有限状态机FSM详解及其实现
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,有向加权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”,表示成功识别了所输入的字符序列。
在启动一个FSM时,首先必须将FSM置于“起始状态”,然后输入一系列字符,最终,FSM会到达“结束状态”或者“消亡状态”。
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。
FSM的实现
程序设计思路大致如下:
- 使用状态转换图描述FSM
- 状态转换图中的结点对应不同的状态对象
- 每个状态对象通过一个输入字符转换到另一个状态上,或者保持原状态不变。
通过输入字符从一个状态切换到另一个状态的过程,我们称之为一个映射。在计算机程序设计中,我们可以有两种表示映射的方法:
- 通过算法表示,即“可执行代码(Executable Code)”方式
- 通过一张映射表,即“被动数据(Passive Data)”方式
如下详细介绍这两种实现方式:
- 通过Executable Code实现映射的FSM:
这种方式主要是通过条件分支来处理不同的字符,如if或者switch语句块,如
State* State1::Transition(char c)
{
switch(c)
{
case 'A':
return &s2;
case 'B':
return &s3;
case 'C':
return &s4;
case 'D':
return &s5;
case '\0':
return NULL;
default:
return NULL;
}
}
- 通过Passive Data实现映射的FSM:
在如上的switch分支中,其使用类型大致相同,因此,我们可以考虑将相似的信息保存到一张表中,这样就可以在程序中避免很多函数调用。在每个状态中都使用一张转换表来表示映射关系,转换表的索引使用输入字符来表示。此外,由于通过转换表就可以描述不同状态之间的变化,那么就没有必要将每种状态定义为一个类了,即不需要多余的继承和虚函数了,仅使用一个State即可。
#include <limits.h> class State
{
public:
State();
State* transition[range];
}; 对于任意一个状态state和输入字符c,后续状态都可以通过state.transition[c]来确定。 类Fsm中的成员state包含6个状态,为了对应方便,我们将结束状态放在state[]中,每个状态都使用一个三元组 { 当前状态,输入字符,下一个状态 } 来表示: struct TransGraph // use triple to describe map
{
int current_state;
char input_char;
int next_state;
};
如此,使用了转换表代替了虚函数,简化了程序的设计。
// fsm_with_passive_data.h
#ifndef FSM_WITH_PASSIVE_DATA_H
#define FSM_WITH_PASSIVE_DATA_H #include <string.h>
#include <limits.h> // CHAR_MAX const int range = CHAR_MAX + ; class State
{
public:
State();
State* transition[range];
}; struct TransGraph // use triple to describe map
{
int current_state;
char input_char;
int next_state;
}; class Fsm
{
public:
Fsm();
void Reset(); // move to start state
void Advance(char c); // advance one transition
int EndState();
int DoomState(); private:
State* p_current; // &s1, &s2, ..., &s6; NULL ==> doom
State state[]; // 6 states, state[0] is end state
}; #endif // FSM_WITH_PASSIVE_DATA_H // fsm_with_passive_data.cc
#include "fsm_with_passive_data.h" State::State()
{
for (int i = ; i < range; ++i)
transition[i] = NULL;
} Fsm::Fsm()
{
static TransGraph graph[] =
{
{, 'A', }, {, 'B', }, {, 'C', }, {, 'D', },
{, 'E', }, {, 'I', },
{, 'F', }, {, 'J', }, {, 'M', },
{, 'G', }, {, 'K', },
{, 'H', }, {, 'L', }, {, 'O', }, {, 'N', },
{, , }
}; for (TransGraph* p_tg = graph; p_tg->current_state != ; ++p_tg)
state[p_tg->current_state].transition[p_tg->input_char] = &state[p_tg->next_state]; p_current = NULL;
} void Fsm::Reset()
{
p_current = &state[];
} void Fsm::Advance(char c)
{
if (p_current != NULL)
p_current = p_current->transition[c];
} int Fsm::EndState()
{
return p_current == &state[];
} int Fsm::DoomState()
{
return p_current == NULL;
} // test_with_passive_data.cc
#include "fsm_with_passive_data.h" #include "stdio.h" // printf, scanf
#include "stdlib.h" // system void test_fsm()
{
char input_string[];
printf("Enter input expression: ");
scanf("%s", input_string); Fsm fsm;
fsm.Reset();
int index = ;
fsm.Advance(input_string[index++]); while (!fsm.EndState() && !fsm.DoomState())
fsm.Advance(input_string[index++]); if (fsm.EndState())
printf("\nValid input expression");
else
printf("\nInvalid input expression");
} int main()
{
test_fsm(); system("pause");
}
通用FSM的设计
如果类Fsm可以表示任意类型的FSM,那么就更符合程序设计的要求了。在构造函数中执行的具体配置应该被泛化为一种机制,我们通过这种机制来建立任意的FSM。在Fsm的构造函数中,应该将转换表作为一个参数传入,而非包含具体的转换表,如此,则不需要将转换表的大小硬编码到Fsm中了。因此,在构造函数中必须动态地创建这个存放转换表的内存空间,在析构函数中记着销毁这块内存。
class Fsm
{
public:
Fsm(TransGraph* p_tg);
virtual ~Fsm();
void Reset();
void Advance(char c);
int EndState();
int DoomState(); private:
State* p_current;
State* p_state;
}; Fsm::Fsm(TransGraph* p_tg)
{
int max_state = ; // size for dynamically allocated graph
for (TransGraph* p_temp = p_tg; p_temp->current_state != ; ++p_temp)
{
if (p_temp->current_state > max_state)
max_state = p_temp->current_state;
if (p_temp->next_state > max_state)
max_state = p_temp->next_state;
} p_state = new State[max_state + ];
for (TransGraph* p_temp = p_tg; p_temp->current_state != ; ++p_temp)
p_state[p_temp->current_state].transition[p_temp->input_char] = &p_state[p_temp->next_state]; p_current = NULL;
} Fsm::~Fsm()
{
delete []p_state;
}
// fsm_with_generalization.h
#ifndef FSM_WITH_GENERALIZATION_H
#define FSM_WITH_GENERALIZATION_H #include <string.h>
#include <limits.h> // CHAR_MAX const int range = CHAR_MAX + ; class State
{
public:
State();
State* transition[range];
}; struct TransGraph
{
int current_state;
char input_char;
int next_state;
}; class Fsm
{
public:
Fsm(TransGraph* p_tg);
virtual ~Fsm();
void Reset();
void Advance(char c);
int EndState();
int DoomState(); private:
State* p_current;
State* p_state;
}; #endif // FSM_WITH_GENERALIZATION_H // fsm_with_generalization.cc
#include "fsm_with_generalization.h" State::State()
{
for (int i = ; i < range; ++i)
transition[i] = NULL;
} Fsm::Fsm(TransGraph* p_tg)
{
int max_state = ; // size for dynamically allocated graph
for (TransGraph* p_temp = p_tg; p_temp->current_state != ; ++p_temp)
{
if (p_temp->current_state > max_state)
max_state = p_temp->current_state;
if (p_temp->next_state > max_state)
max_state = p_temp->next_state;
} p_state = new State[max_state + ];
for (TransGraph* p_temp = p_tg; p_temp->current_state != ; ++p_temp)
p_state[p_temp->current_state].transition[p_temp->input_char] = &p_state[p_temp->next_state]; p_current = NULL;
} Fsm::~Fsm()
{
delete []p_state;
} void Fsm::Reset()
{
p_current = &p_state[];
} void Fsm::Advance(char c)
{
if (p_current != NULL)
p_current = p_current->transition[c];
} int Fsm::EndState()
{
return p_current == &p_state[];
} int Fsm::DoomState()
{
return p_current == NULL;
} // test_with_generalization.cc
#include "fsm_with_generalization.h" #include "stdio.h" // printf, scanf
#include "stdlib.h" // system void test_fsm()
{
char input_string[];
printf("Enter input expression: ");
scanf("%s", input_string); TransGraph graph[] =
{
{, 'A', }, {, 'B', }, {, 'C', }, {, 'D', },
{, 'E', }, {, 'I', },
{, 'F', }, {, 'J', }, {, 'M', },
{, 'G', }, {, 'K', },
{, 'H', }, {, 'L', }, {, 'O', }, {, 'N', },
{, , }
}; Fsm fsm(graph);
fsm.Reset();
int index = ;
fsm.Advance(input_string[index++]); while (!fsm.EndState() && !fsm.DoomState())
fsm.Advance(input_string[index++]); if (fsm.EndState())
printf("\nValid input expression");
else
printf("\nInvalid input expression");
} int main()
{
test_fsm(); system("pause");
}
当然也可以将上述程序中的转换表不放在主程序中,而是由一个派生自Fsm的子类SpecificFsm提供,在SpecificFsm中设置具体的转换表,然后通过SpecificFsm的初始化列表传到基类Fsm中,这样在主程序中就可以使用SpecificFsm来进行操作了。
原文地址:http://www.cnblogs.com/benxintuzi/p/4931258.html
有限状态机FSM详解及其实现的更多相关文章
- [原创][FPGA]有限状态机FSM学习笔记(一)
1. 概述--何为有限状态机FSM? 有限状态机-Finite State Machine,简写为FSM,是表示有限个状态及在这些状态之间的转移和动作等行为的数学模型,在计算机领域有着广泛的应用.通常 ...
- OSI模型各层详解
1. OSI概述 1.1 模拟器说明 1.1.1 模拟器的作用 搭建实验环境进行测试. 1.1.2 模拟器的类型 PT:一般是学校中使用,命令不完整,且不能抓包 GNS3:思科(CCNA,CCNP), ...
- BGP路由协议详解(完整篇)
原文链接:http://xuanbo.blog.51cto.com/499334/465596/ 2010-12-27 12:02:45 上个月我写一篇关于BGP协议的博文,曾许诺过要完善这个文档,但 ...
- 【流媒体开发】VLC Media Player - Android 平台源码编译 与 二次开发详解 (提供详细800M下载好的编译源码及eclipse可调试播放器源码下载)
作者 : 韩曙亮 博客地址 : http://blog.csdn.net/shulianghan/article/details/42707293 转载请注明出处 : http://blog.csd ...
- TCP连接的建立与终止过程详解
TCP连接的建立与终止: 1.TCP连接的建立 设主机B运行一个服务器进程,它先发出一个被动打开命令,告诉它的TCP要准备接收客户进程的连续请求,然后服务进程就处于听的状态.不断检测是否有客 ...
- 【转】angular中$parse详解教程
原文: https://yq.aliyun.com/ziliao/40516 ------------------------------------------------------------- ...
- 转载:tcp详解
TCP详解 转自:http://www.cnblogs.com/kzloser/articles/2582957.html 首部格式 图释: 各个段位说明: 源端口和目的端口: 各占 2 字节.端口是 ...
- Linq之旅:Linq入门详解(Linq to Objects)
示例代码下载:Linq之旅:Linq入门详解(Linq to Objects) 本博文详细介绍 .NET 3.5 中引入的重要功能:Language Integrated Query(LINQ,语言集 ...
- 架构设计:远程调用服务架构设计及zookeeper技术详解(下篇)
一.下篇开头的废话 终于开写下篇了,这也是我写远程调用框架的第三篇文章,前两篇都被博客园作为[编辑推荐]的文章,很兴奋哦,嘿嘿~~~~,本人是个很臭美的人,一定得要截图为证: 今天是2014年的第一天 ...
随机推荐
- 【Android】17.4 Activity与IntentService的绑定
分类:C#.Android.VS2015: 创建日期:2016-03-03 一.简介 本示例通过AlarmManager类以固定的时间间隔调用服务(每隔2秒更新一次随机生成的股票数据).如果将此示例的 ...
- javaperformanceoptimization
http://javaperformanceoptimization.nirmaldelli.com/ http://stackoverflow.com/questions/42824366/sql- ...
- 技术blog链接
http://www.cnblogs.com/anrainie/ 蔡羽 基础知识漫谈 http://blog.csdn.net/ioio_jy 姜晔的技术专栏 从苏宁电器到卡巴斯基
- Mysql取分组中前N条记录
表结构如下:CREATE TABLE `dwb_rmirror_req_d` ( `thedate` varchar(10) NOT NULL DEFAULT '', `node` varchar(1 ...
- java图片截取组件ImageIO
引用:http://blog.csdn.net/cdl2008sky/article/details/7775681 javax.imageio使用 ImageIO 类的静态方法可以执行许多常见的图像 ...
- tomcat配置目录映射
修改server.xml,在<host>中添加<Context>,具体配置如下: <!-- 目录映射 --> <Context path="/upl ...
- BAT-使用BAT方法清理Delphi临时文件
@echo offdel /S *.~*del /S *.dcudel /S *.dskdel /S *.hppdel /S *.ddpdel /S *.mpsdel /S *.mptdel /S * ...
- PHP中Array的hash函数实现
PHP中使用最多的非Array莫属了,那Array是如何实现的? 在PHP内部Array通过一个hashtable来实现,其中使用链接法解决hash冲突的问题,这样最坏情况下,查找Array元素的复杂 ...
- 【WPF/WAF】主界面(ShellWindow)引入别的界面布局
问题:主界面如果只用一个布局文件ShellWindow.xaml,会写得很大很臃肿.需要分为多个布局文件,然后由主界面引入.参考http://waf.codeplex.com/官方的BookLibra ...
- [mmc]设备树节点含义
&mmc3 { status = "okay"; dmas = <&edma &edma >; dma-names = "tx&quo ...