Definition

Ein endlicher Automat ist ein Modell eines Systems mit diskreten Ein- und Ausgaben und einer endlichen Anzahl von Zuständen.

Als Beispiel gucken wir uns eine Lampe mit Schalter an:

Die Lampe hat zwei Zustände: «Licht aus» und «Licht ein». Je nachdem in welchem Zustand sich die Lampe befindet, kann ich durch Drücken des Schalters das Licht ein- oder ausschalten. Das Schalter-Drücken ändert also den Zustand der Lampe. Wir sprechen von einem Zustandsübergang.

Zustandsübergangsdiagramme

Diese Übergänge zwischen den Zuständen kann man in einem Diagramm darstellen:

Die Zustände werden durch Kreise gekennzeichnet und benannt. Die Übergänge werden durch benannte Pfeile dargestellt.

Das obige Diagramm lässt sich wie folgt lesen:

Zu Beginn ist das Licht aus. Wenn ich den Schalter drücke, geht das Licht an. Wenn ich den Schalter nochmals drücke, geht es wieder aus.

Übergangstabelle

Dieser Sachverhalt lässt sich auch in einer Tabelle darstellen:

Lichtschalter
δdrücken
Licht ausLicht ein
Licht einLicht aus

Die Tabelle wird wie folgt interpretiert:

Zustände
Für jeden Zustand gibt es eine Reihe.
Dessen Name steht in der ersten Spalte (gekennzeichnet durch δ)
Übergänge
Für jeden Übergang gibt es eine Spalte
Der Name des Übergangs steht in der Kopfzeile
Kann ein Zustand mit diesem Übergang in einen anderen Zustand überführt werden, so steht in der entsprechenden Zeile der neue Zustand. (sonst bleibt der Eintrag leer)

Beispiele und Aufgaben

Getränkeautomat

Ein Getränkeautomat, wie er in der Eingangshalle des Gymers steht, aber etwas vereinfacht:

  • akzeptiert nur Ein- und Zweifränkler
  • liefert nur Sprite oder Cola
  • beides kostet 3.-
Getränkeautomat

Man soll also mit Ein- und Zweifränkler den Automat «füttern». Sobald 3.- erreicht sind, kann man ein Getränk rauslassen.

Wir überlegen uns zuerst welche Zustände und Übergänge es braucht:

Zustände
der Automat muss sich den Betrag merken – er soll ja nur bei 3.- ein Getränk rauslassen
Es gibt also 4 Zustände: 0.-, 1.-, 2.- oder 3.-
Je nachdem wie viel Geld wir reingesteckt haben.
Übergänge
Je nach Zustand kann man Ein- oder Zweifränkler füttern, oder eine der beiden Getränketasten drücken

Daraus ergibt sich das folgende Übergangsdiagramm:

Wir beginnen im Zustand 0.-. Man kann den Automaten mit einem Ein- oder Zweifränkler füttern. So kommt man also in den Zustand 1.- oder 2.-. Nun kann man ihn weiter-füttern, bis der Zustand 3.- erreicht wird. Nur in diesem Zustand reagiert der Automat auf die Getränketaste indem er das Getränk rauslässt und in den End-Zustand 0.- wechselt

δ1.-2.-spritecoke
0.-1.-2.-
1.-2.-3.-
2.-3.-
3.-0.-0.-

Videogerät

Ein Videogerät kann auch als endlicher Automat angesehen werden:

Videogerät

Aufgabe: Videogerät

Erstelle eine Zustandsübergangstabelle für das Videogerät, indem du dir das obenstehende Diagramm liest, genau ansiehst und es dann in eine Tabelle übersetzt.

Lösung: Videogerät
δplaypausestopforwardrewindTime out
NichtstunAbspielen
AbspielenWartenNichtstunSpulenSpulen
WartenAbspielenNichtstun
SpulenAbspielen

Ampel

Eine Strassenampel hat 3 farbige Lampen: Rot, Grün und Gelb. Jede Lampe kann ein oder ausgeschaltet werden, was 6 Zustandsübergänge gibt. Die Ampel soll aber nur die folgenden 5 Zustände haben:

Aus
ausgeschaltet, nicht in Betrieb
Gelb
Achtung, es wird bald rot
Grün
alles gut, bitte fahren
RotGelb
Motor starten, bald wird es Grün
Rot
Stopp

Die Zustände und die möglichen Übergänge sind in der folgenden Tabelle dargestellt:

δgrün Ausgrün Anrot Ausrot Angelb Ausgelb An
AusGrün
GelbRotRot
GrünGelbGelb
RotGelbGrünGrünGrün
RotRotGelb

Aufgabe

Stelle die Ampel als endlichen Automaten dar, indem du basierend auf der Tabelle ein Zustandsübergangsdiagramm zeichnest.

Lösung: Ampel

weitere

Aufgabe

Erstelle Zustandsübergangsdiagramme und -tabellen für die folgenden beiden Automaten:

  • Stoppuhr
  • ferngesteuertes Garagentor