Python - 状态机简单使用介绍

一. 前言

状态机是一种模型，用来描述对象在其生命周期中的各种状态和状态之间的转换方式。一个状态机可以被描述为一个有限状态集、转移函数以及一个初始状态的三元组。在状态机中，对象具有特定的状态，当对象接收到某种事件时，它可以通过执行一系列操作来转移到新的状态。

二. 应用场景：

• 编译器： 编译器可以使用状态机来进行词法分析和语法分析。在编译器中，使用状态机来对输入的代码进行分析，以判断其是否符合语法规则。
• 自动控制系统： 自动控制系统可以使用状态机来实现自动化控制。例如，当温度传感器检测到温度过高时，状态机可以自动控制空调打开，以降低室内温度。
• 人工智能： 在人工智能领域，状态机可以用来描述智能体的行为。智能体根据其当前的状态和输入情况来选择下一步的行动，以实现智能决策。
• 游戏编程： 在游戏编程中，状态机可以用来描述游戏对象的行为。例如，在一个动作游戏中，状态机可以用来描述玩家和敌人在攻击、移动、防御等不同的状态之间的转换。
• 自动售货机： 自动售货机可以使用状态机来描述其行为。当顾客选择购买饮料时，自动售货机进入一个等待状态，等待顾客投入硬币。当投入硬币时，状态机进入一个检查状态，检查硬币是否足够。如果硬币足够，状态机进入一个出货状态，出货完成后返回等待状态。
• 文本解析器： 文本解析器可以使用状态机来处理文本数据。它可以根据当前状态解析文本数据，并在不同状态之间进行转换。例如，在解析HTML文档时，状态机可以通过状态转移来判断标签的开始和结束位置。
• 扫地机器人： 扫地机器人可以使用状态机来描述其行为。当扫地机器人在移动时，它可以根据当前状态进行转移，例如，当它碰到墙壁时，状态机可以将其状态转换为避障状态。

三. 示例代码

1. 售货机的简单示例代码

# 状态机示例：自动售货机
class VendingMachine:
    def __init__(self):
        self.state = 'waiting'
        self.paid = 0

    def insert_coin(self, coin):
        if self.state == 'waiting':
            self.paid += coin
            if self.paid >= 10:
                self.state = 'shipped'
                self.paid -= 10

    def ship_item(self):
        if self.state == 'shipped':
            print('Item shipped.')
            self.state = 'waiting'
            self.paid = 0

在上面的示例中，自动售货机通过状态转移实现了从等待状态到出货状态的转换。当顾客投入硬币时，状态机进入一个检查状态，检查硬币是否足够。如果硬币足够，状态机进入一个出货状态，出货完成后返回等待状态。

2. python第三方库使用状态机

1.安装

pip install transitions

2. 自动售货机

from transitions import Machine


class VendingMachine:
    def __init__(self):
        # 状态机的定义
        self.states = ["rest", "wait", "choose", "pay", "deliver"]
        self.transitions = [
            {"trigger": "client_approach", "source": "rest", "dest": "wait"},
            {"trigger": "choose_drink", "source": "wait", "dest": "choose"},
            {"trigger": "insert_money", "source": "choose", "dest": "pay"},
            {"trigger": "check_money", "source": "pay", "dest": "deliver", "conditions": "is_enough"},
            {"trigger": "check_money", "source": "pay", "dest": "choose", "unless": "is_enough"},
            {"trigger": "deliver_drink", "source": "deliver", "dest": "rest"}
        ]
        self.machine = Machine(model=self, states=self.states, transitions=self.transitions, initial="rest")
        # 初始化变量
        self.drinks = {"Coca-Cola": 3, "Pepsi": 2, "Sprite": 0}
        self.prices = {"Coca-Cola": 3, "Pepsi": 2.5, "Sprite": 2}
        self.total_money = 0
        self.selected_drink = ""

    def client_approach(self):
        print("Welcome! Please approach the vending machine.")
        self.machine.client_approach()

    def choose_drink(self):
        print("Please choose a drink: ", end="")
        for drink in self.drinks:
            if self.drinks[drink] > 0:
                print(drink, end=" ")
        print("")
        self.machine.choose_drink()

    def insert_money(self, money):
        self.total_money += money
        print("You have inserted", money, "dollars. Total deposit is", self.total_money, "dollars.")
        self.machine.insert_money()

    def check_money(self):
        if self.total_money >= self.prices[self.selected_drink]:
            return True
        else:
            return False

    def is_enough(self):
        if self.total_money >= self.prices[self.selected_drink]:
            return True
        else:
            return False

    def deliver_drink(self):
        self.drinks[self.selected_drink] -= 1
        self.total_money -= self.prices[self.selected_drink]
        print("Here is your", self.selected_drink, ". Please take it.")
        print("Your change is", self.total_money, "dollars.")
        self.machine.deliver_drink()

    def choose(self, drink):
        if drink not in self.drinks or self.drinks[drink] == 0:
            print("Sorry, the drink is not available.")
            self.machine.choose()
        else:
            self.selected_drink = drink
            print("You have chosen", drink, ". The price is", self.prices[drink], "dollars.")
            self.machine.choose()

    def cancel(self):
        print("You have cancelled the order.")
        self.total_money = 0
        self.selected_drink = ""
        self.machine.cancel()

vm = VendingMachine()
vm.client_approach()
vm.choose_drink()
vm.choose("Coca-Cola")
vm.insert_money(3)
vm.check_money()
vm.deliver_drink()
vm.choose_drink()
vm.choose("Sprite")
vm.insert_money(1)
vm.check_money()
vm.deliver_drink()
vm.choose("Pepsi")
vm.check_money()
vm.cancel()

在这个示例中，我们定义了一个名为VendingMachine的类。该类有几个状态（包括“休息”、“等待”、“选择”、“支付”和“送货”），以及用于转换状态的方法（使用pytransitions库）。

• 当客人靠近自动售货机时，状态机进入“等待”状态。
• 当客人可以从饮料清单中选择一种饮料。在选择饮料后，状态机进入“选择”状态。
• 当客人可以插入货币来支付饮料，然后状态机进入“支付”状态。
• 如果客人支付金额足够，状态机将进入“送货”状态，确认饮料并将其交付给客人。

在任何一个状态下，客人都可以选择取消操作。

3. 固态、液态和气态 - 状态的切换

from transitions import Machine

class Matter:
    def solidify(self):
        print('solidifying...')
    def liquify(self):
        print('liquifying...')
    def vaporize(self):
        print('vaporizing...')

states = ['solid', 'liquid', 'gas']
transitions = [
    {'trigger': 'melt', 'source': 'solid', 'dest': 'liquid', 'before': 'liquify'},
    {'trigger': 'evaporate', 'source': 'liquid', 'dest': 'gas', 'before': 'vaporize'},
    {'trigger': 'condense', 'source': 'gas', 'dest': 'liquid'},
    {'trigger': 'freeze', 'source': 'liquid', 'dest': 'solid', 'before': 'solidify'}
]

matter = Matter()
machine = Machine(matter, states=states, transitions=transitions, initial='solid')

print(matter.state)
matter.melt()
print(matter.state)
matter.evaporate()
print(matter.state)

在上面的示例中，我们定义了一个名为Matter的类，并将其用于实现状态机。我们定义了三种状态：固体、液体和气体，并定义了四种转换：熔化、汽化、液化和凝固。每个转换都是一个Python字典，并包含一个触发器（trigger）、源状态（source）和目标状态（dest）。

在创建状态机时，我们使用Machine类，并传递初始状态（initial）、状态列表（states）和转换列表（transitions）。然后，我们创建了一个名为matter的实例，并可以使用melt、evaporate等方法进行状态转换。

在转换期间，我们还可以指定一个回调函数（例如before），以便在转换之前执行一些操作。

四. 总结

总之，状态机可以被广泛应用于各个领域，以实现自动化控制和智能化决策。

以上就是关于Python 中状态机简单使用的基本介绍，希望对你有所帮助！