问题讲解 状态转换图 分析与画法

UML的状态转换图UML（Unified Modeling Language），即统一建模语言，是一种软件设计标准化语言。

它以图形形式描述了软件系统模型，包括系统的用例、类结构、对象行为、组件、部署等。

其中，状态转换图是UML中的一种图表，用于描述系统中对象的状态转换情况，因此具有极高的重要性。

一、什么是状态转换图状态转换图是一种UML中的行为图表，它用于描述一个对象在不同状态下所做出的决策以及所进行的状态转换。

它的主要目的是为软件开发人员提供一个描述系统对象行为的可视化方式。

状态转换图中的状态（State）指的是对象在不同时间下所处的状态，状态之间的转换（Transition）则表示对象从一个状态转换到另一个状态，转换需要满足一定的条件和事件（Event）。

图中还可以包含其他元素，如伴生（Companion）、活动（Activity）等。

二、状态转换图的元素状态转换图一般包含以下几个元素：1. 状态（State）：指对象在不同时刻下所处的状态。

状态有两种类型：简单状态（Simple State）和复合状态（Composite State）。

2. 转换（Transition）：指对象从一个状态转变为另一个状态的行为。

转换可以分为外部转换（External Transition）和内部转换（Internal Transition）。

3. 事件（Event）：指触发对象状态转换的事件。

事件有三种类型：信号（Signal）、操作（Operation）、时间（Time）。

4. 条件（Guard Condition）：指转换发生的条件，即满足条件才能进行状态转换。

5. 动作（Action）：指转换完成后要执行的一些操作。

6. 伴生（Companion）：指与状态转换图关联的动态行为的其他图表。

7. 活动（Activity）：指状态转换图详细描述每个状态下处理逻辑的图表。

三、状态转换图的应用1. 需求分析：状态转换图可以帮助分析人员分析系统的状态，找出不同状态下的行为要素，并描述状态转换的规则。

词法分析（⼀）：状态转换图状态转换图状态转换图是⼀张有限有向图结点表⽰状态，结点⽤圆圈表⽰状态之间存在有向弧，弧上标记有字符或字符集，表⽰某⼀状态接受箭弧上的字符/字符集输⼊后到达另⼀状态⼀张状态转换图中的状态个数是有限的，其中有⼀个初态，⾄少有⼀个终态如上图表⽰状态1为初态，状态3为终态，状态1接受字符a到达状态2，接受数字到达状态3终态⽤双圈表⽰状态转换图可⽤于识别 / 接受⼀定的字符串若存在⼀条从初态到某⼀终态的道路，记这条路上所有弧上的标记符连接成的字（即字符串）为α，则称α被该状态转换图识别 / 接受⽐如上⾯的状态转换图，可以⽤来识别以字母开头，可以存在数字的标识符（状态3的*号表⽰，不包含到状态3的弧上的字符）可以识别整常数的状态图状态转换图在词法分析中的应⽤有某种简单的程序设计语⾔，单词表如下该语⾔所有合法的字都在该单词表内描述单词符号种别编码助记符内码值DIM1$DIM—IF2$IF—DO3$DO—STOP4$STOP—END5$END—标识符6$ID内部字符串常数7$INT标准⼆进制形式=8$ASSIGN—+9$PLUS—+9$PLUS—*10$STAR—**11$POWER —,12$COMMA —(13$LPAR —)14$RPAR —单词符号种别编码助记符内码值可为单词表设计如下状态转移图状态2识别关键字和标识符状态4识别常数状态5~12识别操作符和括号状态13为出错状态那么，可以由此图对该语⾔的所有代码进⾏词法分析词法分析器的实现：状态转换图→程序使⽤循环和swith 或if ，我们很容易把上⾯的状态转移图实现为词法分析程序或者使⽤更巧妙的表驱动⽅式当前状态 \ 字符space letter digit =+*,()其他0013567101112131013567101112133444444444478888898888设该数组为state由当前状态cur_state 和读取的字符ch我们可以查表得到下⼀个状态state[cur_state][ch]状态转换图与有限⾃动机可以⽤状态转换图等价表⽰确定有限⾃动机（DFA ） 或者 ⾮确定有限⾃动机（NFA ）2019/7/20。

UML中的状态图的转换规则与实际应用案例解析UML（Unified Modeling Language）是一种广泛应用于软件工程领域的建模语言，其中的状态图(State Diagram)是一种用于描述对象在其生命周期中的状态和状态之间的转换的图形化工具。

状态图在软件开发中具有重要的作用，能够帮助开发人员更好地理解系统的行为和状态变化，从而更好地进行系统设计和开发。

一、状态图的转换规则在状态图中，状态(State)是指对象在特定时间点的条件和属性的集合，而状态之间的转换(Transition)则表示对象在不同状态之间的变化。

为了规范和简化状态图的设计和理解，UML定义了一些转换规则，以下是其中的几个重要规则：1. 状态之间的转换必须有一个触发事件(Event)：触发事件是指导致状态转换发生的外部或内部事件，例如用户输入、系统定时器等。

每个转换都必须与一个触发事件相关联，以明确转换的触发条件。

2. 转换可以有一个或多个条件(Guard Condition)：条件是指在触发事件发生时必须满足的条件，用于决定是否进行状态转换。

条件可以是简单的布尔表达式，也可以是复杂的逻辑判断。

3. 转换可以有一个或多个动作(Action)：动作是指在状态转换发生时执行的操作，用于改变对象的属性或执行一些特定的行为。

动作可以是简单的赋值操作，也可以是复杂的函数调用。

这些转换规则能够帮助开发人员清晰地定义状态图中的状态和转换，从而更好地理解系统的行为和状态变化。

二、状态图的实际应用案例解析为了更好地理解状态图的实际应用，我们以一个简单的电梯系统为例进行解析。

在电梯系统中，电梯可以处于三种状态：停止状态、上升状态和下降状态。

当电梯处于停止状态时，可以通过按下上升或下降按钮触发状态转换。

当电梯处于上升状态时，可以通过到达指定楼层或按下停止按钮触发状态转换。

当电梯处于下降状态时，同样可以通过到达指定楼层或按下停止按钮触发状态转换。

3、进程状态的切换图三态模型⼀个进程从创建⽽产⽣⾄撤销⽽消亡的整个⽣命周期，可以⽤⼀组状态加以刻划，根据三态模型，进程的⽣命周期可分为如下三种进程状态：1. 运⾏态(running):占有处理器正在运⾏2. 就绪态(ready):具备运⾏条件，等待系统分配处理器以便运⾏3. 等待态(blocked):不具备运⾏条件，正在等待某个事件的完成下⾯是三个状态的转换图：运⾏状态的进程将由于出现等待事件⽽进⼊等待状态，当等待事件结束之后等待状态的进程将进⼊就绪状态，⽽处理器的调度策略⼜会引起运⾏状态和就绪状态之间的切换。

引起进程状态转换的具体原因如下：运⾏态—→等待态：等待使⽤资源；如等待外设传输；等待⼈⼯⼲预。

等待态—→就绪态：资源得到满⾜；如外设传输结束；⼈⼯⼲预完成。

运⾏态—→就绪态：运⾏时间⽚到；出现有更⾼优先权进程。

就绪态—→运⾏态：CPU 空闲时选择⼀个就绪进程。

五态模型在⼀个实际的系统⾥进程的状态及其转换⽐上节叙述的会复杂⼀些，例如引⼊专门的新建态（new）和终⽌态（exit ）状态转换图如下所⽰：新建态对应于进程刚刚被创建的状态。

创建⼀个进程要通过两个步骤，1. 为⼀个新进程创建必要的管理信息，2. 让该进程进⼊就绪态。

此时进程将处于新建态，它并没有被提交执⾏，⽽是在等待操作系统完成创建进程的必要操作。

需要注意的是，操作系统有时将根据系统性能或主存容量的限制推迟新建态进程的提交类似地，进程的终⽌也要通过两个步骤，⾸先,是等待操作系统进⾏善后，然后,退出主存。

当⼀个进程到达了⾃然结束点，或是出现了⽆法克服的错误，或是被操作系统所终结，或是被其他有终⽌权的进程所终结，它将进⼊终⽌态。

进⼊终⽌态的进程以后不再执⾏，但依然临时保留在操作系统中等待善后。

⼀旦其他进程完成了对终⽌态进程的信息抽取之后，操作系统将删除该进程。

引起进程状态转换的具体原因如下：NULL—→新建态：执⾏⼀个程序，创建⼀个⼦进程。

学习绘制状态图•状态和状态机状态、状态表示法及状态机•状态是指在对象生命周期中满足某些条件、执行某些活动或等待某些事件的一个条件和状况•一个状态通常包括名称、进入/退出活动、内部转换、子状态和延迟事件等五个部分组成•状态机是计算机科学理论的一部分，但UML中的状态机模型主要是基于David Harel所做的扩展，是用来展示状态与状态之间转换的图•如何阅读状态机图阅读最简单的状态图•最为核心的元素无外乎是两个：一个是用圆角矩形表示的状态（初态和终态例外）；另一个则是在状态之间的、包含一些文字描述的有向箭头线，这些箭头线称为转换转换的五要素•源状态：即受转换影响的状态•目标状态：当转换完成后对象的状态•触发事件：用来为转换定义一个事件，包括调用、改变、信号、时间四类事件•监护条件：布尔表达式，决定是否激活转换、•动作：转换激活时的操作读图小结•与状态off相关的转换有两个，其触发事件都是turnOn，只不过其监护条件不同。

如果对象收到事件turnOn，那么将判断壶中是否有水；如果[没水]，则仍然处于off状态；如果[有水]则转为on状态，并执行“烧水”动作•而与状态on相关的转换也有两个，如果“水开了”就执行turnOff，关掉开关；如果烧坏了，就进入了终态了复杂转换转换类型描述语法外部转换对事件做出响应，引起状态变化或自身转换，同时引发一个特定动作，如果离开或进入状态将引发进入转换、离开转换事件(参数)[监护条件]/动作内部转换对事件做出响应，并执行一个特定的活动，但并不引起状态变化或进入转换、离开转换事件(参数)[监护条件]/动作进入转换当进入某一状态时，执行相应活动entry/活动退出转换当离开某一状态时，执行相应活动exit/活动阅读带有复杂转换的状态图只有动作描述，进入和退出和操作方法写在了里面各种转换的区别•进入和退出转换：当进入一个状态时，执行某个动作；或当退出某个状态时，执行什么动作。