Zustandsdiagramme, auch bekannt als Zustandsmaschinen oder endliche Zustandsmaschinen, sind eine visuelle Darstellung des Verhaltens eines Systems oder Prozesses über die Zeit. Sie bestehen aus einer Reihe von Zuständen, Übergängen zwischen Zuständen und Ereignissen, die diese Übergänge auslösen. Durch die Aufteilung des Verhaltens eines Systems in diskrete Zustände und Übergänge kann ein Zustandsdiagramm Designern und Entwicklern helfen, das System besser zu verstehen und potenzielle Probleme oder Verbesserungsmöglichkeiten zu identifizieren.
Zustandsdiagramme können verwendet werden, um eine Vielzahl von Systemen zu modellieren, von einfachen Maschinen wie Automaten bis hin zu komplexen Softwareanwendungen. Sie sind besonders nützlich zum Modellieren von Systemen mit komplexem oder nichtlinearem Verhalten, bei denen es schwierig sein kann, zu verstehen, wie das System auf verschiedene Eingaben oder Bedingungen reagiert. Insgesamt sind Zustandsdiagramme ein leistungsfähiges Werkzeug für die Systemmodellierung, da sie eine klare und intuitive Möglichkeit bieten, das Verhalten eines Systems zu visualisieren und Designern und Entwicklern helfen, potenzielle Probleme bereits in frühen Phasen des Entwurfs zu erkennen und zu bearbeiten.
Zustandsdiagramme mit einfachen Beispielen lernen
Dieser Artikel richtet sich an Leser, die lernen möchten, wie man ein Zustandsdiagramm für ein System erstellt, anhand des Beispiels eines Automaten. Durch die Darstellung einer einfachen und einer detaillierteren Version des Zustandsdiagramms bietet der Artikel den Lesern eine Schritt-für-Schritt-Anleitung zur Erstellung eines Zustandsdiagramms und zur stetigen Verbesserung desselben, je klarer die Anforderungen werden. Durch die Verwendung des Beispiels eines Automaten macht der Artikel das Konzept der Zustandsdiagramme für Leser greifbarer und zugänglicher, die möglicherweise keine technische Fachkenntnis im Bereich der Systemmodellierung oder -gestaltung besitzen. Insgesamt ist der Artikel eine nützliche Ressource für alle, die lernen möchten, wie man ein Zustandsdiagramm für ein System erstellt und dessen Vorteile für die Systemmodellierung verstehen will.
Beispiel 1: Automat
Problemstellung: Erstellen Sie ein Zustandsdiagramm für einen Automaten, der Getränke ausgibt, wenn der korrekte Geldbetrag eingeworfen wurde.
Schritt 1: Zustände identifizieren
Der erste Schritt beim Erstellen eines Zustandsdiagramms besteht darin, die Zustände zu identifizieren, in denen das System sich befinden kann. Für einen Automaten könnten mögliche Zustände beispielsweise folgende sein:
- Wartend: wartet auf Benutzereingabe
- Geld eingeworfen: der Benutzer hat Geld eingeworfen, hat aber noch keine Auswahl getroffen
- Getränk ausgewählt: der Benutzer hat ein Getränk ausgewählt, hat es aber noch nicht erhalten
- Getränk ausgegeben: der Benutzer hat das ausgewählte Getränk erhalten
Schritt 2: Ereignisse und Übergänge identifizieren
Der nächste Schritt besteht darin, die Ereignisse zu identifizieren, die Übergänge zwischen den Zuständen auslösen können. In diesem Fall könnten die möglichen Ereignisse folgende sein:
- Geld eingeworfen
- Getränk ausgewählt
- Getränk ausgegeben
Aufgrund dieser Ereignisse können wir die folgenden Übergänge identifizieren:
- Wartend → Geld eingeworfen: wenn der Benutzer Geld einwirft
- Geld eingeworfen → Getränk ausgewählt: wenn der Benutzer ein Getränk auswählt
- Getränk ausgewählt → Getränk ausgegeben: wenn der Automat das ausgewählte Getränk ausgibt
- Getränk ausgegeben → Wartend: wenn der Benutzer das Getränk nimmt und der Automat für die nächste Transaktion bereit ist
Schritt 3: Zustandsdiagramm zeichnen
Unter Verwendung der identifizierten Zustände und Übergänge können wir das Zustandsdiagramm zeichnen:
Eine realistischere Anforderung für den Automaten
Die einfache Version des Automatenproblems stellte ein grundlegendes Zustandsdiagramm vor, das die verschiedenen Zustände und Übergänge im Verhalten des Automaten zeigt. In einer realen Situation müsste ein Automat jedoch ein komplexeres Verhalten aufweisen, um Situationen wie unzureichende Mittel oder ausverkaufte Produkte zu behandeln. In der überarbeiteten Version des Problems haben wir dem Zustandsdiagramm mehr Details hinzugefügt, um diese Szenarien widerzuspiegeln und ein realistischeres Beispiel dafür zu liefern, wie ein Automat entworfen werden könnte.
Hier ist eine überarbeitete Problemstellung für die detaillierte Version des Automaten:
Ein Automat muss entworfen werden, der Benutzern ermöglicht, Produkte mit Münzen zu kaufen. Der Automat sollte das folgende Verhalten aufweisen:
- Zunächst befindet sich der Automat im Zustand “
WartendZustand, in dem auf eine Eingabe von Münzen durch den Benutzer gewartet wird. - Wenn ein Benutzer Münzen einwirft, wechselt die Automat in den
Münzen entgegennehmenZustand und nimmt weiterhin Münzen entgegen, bis der Benutzer ein Produkt auswählt oder seine Münzen entfernt. - Wenn der Benutzer ein Produkt auswählt, wechselt die Automat in den
Produkt auswählenZustand, in dem der Benutzer seine Auswahl bestätigen kann. - Wenn der Benutzer seine Auswahl bestätigt, wechselt die Automat in den
Produkt ausgebenZustand und gibt das ausgewählte Produkt aus. - Nachdem das Produkt ausgegeben wurde, berechnet die Automat den erforderlichen Wechselgeldbetrag und wechselt in den
Wechselgeld ausgebenZustand, um das Wechselgeld dem Benutzer zurückzugeben. - Sobald der Benutzer sein Wechselgeld entgegennimmt, wechselt die Automat zurück in den
WartendZustand und die Transaktion ist abgeschlossen. - Wenn der Benutzer nicht über ausreichend Geld verfügt oder das ausgewählte Produkt ausverkauft ist, wechselt die Automat in den
Münzen zurückweisenZustand und gibt die eingeworfenen Münzen zurück. Von hier aus kann der Benutzer entweder erneut versuchen oder seine Münzen entfernen und die Transaktion beenden.
Diese Automat kann mithilfe eines Zustandsdiagramms mit den oben beschriebenen Zuständen und Übergängen dargestellt werden. Das Diagramm kann mit verschiedenen Programmiersprachen und Frameworks implementiert werden, um eine funktionale Automat zu erstellen.
Entwickeln Sie ein detaillierteres Zustandsdiagramm für die Automat
Es ist wichtig, dass die Leser verstehen, dass das Problemlösen oft ein iterativer Prozess ist und dass die Anforderungen an ein System im Laufe der Zeit sich verändern können. Das bedeutet, dass es in Ordnung ist, mit einer einfachen Version eines Problems zu beginnen und diese schrittweise zu überarbeiten, je besser man die Anforderungen und Beschränkungen versteht.
Zum Beispiel können Sie beim Problem der Automat mit einem grundlegenden Zustandsdiagramm beginnen, das die primären Zustände und Übergänge der Automat zeigt. Wenn Sie das Problem weiter erforschen, können Sie entdecken, dass zusätzliche Szenarien berücksichtigt werden müssen, wie zum Beispiel ausverkaufte Produkte oder die Notwendigkeit, Wechselgeld an den Benutzer zurückzugeben. Sie können dann das Zustandsdiagramm entsprechend anpassen.
Durch einen schrittweisen Ansatz beim Problemlösen können Sie sich nicht überfordern lassen durch die Komplexität des Problems und sicherstellen, dass Ihre Lösung gut gestaltet ist und die Bedürfnisse Ihrer Stakeholder erfüllt. Dieser Ansatz ermöglicht es Ihnen auch, Ihre Lösung zu iterieren und zu verfeinern, während Sie Feedback erhalten und ein tieferes Verständnis des Problemraums gewinnen.
Zusammenfassung
Der Artikel beschreibt, wie man ein Zustandsdiagramm für ein System erstellt, am Beispiel einer Automat. Das anfänglich vorgestellte Zustandsdiagramm ist eine einfache Version, die die primären Zustände und Übergänge zeigt, die im Verhalten der Automat beteiligt sind. Der Artikel präsentiert anschließend eine detailliertere Version des Zustandsdiagramms, die zusätzliche Szenarien berücksichtigt, wie zum Beispiel unzureichende Mittel oder ausverkaufte Produkte. Der Artikel betont die Bedeutung eines schrittweisen Ansatzes beim Problemlösen, indem man mit einer einfachen Version des Problems beginnt und diese schrittweise verfeinert, je klarer die Anforderungen und Beschränkungen werden.