环形缓冲区是一种循环队列结构，用于在固定大小的缓冲区中存储和处理数据。
它具有读写指针、循环存储和高效利用内存等特点，常被用于实现数据的缓冲和循环处理。
2. 环形缓冲区的应用环形缓冲区在嵌入式系统、通信系统、存储系统等方面得到广泛应用。
通过环形缓冲区，可以高效地存储和处理连续的数据流，提高数据的处理速度和效率。
五、处理器通讯协议1. 处理器通讯协议概述处理器通讯协议是处理器与外设、存储器、其他处理器等之间进行通讯和数据交换的规范和约定。
它可以包括位置区域总线、数据总线、控制信号等部分，用于确保不同设备之间的数据一致性和正确性。
有限状态机数学模型_概述及解释说明
有限状态机数学模型概述及解释说明1. 引言1.1 概述在计算机科学领域中，有限状态机（Finite State Machine，FSM）是一种用于描述对象或系统的行为方式的数学模型。
有限状态机通过定义一组离散的状态和状态之间的转换规则来描述系统的动态变化。
1.2 文章结构本篇文章主要围绕有限状态机数学模型展开讨论，并依次介绍了其定义、基本特性、状态转换图等内容。
同时也会对有限状态机在现实世界中的应用领域进行探讨，并介绍设计原则以及状态转换表和状态转换图之间的关系。
最后，本文将通过具体实例分析三种不同情况下有限状态机模型的应用，以期帮助读者更好地理解该数学模型。
1.3 目的本文旨在提供一个简明扼要但详尽全面的概述，使读者对有限状态机数学模型有一个清晰明了的认识。
通过阅读本文，读者将能够了解该数学模型在实际应用中的重要性，并能够运用所学知识解决相关问题。
此外，本文还将指出当前研究领域中有限状态机数学模型存在的一些局限性，并展望未来的研究方向，以促进学术界对该领域的深入探索和创新。
2. 有限状态机数学模型2.1 定义有限状态机（Finite State Machine，FSM）是一种表示系统运行状态的数学模型。
它由一组离散的状态、条件和转移规则组成，用来描述一个系统在不同输入下所处的各个状态以及状态之间的转移。
在有限状态机中，系统根据当前所处的状态和输入条件来确定下一个要进入的状态。
其中，状态是指系统可能存在的各种状况，而输入条件则触发或影响状态之间的转换。
2.2 基本特性有限状态机具备以下基本特性：首先，它是离散的，即只能处于有限个预定义的状态之一，在每个时间点上只能存在于一个唯一的当前状态。
其次，它具备确定性和非确定性两种形式。
确定性有限状态机（Deterministic Finite State Machine，DFSM）中任意给定一个输入条件和当前状态，则仅存在唯一一种下一个状态；而非确定性有限状态机（Non-deterministic Finite State Machine，NFSM）允许存在多个可能的下一个转移路径。
状态机的基本概念
状态机的基本概念==========状态机，又称为有限状态机（Finite State Machine, FSM），是一种用来描述系统行为的数学模型。
它由一组状态组成，每个状态可以接收一组事件并转换到另一个状态。
状态机在计算机科学、电子工程、自动化等领域都有广泛的应用。
1. 状态定义-------状态是状态机的基本组成部分，代表系统的一个特定状态。
每个状态都有一个唯一的名称，并且可以有一个或多个子状态。
状态可以看作是系统在某一时刻的行为表现。
2. 事件触发-------事件是触发状态转移的条件。
当一个事件被触发时，状态机会从当前状态转换到下一个状态。
事件可以是外部的（例如用户输入、定时器溢出等）或内部的（例如系统内部变量的改变）。
3. 状态转移-------状态转移是状态机的主要行为。
当一个事件被触发时，状态机会从当前状态转换到下一个状态。
状态转移可以是有条件的，也可以是无条件的。
状态转移的定义包括源状态、目标状态和触发事件。
4. 状态条件-------状态条件是决定状态转移的条件。
它通常是一个布尔表达式，当满足条件时，状态机会从当前状态转换到下一个状态。
状态条件可以包含系统内部变量的值、外部输入等。
5. 动作执行-------动作是在状态转移过程中要执行的操作。
它可以是一个函数调用、修改内部变量、输出信息等。
动作是与源状态和目标状态相关联的，它会在状态转移时被执行。
6. 循环控制-------循环控制是指状态机在执行过程中如何处理重复事件。
循环控制机制可以用来实现定时器、计数器等功能。
循环控制可以在状态机内部设置一个计数器，当计数器达到设定值时，状态机会从当前状态转换到下一个状态。
有限状态机FSM（FiniteStateMachine）及实现方式介绍
有限状态机FSM（FiniteStateMachine）及实现⽅式介绍⼀、为什么引⼊有限状态机？ 最近做⼀个项⽬，项⽬中很多实体(Entity)，每个实体都有很多状态(State)，各状态会经过不同事件(Event)触发后转换到另⼀个状态。
这些事件包括但不限于：⽤户页⾯点击触发，⽣效时间或失效时间到达，其他依赖实体状态变更等。
在状态变更后还会有⼀系列动作(Action)处理。
⼀旦相互依赖实体或实体本⾝状态增多，状态转换变多，处理这些状态的业务代码也会分散在各处，代码处理很容易漏掉，维护成本很⾼。
所以考虑引⼊有限状态机。
⼆、什么是有限状态机？ 有限状态机,也称为FSM(Finite State Machine)，其在任意时刻都处于有限状态集合中的某⼀状态。
当其获得⼀个输⼊字符时，将从当前状态转换到另⼀个状态，或者仍然保持在当前状态。
任何⼀个FSM都可以⽤状态转换图来描述，图中的节点表⽰FSM中的⼀个状态，有向（⽅向表⽰从⼀个初态转换到次态）加权（权表⽰事件）边表⽰输⼊字符时状态的变化。
如果图中不存在与当前状态与输⼊字符对应的有向边，则FSM将进⼊“消亡状态(Doom State)”，此后FSM将⼀直保持“消亡状态”。
状态转换图中还有两个特殊状态：状态1称为“起始状态”，表⽰FSM的初始状态。
状态6称为“结束状态”。
在启动⼀个FSM时，⾸先必须将FSM置于“起始状态”，然后触发⼀系列时间，最终，FSM会到达“结束状态”或者“消亡状态”。
图1：状态转换图说明：在通常的FSM模型中，⼀般还存在⼀个“接受状态”，并且FSM可以从“接受状态”转换到另⼀个状态，只有在识别最后⼀个字符后，才会根据最终状态来决定是否接受所输⼊的字符串。
此外，也可以将“其实状态”也作为接受状态，因此空的输⼊序列也是可以接受的。
1. 状态机要素状态机可归纳为4个要素，即现态、条件、动作、次态。
“现态”和“条件”是因，“动作”和“次态”是果。
模糊状态机（FuSM）
模糊状态机(FuSM)FSM (有限状态机):涉及到不同状态之间的转换，且系统一次只处于一个当前状态。
FuSM（模糊状态机）：有限状态机的一个变种，建立在模糊逻辑的概念之上，一般定义为“被扩展来处理部分真相概念的传统逻辑（bool 逻辑）的超集”。
应该注意，虽然FuSM建立在模糊逻辑概念之上，但不代表是实实在在的模糊系统。
部分真值是一个非常强大的概念。
与常规的FSM不同，FuSM在范围上不具有一般性。
与FSM一样，FuSM跟踪一系列可能的游戏状态。
但不同的是，FSM具有一个单一的当前状态，然后通过转换到一个不同的状态来响应输入事件，而FuSM 可能同时具有多个状态，因此不存在转换。
模糊系统中的每个状态都计算一个"激活水平"，该激活水平决定了系统处于任意给定状态的程度，因此，系统的整体行为由当前被激活状态的贡献组合来决定。
FuSM仅仅对那些能够同时处于多个状态并且具有超越简单数字值(如开或关，关闭或打开，生存或死亡)的系统有用，模糊数值用于描述部分开，几乎关闭和未完全死亡等。
另一种对此类数值类型进行量化的方法是使用一个归一系数(0.0 与 1.0之间的数)来表示条件对各个端状态的隶属度（例如：0.0表示完全关闭，1.0表示完全开启）,尽管对于FuSM来说归一化并不是必须的。
这是不必记住集合隶属度的所有权限制的一种简单方式，同时也确保了集合隶属度值之间比较的简单性。
关于什么是真正的FuSM，在游戏AI领域还存在一些混淆的看法，因为在同一类别中存在好几个FSM 变种被当作是FuSM。
这些变种包括：1:：具有转换优先级的FSM. 在该模型中，必须对每个可用状态的激活水平进行计算（该模型仍然是一个FSM，因此每个状态都有一系列可能的转换）;然后那个具有最高激活水平的状态获胜，成为新的当前状态。
这是许多程序员使用模糊度概念来增加其决策状态机的方式，但该系统仍然是一个FSM，并且类似系统输出行的可预测性仅仅比常规FSM稍微小一点。
状态机
代码分析 （续）
• • • • • • • • • • • • • process(next_state) begin case next_state is when st0 => led <="1111"; when st1 => led <="1110"; when st2 => led <="1101"; when st3 => led <="1011"; when st4 => led <="0111"; when others => led <="1111"; end case; end process; -------------------------end V1;
有限状态机的作用
• 有限状态机是数字逻辑电路以及数字系统 的重要组成部分，尤其应用于数字系统核 心部件的设计，用来实现高效率高可靠性 的逻辑控制。
有限状态机的分类
• 在实际的应用中，根据有限状态机是否使 用输入信号，设计人员经常将其分为Moore 型有限状态机和Mealy型有限状态机两种类 型。
代码分析 （续）
• • • • architecture V1 of FSM is TYPE states IS (st0, st1, st2, st3, st4); SIGNAL next_state: states; begin
代码分析 （续）
• • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • process(rst,clk) begin if rst='0' then next_state <= st0; else if clk'event and clk='1' then case next_state is when st0 => if key="1110" then next_state<=st1; else next_state<=st0; end if; when st1 => if key="1101" then next_state<=st2; else next_state<=st1; end if; when st2 => if key="1011" then next_state<=st3; else next_state<=st2; end if; when st3 => if key="0111" then next_state<=st4; else next_state<=st3; end if; when st4 => if key="1110" then next_state<=st1; else next_state<=st4; end if; end case; end if; end if; end process;MooFra biblioteke型有限状态机
有限状态机原理
有限状态机原理
有限状态机（Finite State Machine, FSM）是一种计算模型，用于描述系统或算法的行为。
它由一组有限个状态、一组可能的输入信号和一组定义状态转换规则的状态转换函数组成。
在任意时刻，FSM都处于一个特定的状态，等待输入信号触发状态转换。
有限状态机具有以下基本特点：
1. 状态：有限状态机有一组预定义的状态，每个状态表示系统或算法的一种行为或状态。
2. 输入信号：系统或算法接收一组可能的输入信号，每个输入信号可能触发状态的转换或执行某种操作。
3. 状态转换：有限状态机通过状态转换函数定义可能的状态转换规则，以及在特定输入信号下从一个状态转换到另一个状态的动作或操作。
4. 动作：状态转换可以伴随着执行特定的动作或操作，用于改变系统的状态或执行一些其他的操作。
有限状态机应用广泛，可以用于描述各种系统的行为，如计算机中的指令执行、网络通信协议、自动控制系统等。
它可以帮助开发者理清系统的行为逻辑，简化复杂系统的设计和实现。
有限状态机还可以通过组合、嵌套等方式进行组合和扩展，以应对更加复杂的问题。
有限状态机的应用场景
有限状态机的应用场景有限状态机（Finite State Machine，FSM）是一种抽象的计算模型，它被广泛应用于各种场景中，特别是那些需要处理状态转换的问题。
以下是有限状态机的一些典型应用场景。
1. 文本编辑器: 许多文本编辑器使用有限状态机来处理光标移动或文本输入。
例如，当用户在文本中按下方向键时，编辑器需要决定光标应移动到哪个位置。
通过将这种移动分解为一系列的状态转换，有限状态机可以帮助编辑器做出正确的决策。
2. 机器人学: 在机器人技术中，有限状态机常被用于设计机器人的行为。
例如，一个扫地机器人可能会在充电、空闲、和工作中三种状态之间转换。
有限状态机可以帮助机器人理解何时应进行何种操作，例如何时充电、何时开始或停止清扫等。
3. 网络协议: 在设计和实现网络协议时，有限状态机非常有用。
网络协议通常涉及多种可能的状态和事件，如TCP/IP连接中的打开、关闭、监听和传输状态。
通过使用有限状态机，可以更清晰地表示这些状态转换，并确保协议的正确性。
4. 游戏开发: 游戏开发中经常使用有限状态机来管理角色的行为。
例如，一个角色可能存在“攻击”、“防御”、“移动”和“等待”等状态。
在玩家输入或游戏事件触发时，有限状态机可以帮助角色根据当前状态做出相应的动作。
5. 硬件设计: 在硬件设计中，如微处理器或电路中，有限状态机也得到了广泛应用。
这些硬件设备在处理输入或执行任务时会经历一系列的状态转换，有限状态机可以有效地描述这些状态转换。
6. 模式识别: 在模式识别和机器学习的上下文中，有限状态机可以用于分类或识别特定类型的数据。
例如，一个有限状态机可以用于识别特定格式的文本或标记化的语音。
7. 系统自动化: 在工厂或工业环境中，有限状态机可以帮助自动化系统理解其当前的状态并做出相应的动作。
例如，一个自动化流水线可以根据其当前状态来决定下一个动作是什么。
以上只是有限状态机的部分应用场景。
实际上，任何涉及状态转换的场景都可以考虑使用有限状态机。
有限状态机公式
有限状态机公式有限状态机公式，是指用于表达有限状态机（Finite State Machine, FSM）的数学公式形式。
在计算机科学领域，有限状态机是一种非常基础且重要的模型，用于描述各类问题或系统的行为模式。
这些模式可以被抽象成状态，而有限状态机则是一组有限的状态以及这些状态之间的转移条件和行为描述的集合。
因此，有限状态机公式的主要目的，就是为了更加准确地描述以及计算这些状态和行为。
在数学上，有限状态机公式常常使用形式语言和自动机的理论来进行描述。
其中形式语言主要用于描述有限状态机的输入和输出约束，而自动机理论则是用于分析系统行为的动态性质。
一般而言，有限状态机公式可以分为两种类型：函数式和逻辑式。
函数式的主要形式是Mealy和Moore模型，它们分别描述了输入和输出之间的关系；逻辑式则针对状态转移进行定义，并且可以使用布尔运算和谓词逻辑来描述状态变换条件等。
下面，我们将具体介绍一些有限状态机公式的实例以及它们的使用场景。
一、Mealy模型Mealy模型是一种基于状态和输入函数的函数式描述方式，它主要用于描述系统的行为和输出产生条件。
Mealy 模型的数学公式可以表示为以下形式：Mealy= (Q, q0, Σ, Γ, δ, λ)其中Q表示有限状态的集合，q0是初始状态，Σ表示输入符号集合，Γ表示输出符号集合，δ表示状态转移函数，λ表示系统的输出函数。
Mealy模型在系统设计中应用较为广泛，它非常适用于控制系统、通信协议、密码学或识别系统等的建模。
以通信协议为例，Mealy模型可以描述一个数据通信连接的协议，在协议中，我们需要通过输入和输出函数来描述数据的发送和接收过程。
二、Moore模型除了Mealy模型之外，Moore模型也是一种常用的基于状态和输出函数的函数式描述方式。
相比Mealy模型，Moore模型主要关注输入状态和输出之间的关系。
它的数学公式可以表示为以下形式：Moore= (Q, q0, Σ, Γ, δ, h)其中Q表示有限状态的集合，q0是初始状态，Σ表示输入符号集合，Γ表示输出符号集合，δ表示状态转移函数，h表示系统的输出函数。
有限状态机的理解 c++
有限状态机的理解c++有限状态机（Finite State Machine，FSM）是一种数学模型，用于描述一个系统在不同状态下的行为。
它是由一组状态、一组输入信号和一组输出信号组成，通过根据当前状态和输入信号来确定下一状态，并根据当前状态和输出信号来产生相应的输出。
有限状态机主要包含以下几个概念：1. 状态（State）：系统在不同时间点可能处于的各种状态，比如初始状态、中间状态、结束状态等。
状态可以用一个变量来表示，在C++中可以使用枚举类型来定义每个状态。
示例代码：```cppenum class State {INIT,PROCESSING,FINISHED};```2. 输入信号（Input）：触发状态机状态转换的外部事件或条件。
当输入信号发生时，状态机会根据当前状态和输入信号进行状态转换。
示例代码：```cppenum class Input {START,PAUSE,RESUME,STOP};```3. 输出信号（Output）：在特定状态下，状态机可以执行一些操作或者产生某些输出结果。
输出信号可以用来通知外部系统状态机的行为。
示例代码：```cppenum class Output {NEXT_STEP,PROCESSING_COMPLETE,ERROR};```4. 状态转换表（Transition Table）：用来描述不同状态下，根据输入信号产生的状态转换。
状态转换表可以使用二维数组或者哈希表的方式来表示。
示例代码：```cppstd::unordered_map<State, std::unordered_map<Input, State>> transitionTable = {{State::INIT, {{Input::START, State::PROCESSING}}},{State::PROCESSING, {{Input::PAUSE,State::PROCESSING}, {Input::STOP, State::FINISHED}}},{State::FINISHED, {}}};```有了上述概念的基础，我们可以编写一个简单的有限状态机的实现。
有限状态机算法
有限状态机算法引言有限状态机（Finite State Machine，简称FSM）是一种计算模型，它能够根据输入的符号序列在一系列预定义的状态之间进行转换。
有限状态机算法是一种基于有限状态机模型的算法，用于解决各种问题，如语法分析、编译器设计、自动控制等。
本文将对有限状态机算法进行全面、详细、完整且深入的探讨。
有限状态机的基本概念有限状态机由一组状态和状态之间的转移函数组成。
状态表示系统所处的某个特定状态，转移函数定义了状态之间的转换规则。
有限状态机根据输入符号序列和当前状态，通过执行转移函数来改变状态，并产生相应的输出。
有限状态机的分类有限状态机可以分为确定性有限状态机（Deterministic Finite State Machine，简称DFSM）和非确定性有限状态机（Nondeterministic Finite State Machine，简称NFSM）。
DFSM在任何给定时间只能处于一个状态，并且每个输入符号都有唯一的下一个状态。
NFSM在任何给定时间可以处于多个状态，并且每个输入符号可以有多个可能的下一个状态。
有限状态机的表示方法有限状态机可以通过状态转移图或状态转移表来表示。
状态转移图使用节点表示状态，使用边表示状态之间的转移。
状态转移表是一个二维表格，行表示当前状态，列表示输入符号，表格中的元素表示下一个状态。
以下是一个简单的状态转移图示例：+---a---+| |V |(A)---b-->(B)| ^c || |+-------+有限状态机的应用有限状态机算法在许多领域都有广泛的应用。
下面列举了一些常见的应用场景：1. 语法分析在编译器设计中，有限状态机算法用于解析和分析源代码的语法结构。
通过定义一系列的状态和转移规则，可以将输入的源代码转换为语法树或执行代码。
2. 自动控制有限状态机算法在自动控制系统中起着重要的作用。
例如，交通信号灯控制系统可以使用有限状态机来确定不同状态下的信号灯颜色和转换规则。
状态机 数据结构
状态机数据结构状态机是一种用于描述系统状态和状态之间转换关系的数学模型。
它在计算机科学和工程领域有着广泛的应用。
本文将介绍状态机的基本概念、应用场景以及一些常用的状态机数据结构。
一、基本概念状态机是由一组状态和一组状态转换规则组成的。
状态表示系统的某种特定情况或条件，而状态转换规则描述了系统在不同状态下的行为。
状态机可以分为有限状态机（FSM）和无限状态机（ISM）两种类型。
1. 有限状态机（FSM）有限状态机是指状态的数量是有限的。
它包含一个初始状态和一组终止状态，以及一组状态转换规则。
当系统执行某个操作或接收到某个输入时，根据当前状态和输入，状态机会根据事先定义好的转换规则进行状态的转换。
2. 无限状态机（ISM）无限状态机是指状态的数量是无限的。
它通常用于描述具有连续状态的系统，如物理系统或网络协议等。
无限状态机通常通过微分方程或差分方程来描述状态之间的转换关系。
二、应用场景状态机在计算机科学和工程领域有着广泛的应用。
下面是一些常见的应用场景：1. 系统建模和设计：状态机可以帮助开发人员对系统行为和状态进行建模和设计。
它可以帮助开发人员更好地理解和分析系统的行为，并提供指导性的设计原则。
2. 编译器和解释器：状态机可以用于编译器和解释器中的词法分析和语法分析阶段。
通过定义适当的状态和状态转换规则，可以有效地分析和识别输入的代码片段。
3. 协议分析和验证：状态机可以用于描述和验证网络协议的行为。
通过定义协议的状态和状态转换规则，可以分析和验证协议的正确性和安全性。
4. 控制系统和自动化：状态机可以用于描述和控制各种自动化系统，如工业控制系统、机器人控制系统等。
通过定义系统的状态和状态转换规则，可以实现对系统行为的控制和调度。
三、常用的状态机数据结构在实际应用中，为了方便描述和实现状态机，常常使用一些特定的数据结构来表示状态和状态转换规则。
下面是一些常用的状态机数据结构：1. 状态表：状态表是一个二维表格，其中每一行表示一个状态，每一列表示一个输入。
有限状态机的理解 c++
有限状态机的理解c++有限状态机（Finite State Machine, FSM）是一种数学模型，用来描述系统的各种可能状态以及状态之间的转移规则。
在计算机科学中，有限状态机常常用于处理事件序列的控制和决策。
在C++中，实现有限状态机可以使用面向对象的方式。
首先，定义一个状态基类，表示抽象的状态，并提供一些必要的接口和方法，如状态进入时的处理函数、状态退出时的处理函数等。
然后，派生出各个具体的状态类，分别实现各自的处理逻辑。
在有限状态机中，通常还会有一个封装了状态转移逻辑的状态机类。
状态机类负责管理当前状态和状态之间的转移，根据外部输入决定状态的切换。
状态机类可以通过一个指针指向当前状态的对象，然后调用状态对象的方法来执行相应的逻辑。
下面是一个简单的有限状态机的示例代码：```cpp// 状态基类class State {public:virtual void enter() = 0;virtual void exit() = 0;virtual void process() = 0;};// 具体的状态类1class State1 : public State {public:void enter() {// 进入状态1的处理逻辑}void exit() {// 退出状态1的处理逻辑}void process() {// 状态1的处理逻辑// 根据外部输入决定状态切换if (/* 外部输入满足条件 */) {StateMachine::getInstance().changeState(new State2()); }}};// 具体的状态类2class State2 : public State {public:void enter() {// 进入状态2的处理逻辑}void exit() {// 退出状态2的处理逻辑}void process() {// 状态2的处理逻辑// 根据外部输入决定状态切换if (/* 外部输入满足条件 */) {StateMachine::getInstance().changeState(new State1()); }}};// 状态机类class StateMachine {private:State* currentState;public:void changeState(State* newState) {if (currentState) {currentState->exit();}currentState = newState;if (currentState) {currentState->enter();}}void process() {if (currentState) {currentState->process();}}static StateMachine& getInstance() {static StateMachine instance;return instance;}};// 使用示例int main() {StateMachine::getInstance().changeState(new State1());while (/* 外部输入满足退出条件 */) {StateMachine::getInstance().process();}return 0;}```在上述代码中，状态基类 `State` 定义了三个纯虚函数 `enter()`、`exit()` 和 `process()`，分别表示状态进入时的处理、状态退出时的处理和状态的处理逻辑。
简要说明状态机的分类,以及状态机的表达方式
简要说明状态机的分类,以及状态机的表达方式状态机是一种抽象的数学模型，用于描述在不同状态下的行为和
转换，常用于计算机科学中控制流程和状态转换的场景。
状态机的分类：
1、有限状态机（Finite State Machine，FSM）：是指状态的数
量是有限的，并且每个状态都有明确的转移条件和转移方向的状态机。
FSM通常用状态图或状态表来表示，常用于字符串匹配、语法分析等领域。
2、无限状态机（Infinite State Machine，ISM）：是指状态的
数量是无限的，没有明确的转移条件和转移方向的状态机。
ISM通常用状态空间图或状态空间表达式来表示，常用于电路设计、控制系统等领域。
状态机的表达方式：
1、状态图（State Diagram）：是一种用于描述状态和状态之间
转移的图形表示方法，通常由状态节点和转移边组成。
状态图可以用于描述有限状态机的行为。
2、状态表（State Table）：是一种用于描述状态和转移条件的
表格表示方法，通常由状态、输入、输出和转移条件组成。
状态表可以用于描述有限状态机的行为。
3、状态空间图（State-Space Diagram）：是一种用于描述状态空间中状态和状态之间转移的图形表示方法，通常由状态节点和转移边组成。
状态空间图可以用于描述无限状态机的行为。
4、状态空间表达式（State-Space Expression）：是一种用于描述状态空间中状态和转移条件的数学表达式，通常由状态变量、输入变量、输出变量和转移方程组成。
状态空间表达式可以用于描述无限状态机的行为。
有限状态机解析报文的过程
有限状态机解析报文的过程有限状态机（Finite State Machine, FSM）是一种描述动态系统行为的数学模型，通常用于解析和处理输入序列。
在计算机领域，有限状态机常用于解析和处理各种类型的报文，如网络协议报文、文件格式等。
解析报文的过程可以看作是在有限状态机中依次读取报文的每个字符，并根据当前状态和输入字符的组合进行状态转换，最终得到报文的结构、内容或错误信息。
下面将详细介绍解析报文的过程。
1.定义状态：首先，需要定义解析报文所需要的状态，每个状态表示了解析过程中的一个阶段或条件。
例如，对于HTTP报文解析器，可能涉及到的状态有解析起始行、解析头部字段、解析消息体等。
2.定义输入：确定解析报文所需的输入集合。
输入可以是报文中的字符、报文头字段、特定标识等。
例如，在HTTP报文解析器中，输入可以是报文的每个字符。
3.定义转换函数：根据当前状态和输入，定义状态转换函数。
转换函数是有限状态机的核心，它决定了在给定状态下，下一个状态应该是什么。
转换函数可以使用条件语句、查找表、状态图等方式进行定义。
例如，在HTTP报文解析器中，可以定义一个转换函数，根据当前状态和读取的字符，判断下一个状态应该是解析起始行还是解析头部字段。
4.定义初始状态：确定有限状态机的初始状态。
初始状态是指解析报文开始时的状态。
例如，在HTTP报文解析器中，初始状态可以是解析起始行的状态。
5.读取输入并进行状态转换：开始处理报文，逐个读取报文的字符，并根据当前状态和读取的字符，在转换函数中进行状态转换。
如果转换函数返回了下一个状态，则切换到下一个状态；如果转换函数返回了错误标识或无法确定下一个状态，则解析过程可能出现错误或无法继续进行。
6.执行动作：在状态转换的过程中，可以执行特定的动作。
动作可以包括保存报文内容、记录解析错误、触发事件等。
例如，在HTTP报文解析器中，可以在解析起始行状态执行动作，将起始行中的方法、路径和协议版本提取出来。
有限状态机算法
有限状态机算法
有限状态机（Finite State Machine，FSM）算法是一种用于建模和控制系统的计算模型。
它是一个抽象的数学模型，由一组状态、转移函数和初始状态组成。
在有限状态机算法中，系统的行为被分解为一系列离散的状态，通过根据输入信号改变状态来实现状态转移，并根据当前状态执行相应的操作。
有限状态机算法可以用于各种领域，如软件开发、自动控制、通信协议等。
有限状态机算法的基本特点包括：
1. 状态（State）：系统的状态是有限且离散的，每个状态代表系统处于某种特定的工作状态。
2. 转移函数（Transition Function）：转移函数定义了在给定输入信号下，系统从一个状态转移到另一个状态的规则。
3. 初始状态（Initial State）：系统的初始状态是指系统在开始运行时所处的状态。
4. 输入信号（Input）：输入信号触发状态的转移，导致系统从一个状态进入另一个状态。
5. 输出动作（Output Action）：系统在状态转移时可能会执行一些操作或生成输出。
有限状态机算法可以使用不同的表示方法，常见的有状态转移图（State Transition Diagram）和状态转移表（State Transition Table）。
在实际应用中，可以使用编程语言来实现有限状态机算法，
通过定义状态、转移函数和处理逻辑来实现系统的控制。
总之，有限状态机算法是一种强大的建模和控制工具，可以帮助我们分析和设计系统的行为，实现复杂系统的状态管理和流程控制。
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中的状态非常多，或者状态之间的转换关系异常复杂，那么简单地
使用switch语句构造出来的状态机将是不可维护的。
2014-10-1
通信软件设计
第19页
doorFSM程序实例
（1）新建一个Win32 Console Application的简单应用程序，并利
用ClassWiard建立doorFSM类，用doorFSM实现状态机。
2014-10-1 通信软件设计 第21页
doorFSM.cpp实现文件
void DoorFSM::processEvent( Event e ) { States yOld = doorState; bool pass = false; switch( yOld ) { //transitions case Closed: if( e == Open ) { //outcome actions doorState = Opened; pass = true; } else if( e == Lock ) {//outcome actions doorState = Locked; pass = true; } break;
源状态 0 0 1 1 2
2014-10-1
输入 a C d b d
手工编写状态机
与其他常用的设计模式有所不同，程序员想要在自己的软件系统 中加入状态机时，必须再额外编写一部分用于逻辑控制的代码， 如果系统足够复杂的话，这部分代码实现和维护起来还是相当困 难的。
在实现有限状态机时，使用switch语句是最简单也是最直接的一 种方式，其基本思路是为状态机中的每一种状态都设置一个case 分支，专门用于对该状态进行控制。
2014-10-1
通信软件设计
第6页
有限状态机—例1
红绿灯 红绿灯运作的原理相当简单，从一开始绿灯，经过一段时间后， 将变为黄灯， 再隔一会儿，就会变成红灯，如此不断反覆。 其 FSM如下。
2014-10-1
通信软件设计
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有限状态机—例2
自动贩售机 假设有简单的一自动贩卖机贩售两类商品，一类售价20元，
网络的信令等。在处理这些消息时，类Telephone所要采取的行为完全
依赖于它当前所处的状态，此时使用状态机将是一个不错的选择。
2014-10-1 通信软件设计 第12页
为什么使用有限状态机
游戏引擎是有限状态机最为成功的应用领域之一，由于设计良好的状 态机能够被用来取代部分的人工智能算法，因此游戏中的每个角色或 者器件都有可能内嵌一个状态机。
主要原因在于它当前的行为并不依赖于过去的某个状态。
并不是所有情况都会如此简单，事实上许多实用的软件系统都必须维 护一两个非常关键的对象，它们通常具有非常复杂的状态转换关系，
而且需要对来自外部的各种事件进行响应。
例如，在VoIP电话系统（找状态图）中，电话类（Telephone）的实例 必须能够响应来自对方的随机呼叫，来自用户的按键事件，以及来自
另一类售价50元。 如果该贩卖机只能辨识10元及50元硬币。 一
开始机器处于Hello的状态，当投入10元时，机器会进入余额不足 的状态，直到投入的金额大于20元为止。 如果一次投入50元，则 可以选择所有的产品，否则就只能选择20元的产品。 完成选择后， 将会卖出商品并且找回剩余的零钱，随后，机器又将返回初始的状 态。 其FSM如下。
第五讲 有限状态机
主要内容
1. 有限状态机的基本概念
2. 有限状态机编程方法
2014-10-1
通信软件设计
第2页
状态机的引入
状态机理论最初的发展在数字电路设计领域。
在数字电路方面，根据输出是否与输入信号有关，状 态机可以划分为Mealy型和Moore型状态机。 Moore 型状态机的输出只和当前状态有关，和输入无关。 Mealy型状态机的输入是由当前状态和输入共同决定。
而在软件设计领域，状态机的理论俨然已经自成一体， 它经常用来描述一些复杂的算法，表明一些算法的内 部的结构和流程，更多的关注于程序对象的执行顺序。
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通信软件设计
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静态顺序结构
动态结构
2014-10-1
通信软件设计
第4页
有限状态机
有限自动机（Finite Automata Machine）是计算机科学 的重要基石，它在软件开发领域内通常被称作有限状态 机（Finite State Machine），是一种应用非常广泛的软 件设计模式。
其它对象，或者通过接受消息来改变自身。
2014-10-1
通信软件设计
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为什么使用有限状态机
在银行客户管理系统中，客户类（Customer）的实例在需要的时候，
可能会调用帐户（Account）类中定义的getBalance()方法。在这种简 单的情况下，类Customer并不需要一个有限状态机来描述自己的行为，
优点：简单明了，比较精确。 缺点：对许多复杂的协议，事件数和状态数会剧增，处理困难。
2014-10-1 通信软件设计 第10页
为什么使用有限状态机
在面向对象的软件系统中，一个对象无论多么简单或者多么复杂，都 必然会经历一个从开始创建到最终消亡的完整过程，这通常被称为对 象的生命周期。
对象在其生命期内是不可能完全孤立的，它必须通过发送消息来影响
2014-10-1
通信软件设计
第8页
基本概念
在描述有限状态机时，常会碰到的几个基本概念：
状态（State） 指的是对象在其生命周期中的一种状况，处于 某个特定状态中的对象必然会满足某些条件、执行某些动作或 者是等待某些事件。 事件（Event） 指的是在时间和空间上占有一定位置，并且对 状态机来讲是有意义的那些事情。事件通常会引起状态的变迁， 促使状态机从一种状态切换到另一种状态。 转换（Transition） 指的是两个状态之间的一种关系，表明对 象将在第一个状态中执行一定的动作，并将在某个事件发生同 时某个特定条件满足时进入第二个状态。
通信软件设计
第22页
自动生成状态机
为实用的软件系统编写状态机并不是一件十分轻松的事情，特别是 当状态机本身比较复杂的时候尤其如此。人们开始尝试开发一些工 具来自动生成有限状态机的框架代码，而在Linux下就有一个挺不 错的选择──FSME（Finite State Machine Editor）。
3) f : S × → S，f 是转换函数，表示某状态接受某个输入字符所到
达的状态，如：f(p,a) = q，p，qS，a 4) S0 S， S0是S中的元素，是唯一的一个初态 5) ZS，且 Z ，Z是S的一个子集，是一个终态集，或叫结束集
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通信软件设计
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确定的有限状态机
d 0 a 1 2 b d
左侧的状态图，在数学上称作DFA，
3
其形式化定义为： M=(S, , f, S0, Z) = {a , b , c , d } Z = {3}
目的状态 1 2 1 3 3
通信软பைடு நூலகம்设计 第17页
c
其中，S = {0 , 1 , 2 , 3 } S0 = 0 f:
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通信软件设计
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控制城门的状态机
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通信软件设计
第14页
主要内容
1. 有限状态机的基本概念
2. 有限状态机编程方法
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通信软件设计
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确定的有限状态机
一个DFA M是一个五元组，记作 M = (S, , f, S0, Z)，其中
1) S = {状态i}，S是一个有限集，其中的每一个元素称为一个状态 2) = {输入字符i}，是一个有穷字母表，它的每一个元素称为一个 输入字符
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case Unlocked: if( e == Lock ) {//outcome actions doorState = Locked; pass = true; } else if( e == Open ) {//outcome actions doorState = Opened; pass = true; } break; case Locked: if( e == Unlock ) {//outcome actions doorState = Unlocked; pass = true; } break;
学习doorFSM工程，如何编程实现有限状态机。
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通信软件设计
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手工编写状态机
在很长一段时期内，使用switch语句一直是实现有限状态机的唯一
方法，甚至像编译器这样复杂的软件系统，大部分也都直接采用这
种实现方式。但之后随着状态机应用的逐渐深入，构造出来的状态 机越来越复杂，这种方法也开始面临各种严峻的考验。如果状态机
有限状态机的作用主要是描述对象在它的生命周期内所 经历的状态序列，以及如何响应来自外界的各种事件。 在现实中，有许多事情可以用有限个状态来表达，如:
红绿灯、电话机等等。 其实，在资讯领域中，很多事情 都是由有限的状态所组成，再由于不同的输入而衍生出 各个状态。
2014-10-1 通信软件设计 第5页
有限状态机
有限状态机FSM思想广泛应用于硬件控制电路设计，也 是软件上常用的一种处理方法(软件上称为FMM--有限 消息机)。它把复杂的控制逻辑分解成有限个稳定状态， 在每个状态上判断事件，变连续处理为离散数字处理， 符合计算机的工作特点。