状态图与Petri网建模技术分析

78、提及状态图（StateChart）的特征。在此基础上，描述哪些特征对其有利，哪些不利。

状态图特征及利弊

有利特征

1. AND - 超状态概念
   在仿真中效果良好，硬件因本质上具有并行性，更能遵循AND超状态行为。

2. 商业工具支持
   有众多围绕状态图构建的商业工具，很多能根据规格自动合成相应的C/VHDL代码。

不利特征

1. AND - 超状态在软件实现中的限制
   在软件实现中，尤其是对于无法支持并发进程的小型处理器，难以高效实现。

2. 缺乏面向对象特征
   没有面向对象的特征，无法实践面向对象的设计方法。

3. 事件和变量的全局可见性问题
   事件和变量在状态图的所有状态中都可见，这对分布式系统建模造成困难，会在系统中产生大量消息。

4. 缺乏编程结构支持
   没有编程结构，不适合复杂计算，也无法描述硬件结构和非功能行为。

79、什么是超状态？它有哪些类型？在普通的有限状态机（FSM）中存在哪种类型的超状态？

超状态

超状态是指包含其他状态的状态，这些被包含的状态称为该超状态的子状态，子状态也可能是超状态。

超状态的类型

1. “或”超状态（OR - superstate）
   系统在任何时刻都处于“或”超状态的某个子状态中，普通FSM中常见这种超状态。

2. “与”超状态（AND - superstate）
   “与”超状态包含多个子状态，系统可以同时处于这些子状态中。

80、什么是Petri网？“激发操作是原子性的”这句话是什么意思？

Petri网是一个6元组(S, T, F, M0, W, K)，其中：

- S 是一组库所
- T 是一组变迁
- F 是一组弧，其限制是只能在库所和变迁之间
- M0 是初始标识
- W 是弧权集合
- K 是容量限制集合

激发操作是原子性的，指的是：一旦一个变迁激发，所有子任务（消耗输入库所的令牌，并在输出库所放置指定数量的令牌）会一起执行。

81、从系统的 Petri 网模型可以验证系统的哪些属性？

可以验证的属性包括：

1. 终止性 ：网络是否终止；
2. 即时可达性 ：转换触发时状态是否可达；
3. 可达性 ：状态最终是否可达；
4. 所有状态的活性 ：是否有一个转换可以触发；
5. 部分死锁 ：是否存在至少一个转换永远无法触发的状态；
6. 死锁 ：是否存在没有转换可以触发的状态；
7. 所有状态的安全性 ：每个位置是否最多包含一个令牌；
8. 所有状态的有界性 ：一个位置中的令牌数量是否有上限；
9. 守恒性 ：Petri 网中的令牌总数是否恒定。

82、普通 Petri 网的缺点有哪些？

1. 用实心圆表示的令牌缺乏表现力，过程中不传递值，使模型受限。
2. 传统 Petri 网缺乏时间概念，而对于嵌入式应用建模，时间是非常关键的因素。

83、讨论不同类型的时间扩展Petri网。

时间扩展Petri网方法

目前提出了四种主要的时间扩展Petri网方法：

1. 定时Petri网
   为每个转移附加执行时间，以关联激发的有限时长。转移不是瞬时的，一旦转移被启用就必须立即激发，立即从其输入位置移除令牌，经过时间延迟后，在输出位置存放令牌，因此在过程中系统状态并非总是清晰表示。

2. 时间Petri网
   从转移被启用的时刻起，为每个转移关联两个时间值，一个是最小时间值，另一个是最大时间值。在这两个时间之间，转移必须激发，除非被另一个转移的激发禁用。

3. 定时位置转移网
   时间信息与位置相关联，而非转移。这意味着每个位置都有一些关联的延迟，令牌必须在该位置停留此时间间隔，然后才能被转移移除。

4. 持有时间信息的令牌
   令牌带有关于其创建时间的时间戳。

84、什么是有色 Petri 网？它如何对时间和数据类型进行建模？

有色 Petri 网简介

有色 Petri 网于 20 世纪 70 年代末被引入，围绕它发展出了强大的数学理论。

• 在其中，令牌通常代表被建模系统中的对象（如资源、商品、人类等）。
• 这些令牌是有色的，即有类型，令牌的值被称为其颜色。

转换机制

• 转换使用消耗令牌的值来确定产生令牌的值。
• 转换描述了输入令牌值和输出令牌值之间的关系。
• 转换可能还有一些考虑待消耗令牌颜色的前置条件。

建模能力

• 时间建模 ：有色 Petri 网可以通过令牌值来对时间进行建模。
• 数据类型建模 ：
• 令牌本身具有类型，代表不同的数据类型。
• 转换根据令牌类型和值进行操作，从而实现对数据类型的建模。

85、UML中常用的不同类型的图有哪些？

UML中常用的图包括：

• 活动图（Activity Diagram）
• 类图（Class Diagram）
• 序列图（Sequence Diagram）
• 复合结构图（Composite structure diagram）