java實現(xiàn)細胞自動機

這篇文章將解決在Java中實現(xiàn)有限狀態(tài)機的問題。 如果您不知道什么是FSM或在什么地方可以使用FSM，您可能會熱衷于閱讀本 ， 本和本 。

如果您發(fā)現(xiàn)自己在設計上使用FSM的情況，則可能已經(jīng)開始為實現(xiàn)相同接口的每個狀態(tài)編寫類。 一個好的設計可能是：

interface State { } class State_1 implements State {} class State_2 implements State {} ...

您可能有一個類可以管理這些狀態(tài)以及它們之間的過渡，而另一個可以實現(xiàn)FSM的上下文（輸入帶狀區(qū)域），另一個用于起始狀態(tài)的接口，另一個用于結束狀態(tài)的接口，依此類推。 許多類散布在許多文件中，使您無法快速跟蹤它們。

還有另一種方法：使用枚舉。

枚舉本質(zhì)上是類的列表，并且枚舉的每個成員可能具有不同的實現(xiàn)。 假設我們要實現(xiàn)以下狀態(tài)機：

初始化-（'a'）-> A
初始化-（else）->失敗
A-（'b'）-> B A-（'c'）-> C A-（'a'）-> A A-（”）->結束 A-（其他）->失敗 B-（'c'）-> C B-（'b'）-> B B-（”）->結束 B-（其他）->失敗 C-（'c'）-> C C-（”）->結束 C-（其他）->失敗

該FSM將驗證以下正則表達式：^（a +）（b *）（c *）$。 我們可以將狀態(tài)寫成枚舉狀態(tài)的元素，如下所示：

interface State {public State next(); }class Input {private String input;private int current;public Input(String input) {this.input = input;}char read() { return input.charAt(current++); } }enum States implements State {Init {@Overridepublic State next(Input word) {switch(word.read()) {case 'a': return A;default: return Fail;}}},A {@Overridepublic State next(Input word) {switch(word.read()) {case 'a': return A;case 'b': return B;case 'c': return C;case '': return null;default: return Fail;}}},B {@Overridepublic State next(Input word) {switch(word.read()) {case 'b': return B;case 'c': return C;case '': return null;default: return Fail;}}},C {@Overridepublic State next(Input word) {switch(word.read()) {case 'c': return C;case '': return null;default: return Fail;}}},Fail {@Overridepublic State next(Input word) {return Fail;}};public abstract State next(Input word); }

我們要做的是定義每個枚舉中每個狀態(tài)的轉(zhuǎn)換。 每個過渡都會返回一個新狀態(tài)，因此我們可以更有效地循環(huán)遍歷它們：

State s; Input in = new Input("aabbbc"); for(s = States.Init; s != null || s != States.Fail; s = s.next(in)) {}if(s == null) {System.out.printlin("Valid!");} else {System.out.println("Failed");}

此時，我們要么驗證了字符串，要么失敗了。 這是一個簡單而優(yōu)雅的設計。

我們可以通過將最終狀態(tài)與主要狀態(tài)分開來進一步改善實現(xiàn)，以簡化遍歷的退出條件。 我們將定義另一個名為FinalState的接口，以及一個將包含所需退出狀態(tài)的第二枚舉（相應地更改States枚舉）：

interface FinalState extends State {} enum FinalStates implements FinalState {Fail {@Overridepublic State next(Input word) {return Fail;}},Ok {@Overridepublic State next(Input word) {return End;}} }

這樣，遍歷將有所簡化：

for(s = States.Init; !(s instanceof FinalState); s = s.next(in)) {} switch(s) {case Fail: System.out.printlin("Failed"); break;case Ok: System.out.println("Valid!"); break;default: System.out.println("Undefined"); break; }

優(yōu)點是（除了更簡單的遍歷之外），我們可以指定兩個以上的最終狀態(tài)。 在大多數(shù)情況下，FSM將有多個出口點，因此建議從長遠來看最后一種改進。 您還可以將所有這些枚舉和接口放在同一源文件中，并將整個邏輯放在一個位置，而不是瀏覽多個選項卡，以便了解流程的工作原理。

結論是，使用枚舉可以更緊湊，更有意義地實現(xiàn)FSM。 您將所有邏輯都放在一個文件中，并且所有遍歷都是輕松的。 您還將獲得更加輕松的調(diào)試體驗，因為已轉(zhuǎn)換狀態(tài)的名稱將顯示在調(diào)試器中（變量s將相應地更改其值，并帶有新狀態(tài)的名稱），而不必弄清楚您剛剛上過什么課。 總而言之，我認為這是一個好技術。

參考：我們的JCG合作伙伴 Attila-Mihaly Balazs 在Java中實現(xiàn)自動機 ? 在Transylvania JUG博客上。

翻譯自: https://www.javacodegeeks.com/2012/03/automaton-implementation-in-java.html

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總結

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