Maquinas de estados finitos

Maquinas de estados finitos

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Las máquinas de estados finitos son un concepto muy útil que permite modelar comportamientos complejos. La idea básica es bastante simple. Tenemos un conjunto de estados posibles y definimos reglas que gobiernan las transiciones entre el estado actual y algún otro estado al recibir un evento. Entonces, ¿cómo implementar uno en C++17? Por supuesto, hay multitud de formas de hacerlo. En este artículo, tratamos de explorar otra posibilidad basada en varias adiciones más recientes al estándar C++.

Entonces, ¿qué es un estado? En realidad, puede ser cualquier cosa. Por el bien de este artículo vamos a suponer que es un objeto arbitrario. El tipo de ese objeto puede ser usado para distinguirlo de otros estados. De esta manera no tenemos que mantener una lista separada de todos los estados posibles (como una enumeración, por ejemplo). Además, no queremos imponer ninguna forma de relación entre esos tipos para mantenerlos lo más separados posible. Entonces, ¿cómo pasar y almacenar esos tipos completamente independientes? Una plantilla variádica que contenga una std::tuple (ambas introducidas en C++11) puede ayudarnos con eso.

dibujo de máquinas de estado finito

Una máquina abstracta que puede estar exactamente en uno de un número finito de estados en cualquier momento. La FSM puede cambiar de un estado a otro en respuesta a algunas entradas externas y/o a la satisfacción de una condición.

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Clases de autómatas (Al hacer clic en cada capa se obtiene un artículo sobre ese tema)Una máquina de estado finito (FSM) o autómata de estado finito (FSA, plural: autómata), autómata finito, o simplemente una máquina de estado, es un modelo matemático de computación. Es una máquina abstracta que puede estar exactamente en uno de un número finito de estados en cualquier momento. El FSM puede cambiar de un estado a otro en respuesta a algunas entradas externas y/o a la satisfacción de una condición; el cambio de un estado a otro se denomina transición. Una FSM se define mediante una lista de sus estados, su estado inicial y las condiciones de cada transición. Las máquinas de estados finitos son de dos tipos: máquinas de estados finitos deterministas y máquinas de estados finitos no deterministas. Una máquina de estados finitos determinista puede construirse de forma equivalente a cualquier máquina no determinista.

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Sabemos que los circuitos secuenciales síncronos cambian (afectan) sus estados por cada transición positiva (o negativa) de la señal de reloj en función de la entrada. Por lo tanto, este comportamiento de los circuitos secuenciales síncronos se puede representar en forma gráfica y se conoce como diagrama de estados.

Como se muestra en la figura, hay dos partes presentes en la máquina de estado de Mealy. Estas son la lógica combinacional y la memoria. La memoria es útil para proporcionar algunas o parte de las salidas anteriores (estados actuales) como entradas de la lógica combinacional.

En la figura anterior, hay tres estados: A, B y C. Estos estados están etiquetados dentro de los círculos y cada círculo corresponde a un estado. Las transiciones entre estos estados se representan con líneas dirigidas. Aquí, 0 / 0, 1 / 0 y 1 / 1 denotan entrada / salida. En la figura anterior, hay dos transiciones de cada estado basadas en el valor de la entrada, x.

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En general, el número de estados requeridos en la máquina de estado Mealy es menor o igual al número de estados requeridos en la máquina de estado Moore. Hay una máquina de estado de Moore equivalente para cada máquina de estado de Mealy.

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En una máquina de estados finitos convencional, la transición está asociada a un conjunto de condiciones booleanas de entrada y a un conjunto de funciones booleanas de salida. En un modelo de máquina de estados finitos ampliada (EFSM), la transición puede expresarse mediante una «sentencia if» que consiste en un conjunto de condiciones de activación. Si se cumplen todas las condiciones de activación, la transición se dispara, llevando la máquina del estado actual al siguiente y realizando las operaciones de datos especificadas.

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