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想象一下，你有一个机器人，你希望告诉它在不同的情况下应该做什么。状态机就像是给机器人的一组指示，根据它当前的状态或情况来执行。

这样想一想：机器人可以有不同的状态，就像你可以有不同的心情或处境一样。例如，机器人可以处于“快乐”状态、“伤心”状态或“生气”状态。

现在，假设你希望机器人根据它的状态做不同的事情。如果机器人处于“快乐”状态，你希望它跳舞。如果它处于“伤心”状态，你希望它播放一首悲伤的曲调。如果它处于“生气”状态，你希望它跺脚。

为了实现这个目标，你可以创建一个状态机。它就像是一个流程图，展示了机器人可能的不同状态以及在每个状态下应该执行的操作。

在我们的例子中，状态机可能是这样的：

  • 如果机器人处于“快乐”状态，它应该跳舞。
  • 如果机器人处于“伤心”状态，它应该播放一首悲伤的曲调。
  • 如果机器人处于“生气”状态，它应该跺脚。

所以，每当机器人改变它的状态时，它会检查状态机，并根据当前的状态知道应该采取什么行动。如果它处于“快乐”状态，它会跳舞。如果它处于“伤心”状态，它会播放一首悲伤的曲调。如果它处于“生气”状态，它会跺脚。

状态机不仅仅用在机器人上，还可以用在计算机程序、游戏甚至是交通信号灯中。它们帮助我们组织和控制在不同情况下发生的事情。

交通信号灯

当我们讨论状态机的例子时，一个经典的示例是交通信号灯。让我们使用Python来实现一个简单的交通信号灯状态机：

class TrafficLight:
    def __init__(self):
        self.current_state = 'red'
    
    def change_state(self):
        if self.current_state == 'red':
            print("红灯，停车")
            self.current_state = 'green'
        elif self.current_state == 'green':
            print("绿灯，行走")
            self.current_state = 'yellow'
        elif self.current_state == 'yellow':
            print("黄灯，请准备停车")
            self.current_state = 'red'
        else:
            print("无效状态")
            
# 创建交通信号灯状态机
traffic_light = TrafficLight()

# 模拟信号灯状态变化
traffic_light.change_state()  # 输出：红灯，停车
traffic_light.change_state()  # 输出：绿灯，行走
traffic_light.change_state()  # 输出：黄灯，请准备停车
traffic_light.change_state()  # 输出：红灯，停车

增加等待时间

为了更加真实模拟现实交通灯，需要在信号灯转换之间增加等待时间，使用time.sleep

import time

在状态转换之前等待特定时间：

time.sleep(2)  # 停留2秒

增加打印提示

使用循环打印

  • 等待时间，秒为单位
    def print_delay(self, seconds):

      for second in range(seconds):
      self.print_delay_second(1)

  • 一秒打印一个等待提示...
    def print_delay_second(self, second=1):

      start_time = time.time()
  while time.time() - start_time < second:
      pass    
  print("waiting...")

状态机涉及的一些概念：

  • 状态
  • 转换
  • 输入
  • 输出

python里面有很多现成的实现好的状态机框架

体验一个简单的实现fysom

安装

pip install fysom

一个简单的例子：
finite-state-machine.jpg

from fysom import *

fsm = Fysom({'initial': 'awake',
             'final': 'red',
             'events': [
                 {'name': 'wakeup', 'src': 'sleeping', 'dst': 'awake'},
                 {'name': 'sleep',  'src': 'awake',   'dst': 'sleeping'}]})

print(fsm.current)   # awake
fsm.sleep()
print(fsm.current)   # sleeping
fsm.wakeup()
print(fsm.current)   # awake

拓展，练习

使用fsom模拟交通灯？,参考如下：
from fysom import Fysom
import time

def on_green_light():
    print("绿灯")
    time.sleep(5)
    fsm.trigger('change')  # 绿灯持续5秒后触发状态转换到下一个状态

def on_yellow_light():
    print("黄灯")
    time.sleep(2)
    fsm.trigger('change')  # 黄灯持续2秒后触发状态转换到下一个状态

def on_red_light():
    print("红灯")
    time.sleep(5)
    fsm.trigger('change')  # 红灯持续5秒后触发状态转换到下一个状态

fsm = Fysom({'initial': 'green',
             'events': [{'name': 'change', 'src': 'green', 'dst': 'yellow'},
                        {'name': 'change', 'src': 'yellow', 'dst': 'red'},
                        {'name': 'change', 'src': 'red', 'dst': 'green'}],
             'callbacks': {'on_green': on_green_light,
                           'on_yellow': on_yellow_light,
                           'on_red': on_red_light}})

while True:
    fsm.onchange()  # 执行状态转换
    time.sleep(1)  # 在状态转换之间添加1秒的延时等待

标签: pygame, design pattern, python