【自动驾驶决策算法之有限状态机】

本文参考https://blog.csdn.net/AdamShan/article/details/80633099

https://blog.csdn.net/qq_35635374/article/details/121784539

https://blog.csdn.net/williamhyin/article/details/105133783

目录

1 有限状态机的介绍

2 有限状态机基本概念

3 有限状态机举例

4 分层有限状态机

5 局限性

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1 有限状态机的介绍

（1）在硬件角度看，状态机由状态寄存器和组合逻辑电路构成，能够根据控制信号按照预先设定的状态进行状态转移。

（2）因为状态机是基于有限的离散状态，所以状态机也称为有限状态机，简写为FSM（Finite State Machine）

（3）有限状态机是一个简单的抽象反应系统，它只针对特定的外界激励产生数量有限的响应

其核心思想是，通过有限的状态描述定义，组合产生大量的复杂的逻辑行为

2 有限状态机基本概念

一个有限状态机通常包括以下几个部分

输入集合：也就是激励集合

输出集合：也就是响应集合，有可能是空集

初始状态集合与结束状态集合：不一定有结束状态集合

转换逻辑：从一个状态转移到另一个状态需要满足一定条件

每个状态机根据是否有输出可以分为两类，接收器(Acceptor)和变换器(Transducer)。其中接收器是指没有输出集合但是有结束状态集合，而变换器则有输出集合没有结束状态集合

根据确定性分类，可进一步区分为确定型（Deterministic）和非确定型（Non-Deterministic）有限状态机。在确定型中，每个状态对每个可能的输入只有精确的一个转移。在非确定型自动机中，给定状态对给定可能输入可以没有或有多于一个转移

3 有限状态机举例

在高速道路行驶场景中，通过简化，我们可以用5个状态来组合表达无人车的所有可能驾驶动作。如下图

4 分层有限状态机

假设有限转态机有N中状态，那么其可能的状态转换就有 N×N 种，假如N很大，就会让状态机的结构又庞大又复杂

• 可维护性差：当新增或者删除状态时，需要改变所有与之关联的状态，所以对状态机的大幅度的修改很容易出错
• 可扩展性差：当FSM包含大量状态时，有向图可读性很差，逻辑很容易混乱
• 复用性差：庞大复杂的有限状态机没有很强的适应性（有点像过拟合）

于是就选择把那些同一类型的状态机作为一个状态机，然后用一个状态机，来维护这些子状态机，由于相似的状态被归类，类和类之间存在转移逻辑，那么类和类之间的状态转移可以通过继承这个转移逻辑来实现，这里的转换继承就像面向对象编程一样

5 局限性

（1）要实现复杂的汽车类脑决策，需要人工设计大量有效的状态，转换逻辑等等；

（2）输入集合不一定完全涵盖现实中的可能时间，状态也是，扩展性有弊端；

（3）如果FSM没有设计死锁保护，车辆可能会陷入某种死锁状态