狀態圖，也稱為狀態機或有限狀態機，是系統或流程隨時間變化行為的視覺化表示。它由一組狀態、狀態之間的轉移以及觸發這些轉移的事件組成。通過將系統行為分解為離散的狀態和轉移，狀態圖可以幫助設計師和開發人員更好地理解系統的工作方式，並識別潛在問題或改進區域。
狀態圖可用於模擬各種系統，從簡單的機器（如自動販賣機）到複雜的軟體應用程式。它們特別適用於模擬具有複雜或非線性行為的系統，這些系統可能難以理解其對不同輸入或條件的反應方式。總體而言，狀態圖是系統建模的一個強大工具，因為它提供了一種清晰且直觀的方式來視覺化系統行為，並幫助設計師和開發人員在設計過程早期識別和解決潛在問題。
透過簡單範例學習狀態圖
本文旨在幫助希望學習如何為系統創建狀態圖的讀者，以自動販賣機為例。通過展示狀態圖的簡化版與更詳細版本，本文為讀者提供了一個逐步教程，教導如何創建狀態圖，並隨著需求逐漸明確而持續優化。透過使用自動販賣機的例子，本文使狀態圖的概念更加具體且易於理解，特別適合那些在系統建模或設計方面缺乏技術背景的讀者。總體而言，本文是任何希望學習如何為系統創建狀態圖並理解其在系統建模中優勢的人的有用資源。
範例 1：自動販賣機
問題描述：設計一個自動販賣機的狀態圖，當投入正確金額的錢時，會自動 dispensing 飲料。
步驟 1：識別狀態
創建狀態圖的第一步是識別系統可能處於的狀態。對於自動販賣機，一些可能的狀態包括：
- 空閒：等待使用者輸入
- 金額已投入：使用者已投入金額但尚未選擇商品
- 已選擇飲料：使用者已選擇飲料但尚未收到
- 已發放飲料：使用者已收到所選飲料
步驟 2：識別事件與轉移
下一步是識別可觸發狀態間轉移的事件。在此情況下，可能的事件包括：
- 金額已投入
- 已選擇飲料
- 已發放飲料
根據這些事件，我們可以識別以下轉移：
- 空閒 → 金額已投入：當使用者投入金額時
- 金額已投入 → 已選擇飲料：當使用者選擇飲料時
- 已選擇飲料 → 已發放飲料：當機器發放所選飲料時
- 已發放飲料 → 空閒：當使用者取走飲料且機器準備好進行下一次交易時
步驟 3：繪製狀態圖
根據我們所識別的狀態與轉移，我們可以繪製狀態圖：
自動販賣機更現實的需求
自動販賣機問題的簡化版本呈現了一個基本的狀態圖，展示了自動販賣機行為中涉及的不同狀態與轉移。然而，在現實情境中，自動販賣機需要具備更複雜的行為，以應對如金額不足或商品售罄等情況。在問題的修訂版本中，我們在狀態圖中增加了更多細節，以反映這些情境，並提供一個更真實的自動販賣機設計範例。
以下是自動販賣機詳細版本的修訂問題描述：
需要設計一台自動販賣機，讓使用者能使用硬幣購買商品。自動販賣機應具備以下行為：
- 最初，自動販賣機處於「
閒置狀態，等待使用者投入硬幣。 - 當使用者投入硬幣時，自動販賣機會轉換到
接受硬幣狀態，並持續接受硬幣，直到使用者選擇商品或取出硬幣。 - 如果使用者選擇商品，自動販賣機會轉換到
選擇商品狀態，使用者可在該狀態確認其選擇。 - 如果使用者確認其選擇，自動販賣機會轉換到
發放商品狀態，並發放所選商品。 - 商品發放後，自動販賣機會計算所需的找零，並轉換到
給付找零狀態，將找零歸還給使用者。 - 當使用者領取找零後，自動販賣機會轉回
閒置狀態，交易即完成。 - 如果使用者資金不足或所選商品已售完，自動販賣機會轉換到
拒絕硬幣狀態，並退回投入的硬幣。使用者可在此重新嘗試，或取出硬幣並結束交易。
此自動販賣機可透過上述不同狀態與轉移所描述的狀態圖來表示。該圖可使用多種程式語言與框架實現，以建立功能完整的自動販賣機。
為自動販賣機開發更詳細的狀態圖
讀者需理解，問題解決通常是一個迭代的過程，且系統的需求可能隨時間演變。這表示從問題的簡單版本開始，並隨著對需求與限制的深入理解逐步修正，是完全可以接受的。
例如，在自動販賣機的問題中，您可以從一個基本的狀態圖開始，展示自動販賣機的主要狀態與轉移。隨著進一步探討問題，您可能會發現需要考慮額外的情境，例如商品售罄或需將找零歸還給使用者。此時，您可以修改狀態圖以反映這些新需求。
透過採取逐步解決問題的方法，您可以避免被問題的複雜性所壓垮，並確保您的解決方案設計完善，符合利益相關者的需求。此方法也讓您能在收到回饋並更深入理解問題空間的同時，持續迭代與優化您的解決方案。
總結
本文討論如何為系統建立狀態圖，以自動販賣機為例。文中首先呈現一個簡單的狀態圖，展示自動販賣機行為中的主要狀態與轉移。接著提出更詳細的狀態圖版本，納入額外情境，例如資金不足或商品售罄。本文強調以逐步方式解決問題的重要性，從問題的簡單版本開始，隨著需求與限制逐漸明朗，逐步加以完善。