有限状态机FSM(finite-state macine)

常用概念

状态机(State Machine)全称是[有限状态自动机]，不是指一台实际机器，而是现实事物运行规则抽象而成的一个数学模型。它由一组状态、转移条件和动作组成。

这里的自动可以理解成: 给定一个状态机，同时给定它的当前状态以及输入，那么输出状态是可以明确地运算出来的。

通常讨论的状态机都是指有限状态机。实际上讨论的状态机都是有限状态数的。

设计模式中的状态模式,

有限状态机被广泛应用于计算机科学和电子工程领域，特别是在硬件设计、协议设计、编译器优化等方面有着广泛的应用。

事件驱动编程：状态机可以用于处理事件驱动的编程模型。当系统接收到不同的事件时，状态机可以根据当前状态和事件类型执行相应的操作和状态转换。
业务流程管理：状态机可以用于描述和管理复杂的业务流程。例如，订单处理、审批流程、工作流程等都可以使用状态机来跟踪和控制不同的状态和流转条件。
用户界面：状态机在用户界面开发中非常有用。它可以用于管理用户界面的不同状态和交互流程。例如，表单验证、页面导航、菜单选择等都可以使用状态机来处理用户界面的各种情况。
游戏开发：状态机在游戏开发中广泛应用。游戏中的角色状态、关卡流程、游戏规则等都可以使用状态机来管理和实现。
设备控制：状态机可以用于控制各种设备的行为。例如，自动售货机、自动门、机器人等都可以使用状态机来管理设备的不同状态和行为。
解析器和编译器：状态机在解析器和编译器的实现中非常重要。它可以用于解析和分析源代码，根据语法规则和语义规则执行相应的操作。
网络通信：状态机可以用于描述和管理网络通信协议的状态和行为。例如，TCP连接管理、HTTP请求处理等都可以使用状态机来处理网络通信过程。

适用于条件简单，状态固定，没有新增和扩展的需求。

优点：状态机代码直译，简单直接，状态逻辑比较集中，容易查看。

缺点：对于较复杂的状态机，这种方式容易遗漏或者写错。大量的if-else和switch-case代码分支判断逻辑，可读性和可扩展性比较差，对新增和修改的场景容易引入bug。

通过二维数组来表达状态机，适用于复杂状态机，执行动作比较固定和简单的场景，比如游戏这种状态比较多的场景就适合用查表法。

优点：相对于分支逻辑的实现方式，查表法的代码实现更加清晰，可读性和可维护性更好。

缺点：遇到比较复杂的动作，就无法通过简单的二维数组表示了，有一定的局限性。

状态模式通过将事件触发的状态转移和动作执行，拆分到不同的状态类中，来避免分支判断逻辑。

优点：代码结构更清晰，可以规避过多的分支逻辑判断，代码可维护性更高。

缺点：状态模式会引入很多状态类，如果状态颗粒度控制不好，会导致状态类爆炸问题；另外逻辑比较分散，集中在状态类中，无法在一个地方整体看出整个状态机的逻辑。

传统有限状态机在处理复杂系统时，容易出现「状态爆炸」问题。所谓「状态爆炸」问题，是指在处理过程中，状态的数量呈指数级增长，导致系统的性能急剧下降。为了解决这个问题，可以采用以下几种方法：

子状态划分：将一个大的状态划分为若干个较小的子状态，通过子状态之间的转移来实现大状态之间的转移。这样可以减少系统中的状态数量，降低系统的复杂度。
层次化状态机：将有限状态机分为多个层次，每层包含若干个子状态。通过在不同层次之间进行转移来实现整个系统的状态转移。这样可以减少系统中的状态数量，提高系统的性能。
动态规划：通过对系统的状态进行动态规划，只保留必要的状态信息，从而减少系统中的状态数量。这种方法需要对系统的行为进行分析，以确定哪些状态是必要的，哪些状态是可以省略的。
优化算法：通过对有限状态机的转移函数进行优化，减少不必要的状态转移，从而降低系统的复杂度。这种方法需要对系统的行为进行深入分析，以确定如何优化转移函数。

最后更新于 2024-06-04 12:50:59 并被添加「」标签，已有 1281 位童鞋阅读过。

本站使用「署名 4.0 国际」创作共享协议，可自由转载、引用，但需署名作者且注明文章出处