自动机理论 |设置 9

自动机理论是计算机科学中的重要概念，是描述和实现程序中的状态转换的数学模型。自动机通常包括有限状态机、图灵机等，它们被应用于诸如编译器、网络协议等领域。本文将重点讨论有限状态机的概念、实现和应用。

有限状态机

概念

有限状态机（Finite State Machine，FSM）是一种数学模型，能够描述某些事物的各种状态。FSM 由若干状态及其之间的转移构成。称传导转移的条件为事件，每种事件有不同的响应，即状态的变更以及动作的执行。FSM本质上是一个分形自相似结构，它可以分成若干层次，上一级的状态和下一级的状态又可以看成两个子FSM。有限状态机可以用一张有向图表示，其中节点表示状态，边表示状态之间的转移。

实现

有限状态机的实现需要注意以下几点：

• 需要维护当前状态；

• 需要定义状态转移函数，即给定当前状态和输入事件，得到下一个状态；

• 有限状态机可以使用状态图或者状态表实现。

在实际应用中，有限状态机经常被用来实现协议处理、业务逻辑以及复杂的控制流程等。

应用

FSM广泛应用于软件开发、硬件设计、自然语言处理、图像识别等领域。如：

• 编译器中语法分析器的设计；

• 视频编解码器中的压缩算法；

• 通信协议的实现和调试；

• 人脸识别和物体跟踪中的算法设计；

• 游戏中角色AI的实现等。

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# 自动机理论 |设置 9

自动机理论是计算机科学中的重要概念，是描述和实现程序中的状态转换的数学模型。自动机通常包括有限状态机、图灵机等，它们被应用于诸如编译器、网络协议等领域。本文将重点讨论有限状态机的概念、实现和应用。

## 有限状态机

### 概念

有限状态机（Finite State Machine，FSM）是一种数学模型，能够描述某些事物的各种状态。FSM 由若干状态及其之间的转移构成。称传导转移的条件为事件，每种事件有不同的响应，即状态的变更以及动作的执行。FSM本质上是一个分形自相似结构，它可以分成若干层次，上一级的状态和下一级的状态又可以看成两个子FSM。有限状态机可以用一张有向图表示，其中节点表示状态，边表示状态之间的转移。

### 实现

有限状态机的实现需要注意以下几点：

- 需要维护当前状态；

- 需要定义状态转移函数，即给定当前状态和输入事件，得到下一个状态；

- 有限状态机可以使用状态图或者状态表实现。

在实际应用中，有限状态机经常被用来实现协议处理、业务逻辑以及复杂的控制流程等。

### 应用

FSM广泛应用于软件开发、硬件设计、自然语言处理、图像识别等领域。如：

- 编译器中语法分析器的设计；

- 视频编解码器中的压缩算法；

- 通信协议的实现和调试；

- 人脸识别和物体跟踪中的算法设计；

- 游戏中角色AI的实现等。