有限自动机ATM机状态转换

有限自动机ATM机状态转换

0引言

有限自动机源于20世纪40年代，是一种用于研究离散事件动态系统的数学模型,1943年麦克卡赛(McCulloch)与皮特斯(Pitts)建立了模拟神经网络的自动机。1956年莫尔(Moore)建立了描述计算机的时序机的概念。此后,自动机理论迅速发展,与计算机技术密切结合,在人工智能、自动控制等领域有广泛应用。有限自动机是计算机科学的重要基石,它可以用来研究时序线路与计算机的构造,是计算机硬件的理论基础。由于计算机中的数以二进制形式表示,所以计算机基本的加法器功能可以用有限自动机来实现。计算机的操作系统在信息处理进程中需要一定资源。在不同资源条件下,进程处于不同的状态。进程活动中要不断提出申请资源和归还资源的请求,这些请求与进程的状态和资源的条件有关。操作系统的这些活动体现了一个有限自动机的功能特征,因此操作系统的信息处理过程可以用有限自动机来刻画。

1 ATM机状态分析

ATM机是当前银行较为常用的一种用户自助操作的机器，它是以实时操作系统软件基础实现的强实时系统。ATM机具有事务的基本特性，即：原子性、一致性、隔离性、持久性。其中，原子性保证了事务的操作是一个完整的过程，要么做，要么不做；一致性：保证事务从一个一致性状态转换到另外一个一致性状态，此特性与原子性密切相关；隔离性：即一个事务的执行不被其他事务所干扰，各事务之间执行互不干扰；持久性：即一个事务一旦提交，它对数据库中的数据改变就是永久性的。从插卡到某个动作操作成功为一个原子操作，要么成功，提交事务，更新数据库；要么失败，退回到插卡前的操作，数据库中数据仍为原来的数据，不发生改变。本文从ATM机的基本状态出发来讨论ATM机中的状态迁移。

ATM机的基本状态包含了插卡，输入密码，余额查询，取款，存款，转账，退出这几个基本状态。其中初始阶段为等待插卡阶段，此阶段等待磁卡的插入；插入以后则系统状态变为插卡状态，此状态判断插入的磁卡是否有效，有效则跳转到输入密码状态，系统状态变为登录状态，此时可以根据需要进行查询、取款、存款、转账等状态的转换；若输入密码错误则继续保持插卡状态等待正确的用户

密码；查询状态，直接查询账户余额；取款状态，输入取款金额，此状态需要判断取款金额是否大于账户余额，若大于，则操作失败，返回取款前的状态，若小于，则操作成功，提交事务，更新数据库数据；存款状态，判断放入的钱币是否有假钞和放入钱币的金额，若有假钞，退回到存入之前的操作直到放入的钱币全部为真，清点放入金额，提交事务，更新数据库数据。转账状态，此状态要进行账户名、卡号的核对，先进行账户名和卡号的核对，如果正确则输入转账金额状态，判断账户余额是否能够满足本次转账的金额，此状态与取款状态的取款操作类似。

3 ATM机形式语言的定义

ATM机可以用不确定的有限状态自动机（NFA）来定义，NFA=（Q，Σ，σ，Q0，F），NFA是个五元式。其中：Q是一个有限状态的集合，Qϵ{ WC，SC，LG，BQ，TM，TMS，SM，SMS，CB，CBS ，IM}；Σ是状态转换的条件字母表集合，Σϵ{ce,ci,pwc,pwi,tm,sm,cb，be,bu,hf,at,qu,re,ubc,ubu }；σ是状态转换函数；Q0为起始状态，Q0 ϵ{WC}；F是接收状态的集合，F ϵ{WC，SC，LG，BQ，TM，SM，CB，EX}。WC：等待插卡状态，SC：插卡状态，LG：登录状态，BQ：余额查询，TM：取款状态，TMS：取款成功，SM：存款状态，SMS：存款成功，CB：转账状态，CBS：转账成功，IM：输入转账金额状态。ce：磁卡有效，ci：磁卡无效，pwc：密码正确，pwi：密码错误，tm:取款，sm:存款，cb:转账，be：余额充足，bu：余额不足，hf：有假币，at：都是真币，qu，查询余额，re：返回，ubc：账号用户名匹配，ubu：账号用户名不匹配，ex：退卡。

4 ATM NFA图

5结论

本文通过对ATM机建立的NFA五元式，涵盖了ATM机中基本的状态，描述了ATM机的基本状态变换。本文为ATM机的研发提供了理论基础，使得ATM机中的状态变换清晰明了。同时，本文可能还存在某些不足，还希望老师指出。最后，我要感谢陈文宇老师给了我这个特别培养的机会。