Диаграммы состояний, также известные как машины состояний или конечные автоматы, представляют собой визуальное отображение поведения системы или процесса во времени. Они состоят из набора состояний, переходов между состояниями и событий, которые инициируют эти переходы. Разбивая поведение системы на отдельные состояния и переходы, диаграмма состояний может помочь разработчикам и дизайнерам лучше понять, как работает система, и выявить потенциальные проблемы или области для улучшения.
Диаграммы состояний могут использоваться для моделирования широкого спектра систем — от простых устройств, таких как торговые автоматы, до сложных программных приложений. Они особенно полезны при моделировании систем с сложным или нелинейным поведением, где может быть трудно понять, как система реагирует на различные входные данные или условия. В целом, диаграммы состояний — мощный инструмент моделирования систем, поскольку они предоставляют четкий и интуитивно понятный способ визуализации поведения системы и помогают разработчикам и дизайнерам выявлять и решать потенциальные проблемы на ранних стадиях проектирования.
Изучение диаграмм состояний на простых примерах
Эта статья предназначена для читателей, желающих научиться создавать диаграмму состояний для системы, используя в качестве примера торговый автомат. Представляя как простую, так и более подробную версию диаграммы состояний, статья предоставляет пошаговое руководство по созданию диаграммы состояний и её улучшению с течением времени по мере прояснения требований. Используя пример торгового автомата, статья делает концепцию диаграмм состояний более конкретной и доступной для читателей, не имеющих технической подготовки в области моделирования и проектирования систем. В целом, статья является полезным ресурсом для всех, кто хочет научиться создавать диаграммы состояний для систем и понять их преимущества при моделировании систем.
Пример 1: Торговый автомат
Описание проблемы: Создайте диаграмму состояний для торгового автомата, который выдаёт напитки при внесении правильной суммы денег.
Шаг 1: Определите состояния
Первый шаг при создании диаграммы состояний — определить состояния, в которых может находиться система. Для торгового автомата возможные состояния могут включать:
- Пауза: ожидание ввода пользователя
- Деньги внесены: пользователь внес деньги, но ещё не сделал выбор
- Напиток выбран: пользователь выбрал напиток, но ещё не получил его
- Напиток выдан: пользователь получил выбранный напиток
Шаг 2: Определите события и переходы
Следующий шаг — определить события, которые могут инициировать переходы между состояниями. В данном случае возможные события могут включать:
- Деньги внесены
- Напиток выбран
- Напиток выдан
На основе этих событий мы можем определить следующие переходы:
- Пауза → Деньги внесены: когда пользователь вносит деньги
- Деньги внесены → Напиток выбран: когда пользователь выбирает напиток
- Напиток выбран → Напиток выдан: когда машина выдаёт выбранный напиток
- Напиток выдан → Пауза: когда пользователь забирает напиток, а машина готова к следующей операции
Шаг 3: Нарисуйте диаграмму состояний
Используя определённые нами состояния и переходы, мы можем нарисовать диаграмму состояний:
Более реалистичное требование для торгового автомата
Простая версия задачи с торговым автоматом представила базовую диаграмму состояний, показывающую различные состояния и переходы, участвующие в поведении торгового автомата. Однако в реальных условиях торговый автомат должен обладать более сложным поведением, чтобы учитывать такие ситуации, как недостаток средств или отсутствие товара. В переработанной версии задачи мы добавили больше деталей в диаграмму состояний, чтобы отразить эти сценарии и предоставить более реалистичный пример того, как может быть спроектирован торговый автомат.
Вот переработанное описание задачи для подробной версии торгового автомата:
Торговый автомат должен быть спроектирован таким образом, чтобы пользователи могли приобретать товары с помощью монет. Торговый автомат должен иметь следующее поведение:
- Изначально торговый автомат находится в состоянии “
Бездействиесостояние, ожидание ввода монет пользователем. - Когда пользователь вставляет монеты, автомат переходит в состояние
Принятие монетсостояние и продолжает принимать монеты до тех пор, пока пользователь не выберет продукт или не уберет свои монеты. - Если пользователь выбирает продукт, автомат переходит в состояние
Выбор продуктасостояние, в котором пользователь может подтвердить свой выбор. - Если пользователь подтверждает свой выбор, автомат переходит в состояние
Выдача продуктасостояние и выдает выбранный продукт. - После выдачи продукта автомат рассчитывает необходимую сдачу и переходит в состояние
Выдача сдачисостояние для возврата сдачи пользователю. - Как только пользователь получает сдачу, автомат возвращается в состояние
Бездействиесостояние и транзакция завершена. - Если у пользователя недостаточно средств или выбранный продукт закончился, автомат переходит в состояние
Отклонение монетсостояние и возвращает вставленные монеты. Отсюда пользователь может попробовать снова или убрать свои монеты и завершить транзакцию.
Этот автомат можно представить с помощью диаграммы состояний с различными состояниями и переходами, описанными выше. Диаграмму можно реализовать с помощью различных языков программирования и фреймворков для создания функционального автомата.
Разработайте более подробную диаграмму состояний для автомата
Важно, чтобы читатели понимали, что решение проблем часто является итеративным процессом, и что требования к системе могут со временем меняться. Это означает, что можно начать с простой версии проблемы и постепенно улучшать её, по мере того как вы лучше понимаете требования и ограничения.
Например, в случае с проблемой автомата, вы можете начать с базовой диаграммы состояний, которая показывает основные состояния и переходы автомата. По мере дальнейшего изучения проблемы вы можете обнаружить, что необходимо учитывать дополнительные сценарии, такие как отсутствие товара или необходимость возврата сдачи пользователю. Затем вы можете скорректировать диаграмму состояний, чтобы отразить эти новые требования.
Принимая поэтапный подход к решению проблемы, вы можете избежать перегрузки из-за сложности задачи и обеспечить, что ваше решение хорошо спроектировано и отвечает потребностям заинтересованных сторон. Этот подход также позволяет вам итеративно улучшать и совершенствовать решение по мере получения обратной связи и углубления понимания проблемной области.
Краткое содержание
В статье рассматривается, как создать диаграмму состояний для системы, на примере автомата. Представленная начальная диаграмма состояний — это простая версия, показывающая основные состояния и переходы, связанные с поведением автомата. Затем в статье представлена более подробная версия диаграммы состояний, учитывающая дополнительные сценарии, такие как недостаток средств или отсутствие товара. В статье подчеркивается важность поэтапного подхода к решению проблем, начиная с простой версии задачи и постепенно улучшая её по мере ясности требований и ограничений.