状态图，也称为状态机或有限状态机，是系统或过程随时间行为的视觉表示。它们由一组状态、状态之间的转换以及触发这些转换的事件组成。通过将系统的行为分解为离散的状态和转换，状态图可以帮助设计者和开发人员更好地理解系统的工作方式，并识别潜在的问题或改进区域。
状态图可用于建模各种各样的系统，从简单的机器（如自动售货机）到复杂的软件应用程序。它们特别适用于建模具有复杂或非线性行为的系统，在这些系统中，理解系统对不同输入或条件的响应可能比较困难。总体而言，状态图是系统建模的强大工具，因为它们提供了一种清晰、直观的方式来可视化系统的行为，并有助于设计者和开发人员在设计过程早期识别和解决潜在问题。
通过简单示例学习状态图
本文旨在帮助希望学习如何为系统创建状态图的读者，以自动售货机为例。通过展示状态图的简单版本和更详细的版本，本文为读者提供了逐步教程，介绍如何创建状态图，并在需求逐渐清晰的过程中不断优化。通过使用自动售货机的例子，本文使状态图的概念更加具体，对那些没有系统建模或设计技术背景的读者也更具可理解性。总体而言，本文是任何希望学习如何为系统创建状态图并理解其在系统建模中优势的人的有用资源。
示例1：自动售货机
问题描述：创建一个自动售货机的状态图，当投入正确金额的钱时，自动售货机将发放饮料。
步骤1：识别状态
创建状态图的第一步是识别系统可能处于的状态。对于自动售货机，一些可能的状态包括：
- 空闲：等待用户输入
- 已投入钱币：用户已投入钱币但尚未做出选择
- 已选择饮料：用户已选择饮料但尚未收到
- 已发放饮料：用户已收到所选饮料
步骤2：识别事件和转换
下一步是识别可以触发状态间转换的事件。在此情况下，可能的事件包括：
- 投入钱币
- 选择饮料
- 发放饮料
基于这些事件，我们可以识别以下转换：
- 空闲 → 已投入钱币：当用户投入钱币时
- 已投入钱币 → 已选择饮料：当用户选择饮料时
- 已选择饮料 → 已发放饮料：当机器发放所选饮料时
- 已发放饮料 → 空闲：当用户取走饮料且机器准备好进行下一次交易时
步骤3：绘制状态图
利用我们已识别的状态和转换，我们可以绘制状态图：
自动售货机更现实的需求
自动售货机问题的简化版本展示了一个基本状态图，显示了自动售货机行为中涉及的不同状态和转换。然而，在现实场景中，自动售货机需要具备更复杂的行为，以应对资金不足或商品售罄等情况。在问题的修订版本中，我们为状态图增加了更多细节，以反映这些情况，并提供一个更真实的自动售货机设计示例。
以下是自动售货机详细版本的修订问题描述：
需要设计一台自动售货机，允许用户使用硬币购买商品。自动售货机应具备以下行为：
- 最初，自动售货机处于”
空闲状态，等待用户投入硬币。 - 当用户投入硬币时，自动售货机进入
接受硬币状态，并持续接受硬币，直到用户选择商品或取出硬币。 - 如果用户选择商品，自动售货机进入
选择商品状态，在此状态下用户可以确认其选择。 - 如果用户确认选择，自动售货机进入
发放商品状态，并发放所选商品。 - 商品发放后，自动售货机计算所需的找零，并进入
找零状态，将找零退还给用户。 - 当用户取走找零后，自动售货机返回到
空闲状态，交易完成。 - 如果用户资金不足或所选商品已售罄，自动售货机进入
拒绝硬币状态，并退还投入的硬币。在此状态下，用户可以选择再次尝试，或取出硬币并结束交易。
该自动售货机可以使用上述不同状态和转换的的状态图来表示。该图可以通过多种编程语言和框架实现，以创建一个功能完整的自动售货机。
为自动售货机开发一个更详细的状态图
读者需要理解，解决问题通常是一个迭代过程，系统的功能需求可能会随时间演变。这意味着从问题的简单版本开始是可以接受的，并且在逐步理解需求和约束后，可以不断对其进行修订。
例如，在自动售货机的问题中，你可以从一个基本的状态图开始，展示自动售货机的主要状态和转换。随着对问题的进一步探索，你可能会发现需要考虑更多场景，例如商品售罄或需要向用户退还找零。此时，你可以修订状态图以反映这些新需求。
通过采用逐步解决问题的方法，你可以避免被问题的复杂性压垮，并确保你的解决方案设计良好，满足利益相关者的需求。这种方法还允许你在获得反馈并更深入理解问题空间后，不断迭代和优化你的解决方案。
总结
本文讨论了如何为系统创建状态图，以自动售货机为例。文中首先展示了一个简单的状态图，呈现了自动售货机行为中的主要状态和转换。随后，文章提出了一个更详细的状态图版本，考虑了更多场景，如资金不足或商品售罄。文章强调了采用逐步解决问题方法的重要性，即从问题的简单版本开始，随着需求和约束的逐渐明确，逐步完善解决方案。