Что такое конечный автомат (State Machine) и где он применяется

Конечный автомат (State Machine) — это математическая модель вычислений, описывающая поведение системы с конечным числом состояний. Система может находиться только в одном состоянии в каждый момент времени и переходить из одного состояния в другое в ответ на внешние события (триггеры).

Эта модель помогает управлять сложной логикой, делая поведение системы предсказуемым и легко тестируемым.

Основные компоненты конечного автомата:

• Состояния (States): Набор уникальных состояний, в которых может находиться система (например, Включен, Выключен, Ошибка).
• События (Events): Внешние воздействия, которые могут вызвать изменение состояния (например, НАЖАТИЕ_КНОПКИ, ПОТЕРЯ_СЕТИ).
• Переходы (Transitions): Правила, которые определяют, в какое следующее состояние перейдет система из текущего состояния при получении определенного события.
• Действия (Actions): Код, который выполняется при входе в состояние, выходе из него или во время перехода.

Пример на Python: управление светофором

from enum import Enum, auto

class State(Enum):
    RED = auto()
    YELLOW = auto()
    GREEN = auto()

class TrafficLight:
    def __init__(self):
        self.state = State.RED
        print("Светофор включен. Текущий цвет: КРАСНЫЙ")

    def next_state(self):
        """Обрабатывает событие 'TIMER_EXPIRED'"""
        if self.state == State.RED:
            self.state = State.GREEN
            print("Переход: -> ЗЕЛЕНЫЙ")
        elif self.state == State.GREEN:
            self.state = State.YELLOW
            print("Переход: -> ЖЕЛТЫЙ")
        elif self.state == State.YELLOW:
            self.state = State.RED
            print("Переход: -> КРАСНЫЙ")

# Использование
light = TrafficLight()
light.next_state() # Зеленый
light.next_state() # Желтый
light.next_state() # Красный

Области применения:

• Парсеры и компиляторы: для анализа лексической и синтаксической структуры кода.
• Сетевые протоколы: TCP/IP использует конечный автомат для управления жизненным циклом соединения.
• Пользовательские интерфейсы (UI): для управления состояниями элементов (например, загрузка, отображено, ошибка).
• Игровые движки: для описания поведения персонажей и объектов (AI).
• Бизнес-процессы: для моделирования жизненного цикла заказа, документа или заявки.

Для реализации сложных автоматов в Python часто используют библиотеки, такие как transitions или python-statemachine.