Diagrama de maquina de estados

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Diagrama de máquina de estados
O diagrama de máquina de estados (ou simplesmente diagrama de estados) é uma ferramenta
visual utilizada para modelar o comportamento de sistemas que podem estar em diferentes
"estados" ao longo do tempo, respondendo a eventos ou condições. Muito usado em áreas
como engenharia de software, automação industrial, robótica e outras disciplinas
relacionadas, ele fornece uma forma clara de representar transições de estado, permitindo o
entendimento e a análise de sistemas dinâmicos. A seguir estão vários aspectos importantes
relacionados a esse tipo de diagrama:
1. Definição de Máquina de Estados
Uma máquina de estados é um modelo abstrato de comportamento que define:
- Um conjunto finito de estados nos quais um sistema pode estar.
- Um conjunto de transições entre esses estados, que podem ser acionadas por eventos ou
condições.
- Um estado inicial no qual o sistema começa.
- Opcionalmente, um ou mais estados finais, onde o sistema pode terminar sua operação.
2. Componentes principais
No diagrama de máquina de estados, os elementos fundamentais são:
- Estado: Representa uma condição ou situação em que um sistema pode se encontrar. Nos
diagramas, é geralmente representado por um retângulo ou círculo.
- Transições: São as mudanças de um estado para outro, geralmente acionadas por eventos.
As transições são representadas por setas entre os estados.
- Eventos: Condições ou sinais que provocam uma transição de estado. Um evento pode ser
algo como "receber um sinal" ou "cumprir uma condição lógica".
- Ações: São atividades executadas quando uma transição ocorre ou enquanto o sistema está
em um determinado estado.
- Estado Inicial: Representado por um círculo preenchido ou uma bolinha sólida, indica o
ponto de partida do sistema.
- Estado Final: Representado por um círculo duplo, indica que a máquina de estados terminou
sua execução.
3. Tipos de Máquina de Estados
Existem diferentes classificações de máquinas de estados, sendo as mais comuns:
- Máquina de Mealy: Nessa, as saídas dependem do estado atual e dos entradas do sistema.
Ou seja, a resposta da máquina pode mudar dependendo do estado em que ela se encontra e
do que ela recebe de fora.
- Máquina de Moore: Nessa, as saídas dependem apenas do estado atual e não das entradas.
Assim, a saída é determinada exclusivamente pelo estado no qual o sistema está.
4. Exemplo de Aplicação
Um exemplo simples de diagrama de máquina de estados pode ser um semáforo. Ele pode ter
três estados:
- Verde (o carro pode avançar),
- Amarelo (o carro deve diminuir a velocidade),
- Vermelho (o carro deve parar).
A transição entre esses estados é acionada pelo tempo ou por um controlador externo, que
decide quando o semáforo deve mudar de cor.
5. Notação Padrão (UML)
No contexto de UML (Unified Modeling Language), os diagramas de máquina de estados
fazem parte do conjunto de ferramentas para modelagem de sistemas orientados a objetos.
Nesse caso, as máquinas de estados são usadas para modelar o comportamento de um objeto
em resposta a eventos internos ou externos, exibindo suas transições ao longo do tempo.
Os estados podem ser refinados em subestados, onde:
- Estado Composto: Um estado que contém outros estados dentro de si, permitindo que um
estado geral possa ser subdividido em várias fases menores.
- Histórico: Um marcador que lembra o último subestado ativo de um estado composto, de
modo que, quando o estado composto é reentrado, ele pode retomar onde estava.
6. Exemplo de um diagrama UML simplificado:
Imagine um sistema de login. Ele pode ter os seguintes estados e transições:
- Estado inicial: O sistema espera pelo nome de usuário e senha.
- Transição: Quando o usuário insere seus dados, o sistema verifica.
- Estado "Verificação": O sistema verifica se as credenciais estão corretas.
- Se correto, Estado "Autenticado": O usuário é autenticado e acessa o sistema.
- Se incorreto, Estado "Erro": O sistema solicita ao usuário que insira as informações
novamente.
7. Máquina de Estados Finitos
O termo Máquina de Estados Finitos (FSM) é frequentemente usado para se referir a um
diagrama de máquina de estados em que o número de estados e transições é finito. A FSM é
amplamente utilizada em:
- Sistemas embarcados
- Protocolos de comunicação
- Controle de processos industriais
8. Máquina de Estados Hierárquica
Uma extensão dos diagramas simples de máquina de estados é a máquina de estados
hierárquica. Ela permite que estados sejam organizados de maneira hierárquica, ou seja, um
estado pode conter subestados, cada um com suas próprias transições e eventos.
9. Benefícios de Usar Diagramas de Máquina de Estados
- Clareza no comportamento: Facilita a visualização das transições de estado e como o
sistema reage a eventos, o que é útil no design e na depuração.
- Simulação: Possibilita a simulação de como o sistema se comporta sob diferentes condições.
- Modularidade: Sistemas complexos podem ser divididos em módulos menores, cada um
com seu próprio diagrama de estados.
10. Desvantagens e Limitações
- Escalabilidade: Em sistemas muito complexos, os diagramas de máquina de estados podem
se tornar grandes e difíceis de gerenciar.
- Número de Transições: O número de transições pode crescer exponencialmente à medida
que mais estados são adicionados.
11. Ferramentas para Criar Diagramas de Máquina de Estados
Existem diversas ferramentas que permitem a criação de diagramas de máquina de estados,
incluindo:
- Lucidchart
- Enterprise Architect
- UMLet
- Stateflow (parte do MATLAB)
12. Exemplos no Mundo Real
- Controle de elevadores: Um elevador pode estar em um estado de "subindo", "descendo",
ou "parado em um andar", com transições entre esses estados dependendo dos comandos do
usuário e da posição atual.
- Controladores de dispositivos: Muitas máquinas eletrônicas utilizam máquinas de estados
finitos para gerenciar seus estados, como um dispositivo de café com estados como "espera",
"fazendo café" e "erro".
Assistente Virtual (ex: Alexa, Siri)
● Estados:
○ Aguardando Comando: O assistente está em espera.
○ Recebendo Comando: O assistente está capturando o comando do usuário.
○ Processando: O assistente está analisando o comando e buscando a resposta.
○ Respondendo: O assistente fornece a resposta ao usuário.
● Transições:
○ De Aguardando Comando para Recebendo Comando quando o assistente é ativado
pelo usuário.
○ De Recebendo Comando para Processando após capturar o comando.
○ De Processando para Respondendo quando o assistente tem uma resposta.
Jogo de Video Game
● Estados:
○ Menu Principal: O jogador está navegando pelo menu.
○ Em Jogo: O jogador está jogando ativamente.
○ Pausado: O jogo foi pausado.
○ Game Over: O jogador perdeu ou completou o jogo.
● Transições:
○ DoMenu Principal para Em Jogo quando o jogador inicia uma partida.
○ Do estado Em Jogo para Pausado quando o jogador pressiona o botão de
pausa.
○ Do estado Em Jogo para Game Over quando o jogador perde ou conclui o
objetivo final.