Diagramy stanów, znane również jako maszyny stanów lub skończone maszyny stanów, to wizualne przedstawienie sposobu działania systemu lub procesu w czasie. Składają się z zestawu stanów, przejść między stanami oraz zdarzeń, które wywołują te przejścia. Poprzez rozkładanie zachowania systemu na dyskretne stany i przejścia, diagram stanów może pomóc projektantom i programistom lepiej zrozumieć, jak system działa, oraz wykryć potencjalne problemy lub obszary do poprawy.
Diagramy stanów mogą być wykorzystywane do modelowania szerokiego spektrum systemów, od prostych maszyn, takich jak automaty do sprzedawania napojów, po złożone aplikacje oprogramowania. Mogą być szczególnie przydatne do modelowania systemów o złożonym lub nieliniowym zachowaniu, gdzie trudno jest zrozumieć, jak system reaguje na różne wejścia lub warunki. Ogólnie rzecz biorąc, diagramy stanów to potężne narzędzie do modelowania systemów, ponieważ zapewniają jasny i intuicyjny sposób wizualizacji zachowania systemu i pomagają projektantom oraz programistom wykrywać i rozwiązywać potencjalne problemy na wczesnym etapie projektowania.
Nauka diagramów stanów na prostych przykładach
Ten artykuł skierowany jest do czytelników, którzy chcą nauczyć się tworzenia diagramu stanów dla systemu, wykorzystując przykład automatu do sprzedawania napojów. Przedstawiając zarówno prostą, jak i bardziej szczegółową wersję diagramu stanów, artykuł oferuje czytelnikom krok po kroku przewodnik, jak tworzyć diagram stanów i jak go doskonalić z czasem, gdy wymagania stają się bardziej jasne. Wykorzystując przykład automatu do sprzedawania napojów, artykuł sprawia, że koncepcja diagramów stanów staje się bardziej konkretna i dostępna dla czytelników, którzy nie mają tła technicznego w zakresie modelowania lub projektowania systemów. Ogólnie rzecz biorąc, artykuł jest przydatnym zasobem dla każdego, kto chce nauczyć się tworzenia diagramu stanów dla systemu i zrozumieć jego korzyści w modelowaniu systemów.
Przykład 1: Automat do sprzedawania napojów
Opis problemu: Stwórz diagram stanów dla automatu do sprzedawania napojów, który wydaje napoje, gdy włożona zostanie poprawna kwota pieniędzy.
Krok 1: Zidentyfikuj stany
Pierwszym krokiem w tworzeniu diagramu stanów jest zidentyfikowanie stanów, w których może się znajdować system. W przypadku automatu do sprzedawania napojów możliwe stany mogą obejmować:
- Poczekiwanie: oczekiwanie na wejście użytkownika
- Włożona moneta: użytkownik włożył pieniądze, ale jeszcze nie dokonał wyboru
- Wybrany napój: użytkownik wybrał napój, ale jeszcze go nie otrzymał
- Wydany napój: użytkownik otrzymał wybrany napój
Krok 2: Zidentyfikuj zdarzenia i przejścia
Następnym krokiem jest zidentyfikowanie zdarzeń, które mogą wywołać przejścia między stanami. W tym przypadku możliwe zdarzenia mogą obejmować:
- Włożona moneta
- Wybrany napój
- Wydany napój
Na podstawie tych zdarzeń możemy zidentyfikować następujące przejścia:
- Poczekiwanie → Włożona moneta: gdy użytkownik wkłada pieniądze
- Włożona moneta → Wybrany napój: gdy użytkownik wybiera napój
- Wybrany napój → Wydany napój: gdy automat wydaje wybrany napój
- Wydany napój → Poczekiwanie: gdy użytkownik zabiera napój i automat jest gotowy do kolejnej transakcji
Krok 3: Narysuj diagram stanów
Wykorzystując stany i przejścia, które zidentyfikowaliśmy, możemy narysować diagram stanów:
Realistyczniejsze wymagania dla automatu do sprzedawania napojów
Prosta wersja problemu z automatem do sprzedawania napojów przedstawiała podstawowy diagram stanów pokazujący różne stany i przejścia związane z zachowaniem automatu. Jednak w rzeczywistym świecie automat do sprzedawania napojów musiałby mieć bardziej złożone zachowanie, aby radzić sobie z sytuacjami, takimi jak niewystarczające środki lub brak towaru. W zmienionej wersji problemu dodaliśmy więcej szczegółów do diagramu stanów, aby odzwierciedlić te scenariusze i zaprezentować bardziej realistyczny przykład, jak może wyglądać projektowanie automatu do sprzedawania napojów.
Oto zmieniony opis problemu dla szczegółowej wersji automatu do sprzedawania napojów:
Należy zaprojektować automat do sprzedawania napojów, który pozwala użytkownikom kupować produkty za monety. Automat powinien mieć następujące zachowanie:
- Na początku automat do sprzedawania napojów znajduje się w stanie “
Bezczynnościstan, oczekujący na włożenie monet przez użytkownika. - Gdy użytkownik włoży monety, automatyka przechodzi do stanu
Przyjmowania monetstanu i nadal przyjmuje monety, aż użytkownik wybierze produkt lub usunie swoje monety. - Jeśli użytkownik wybierze produkt, automatyka przechodzi do stanu
Wybierania produktustanu, w którym użytkownik może potwierdzić swój wybór. - Jeśli użytkownik potwierdzi swój wybór, automatyka przechodzi do stanu
Wydawania produktustanu i wydaje wybrany produkt. - Po wydaniu produktu automatyka oblicza potrzebną resztę i przechodzi do stanu
Zwracania resztystanu, aby zwrócić resztę użytkownikowi. - Gdy użytkownik odbierze resztę, automatyka wraca do stanu
Bezczynnościstanu, a transakcja zostaje ukończona. - Jeśli użytkownik nie ma wystarczających środków lub wybrany produkt jest rozliczony, automatyka przechodzi do stanu
Odrzucania monetstanu i zwraca włożone monety. Z tego stanu użytkownik może spróbować ponownie lub usunąć monety i zakończyć transakcję.
Ten automat do sprzedawania produktów można przedstawić za pomocą diagramu stanów z różnymi stanami i przejściami opisanymi powyżej. Diagram można zaimplementować za pomocą różnych języków programowania i frameworków, aby stworzyć działający automat do sprzedawania produktów.
Stwórz bardziej szczegółowy wykres stanów dla automatu do sprzedawania produktów
Dla czytelników jest ważne, aby zrozumieć, że rozwiązywanie problemów często jest procesem iteracyjnym, a wymagania systemu mogą się zmieniać z czasem. Oznacza to, że można zacząć od prostego rozwiązania problemu i stopniowo je poprawiać, gdy lepiej zrozumie się wymagania i ograniczenia.
Na przykład w przypadku problemu z automatem do sprzedawania produktów możesz zacząć od podstawowego diagramu stanów, który pokazuje główne stany i przejścia automatu. Podczas dalszego badania problemu możesz odkryć, że istnieją dodatkowe scenariusze do rozważenia, takie jak brak produktów lub konieczność zwrócenia reszty użytkownikowi. Możesz następnie zmienić diagram stanów, aby odzwierciedlić te nowe wymagania.
Przyjmując podejście incrementalne do rozwiązywania problemów, możesz uniknąć przesady złożoności problemu i zapewnić, że Twoje rozwiązanie jest dobrze zaprojektowane i spełnia potrzeby Twoich stakeholderów. To podejście pozwala również na iteracyjne doskonalenie rozwiązania, gdy otrzymujesz feedback i głębiej zrozumiesz obszar problemu.
Podsumowanie
Artykuł omawia, jak tworzyć diagram stanów dla systemu, używając jako przykładu automatu do sprzedawania produktów. Pierwotny diagram stanów przedstawiony w artykule to uproszczona wersja, która pokazuje główne stany i przejścia związane z zachowaniem automatu. Artykuł następnie przedstawia bardziej szczegółową wersję diagramu stanów, która uwzględnia dodatkowe scenariusze, takie jak niewystarczające środki lub brak produktów. Artykuł podkreśla znaczenie podejścia incrementalnego do rozwiązywania problemów, zaczynając od prostej wersji problemu i stopniowo ją doskonaląc, gdy wymagania i ograniczenia stają się jaśniejsze.