一文详解Go语言中的有限状态机FSM

一文详解Go语言中的有限状态机FSM

什么是FSM？

先来了解一下什么是有限状态机（FSM，Finite State Machine）。

有限状态机是一种计算模型，它可以被形式化的表示为：FSM = {Q, Σ, δ, q0, F}。其中：

• Q 表示可能的状态集合；
• Σ 表示输入符号集合；
• δ 表示状态转移函数，它接收一个状态和一个输入符号，返回下一个可能的状态；
• q0 表示初始状态；
• F 表示可能的终止状态集合。

有限状态机可以被描述为一个有向图，其中节点表示状态，边连接表示状态之间的转换。

在Go语言中实现有限状态机

在Go语言中实现一个有限状态机，可以使用结构体来表示状态，使用方法来表示状态转移。

下面是一个简单的状态机示例：

type State int

const (
    Locked State = iota
    Unlocked
)

type StateMachine struct {
    state State
}

func NewStateMachine() *StateMachine {
    return &StateMachine{state: Locked}
}

func (sm *StateMachine) InsertCoin() bool {
    switch sm.state {
    case Locked:
        sm.state = Unlocked
        return true
    case Unlocked:
        return false
    }
    return false
}

func (sm *StateMachine) Push() bool {
    switch sm.state {
    case Locked:
        return false
    case Unlocked:
        sm.state = Locked
        return true
    }
    return false
}

在上面的示例中，我们使用 State 来表示状态，使用 StateMachine 来表示整个有限状态机。

在 NewStateMachine 方法中，我们设置状态机的初始状态为 Locked。

在 InsertCoin 和 Push 方法中，我们根据当前状态进行状态转移，并且返回操作是否成功。

状态机示例1

现在，我们使用上面的状态机实现一个简单的硬币投入和转动机器的控制系统。

下面是示例代码：

package main

func main() {
    sm := NewStateMachine()

    if sm.Push() {
        fmt.Println("Machine is not accepting coins")
    } else {
        fmt.Println("Machine is locked and not accepting coins")
    }

    if sm.InsertCoin() {
        fmt.Println("Coin inserted")
    } else {
        fmt.Println("Coin not accepted")
    }

    if sm.Push() {
        fmt.Println("Machine is unlocked")
    } else {
        fmt.Println("Machine is still locked with one coin")
    }

    if sm.InsertCoin() {
        fmt.Println("Coin inserted")
    } else {
        fmt.Println("Coin not accepted")
    }

    if sm.Push() {
        fmt.Println("Machine is locked and not accepting coins")
    } else {
        fmt.Println("Machine is unlocked with one coin")
    }
}

在上面的示例代码中，我们首先创建了一个新的状态机，并且检查状态机是否处于锁定状态。

然后我们尝试插入硬币，并且检查硬币是否被接受。

接着，我们尝试转动机器，并且检查机器是否被解锁。

最后我们再次插入一枚硬币，并且检查机器是否被解锁。

状态机示例2

下面是另一个更复杂一些的状态机示例，它用于检测一个字符串是否是回文。

type State int

const (
    Start State = iota
    EvenLengthString
    OddLengthString
    Palindrome
    NotPalindrome
)

type StateMachine struct {
    state    State
    position int
    length   int
    input    []rune
}

func NewStateMachine(input string) *StateMachine {
    sm := &StateMachine{
        state:    Start,
        position: 0,
        length:   len(input),
        input:    []rune(input),
    }
    return sm
}

func (sm *StateMachine) Next() {
    switch sm.state {
    case Start:
        if sm.length%2 == 0 {
            sm.state = EvenLengthString
        } else {
            sm.state = OddLengthString
        }
    case EvenLengthString:
        if sm.position == sm.length/2 {
            sm.state = Palindrome
        } else if sm.input[sm.position] != sm.input[sm.length-sm.position-1] {
            sm.state = NotPalindrome
        }
        sm.position += 1
    case OddLengthString:
        if sm.position == sm.length/2 {
            sm.state = Palindrome
        } else if sm.input[sm.position] != sm.input[sm.length-sm.position-1] {
            sm.state = NotPalindrome
        }
        sm.position += 1
    }
}

func (sm *StateMachine) IsPalindrome() bool {
    for {
        switch sm.state {
        case Palindrome:
            return true
        case NotPalindrome:
            return false
        default:
            sm.Next()
        }
    }
}

在上面的示例中，我们使用 State 表示状态，使用 StateMachine 来表示整个有限状态机。

在 NewStateMachine 方法中，我们初始化输入字符串，并且设置状态机的初始状态为 Start。

在 Next 方法中，我们根据当前状态和输入字符位置进行状态转移。

在 IsPalindrome 方法中，我们循环遍历状态机，直到到达最终状态，如果状态是 Palindrome，返回 true，否则返回 false。

状态机示例2使用

现在，我们使用上面的状态机检测一个字符串是否是回文。

下面是示例代码：

package main

func main() {
    sm := NewStateMachine("racecar")

    if sm.IsPalindrome() {
        fmt.Println("racecar is a palindrome")
    } else {
        fmt.Println("racecar is not a palindrome")
    }

    sm = NewStateMachine("hello")

    if sm.IsPalindrome() {
        fmt.Println("hello is a palindrome")
    } else {
        fmt.Println("hello is not a palindrome")
    }
}

在上面的示例代码中，我们首先创建了一个新的状态机，并使用 IsPalindrome 方法检测是否为回文。

然后我们创建了另一个新的状态机，并且再次使用 IsPalindrome 方法检测是否为回文。

总结

以上就是在Go语言中实现有限状态机的完整攻略。状态机是一种很有用的计算模型，在实际应用中有很多用处，希望这篇文章能够给你带来帮助。