10、有限状态切换系统推理研究

有限状态切换系统推理研究

1. 引言

在传统并发系统中，组件之间存在交互，传统并发理论主要考虑同步并行组合和异步并行组合（即交错）这两种并发组合操作符。然而，在许多实际场景中，组件之间并不相互交互，而是在每个时刻由其中一个组件决定系统的行为，其他组件则被忽略，这种“切换语义”在工程界已得到广泛研究。本文聚焦于有限状态系统的这种切换语义。

有限状态切换系统由多个有限状态转换器组成，在每个时刻，系统根据其中一个转换器的规则运行。这里有两种自然的组合定义：
- 休眠组合 ：暂停的组件不活动，再次开启时从暂停前的状态继续。例如，窗口系统中，鼠标位置决定哪个窗口为活动窗口，其他窗口处于非活动状态。当活动窗口处于“插入密码”子程序时，键盘输入会显示字符 ，按下“回车”键时会匹配密码，即使在用户输入过程中窗口系统进行切换，该属性依然成立。
- 活动组合 *：暂停的组件继续运行并能完全感知环境，但输出被忽略。例如，安全摄像头网络中，各摄像头对画面进行分析，检测到可疑行为时画面冻结。在任意切换规则下，系统可能无法满足“检测到所有可疑行为”的属性，但能满足“若所有位置同时检测到可疑行为，则至少有一个会显示在控制屏幕上”的属性。通过合理假设，还能合成一种切换规则，确保至少有一张可疑行为的冻结画面被显示。

有限状态切换系统可作为其他切换系统的抽象，涵盖软件系统（如互联网通信协议）、机械系统（如带齿轮传动的发动机）、电路系统（如电源转换器）、生物系统（如基因调控网络）以及嵌入式系统等。控制工程界对连续切换系统进行了大量研究，主要关注稳定性等属性，而验证理论则关注时态逻辑可表达的属性。