6、有限状态机编程与非正则语言相关知识解析

有限状态机编程与非正则语言相关知识解析

1. 有限状态机编程基础

在讨论实际硬件设备（如投币式电话或咖啡机）的工程方面时，会面临诸多困难。但将有限状态机以电子方案的形式实现，要比为每台投币式电话配备一台装有所有所需软件的成熟 Windows 计算机简单得多。

1.1 基于有限状态机的编程概述

在探讨有限自动机时，必然会涉及基于有限状态机（FSM）的编程。这种编程方法是在设计程序时，将已实现算法的执行过程表示得类似于有限状态机设备。

1.2 工具与范式

没有一种范式是通用的。理论上，每种编程语言都同样适合表示任何算法，但优秀的编程语言应是多范式的。例如，标准模板库显著改变了现代 C++ 的面貌，它支持更接近函数式编程的编码风格，而非面向对象编程。所以，在讨论基于 FSM 的编程时，应将其视为新工具，而非万能工具。使用特定范式的“便利性”取决于程序员的个人背景，数学家可能更习惯用谓词和函数思考，而工程师可能更倾向于用自动机思考。

1.3 扩展有限状态机

这里所说的“自动机”比之前讨论的普通有限状态机更强大，但它们有两个共同特征：
- 在每个时刻，自动机处于某个特定状态。
- 根据特定条件，自动机将状态改变为另一个状态。

有限状态机只是一个简单设备，仅能对输入带上存储的字符序列做出反应（通过改变当前状态）。而现在讨论的自动机是实用的编程工具，通常用 Pascal 或 C# 等普通编程语言编写。它还具有以下特点：
- 自动机从一个状态转换到另一个状态时，可以执行任意复杂的编程语言代码片段。
- 自动机的下一个状态由任意复杂函数的计算结果确