Imagina un sistema que reacciona a tus acciones, no solo de forma inmediata, sino también teniendo en cuenta su historia. Es como si el sistema tuviera memoria y su comportamiento actual dependiera de lo que ha pasado antes.
Este tipo de sistemas, que parecen tener una "mente propia", se modelan utilizando máquinas de estado.
Una máquina de estado es un modelo matemático que describe el comportamiento de un sistema que puede estar en diferentes estados. Estos estados representan las posibles configuraciones del sistema en un momento dado.
Un ejemplo sencillo: un semáforo. Su estado puede ser rojo, amarillo o verde, y su comportamiento depende de su estado actual:
Rojo: Los coches están detenidos.
Amarillo: Los coches se preparan para detenerse.
Verde: Los coches pueden avanzar.
Las transiciones entre estos estados se activan por eventos. En el caso del semáforo, el evento sería un tiempo predefinido.
Las Máquinas de Estado Finitas (FSM)
En la mayoría de los casos, el número de estados que puede tener un sistema es finito. A este tipo de máquinas se les llama máquinas de estado finitas (FSM), y son las que se utilizan en la mayoría de los sistemas informáticos.
Por ejemplo, un automatizador de tareas que se activa cuando una persona entra en una habitación podría tener los estados siguientes:
Inactivo: El sistema está esperando la entrada de una persona.
Activo: El sistema ha detectado la entrada y está ejecutando tareas.
Completado: El sistema ha finalizado las tareas y vuelve al estado inactivo.
Las FSM son herramientas fundamentales en campos como la teoría de la computación, la ingeniería de software y la electrónica.
Representando las Máquinas de Estado
Para visualizar las máquinas de estado, se utilizan diagramas de estados. Estos diagramas muestran los estados del sistema y las transiciones entre ellos.
Un diagrama de estados para el semáforo sería el siguiente:
Estados: Inactivo, Ingreso de tarjeta, Ingreso de PIN, Selección de operación, Retiro de efectivo, Depósito, Impresión de comprobante, Finalizar transacción.
Transiciones: Inactivo->Ingreso de tarjeta, Ingreso de tarjeta->Ingreso de PIN, etc.
Transiciones: Pausa->Reproducción, Reproducción->Pausa, Reproducción->Detenido, etc.
Aplicaciones de las Máquinas de Estado
Las máquinas de estado tienen una amplia gama de aplicaciones. Algunos ejemplos son:
Diseño de sistemas de control: Los controladores de robots, los sistemas de gestión de tráfico y las máquinas de vending utilizan máquinas de estado para controlar su comportamiento.
Desarrollo de software: Las máquinas de estado se utilizan en el desarrollo de software para modelar el comportamiento de los objetos y componentes.
Redes de comunicación: Los protocolos de comunicación, como TCP/IP, utilizan máquinas de estado para controlar el flujo de datos entre los dispositivos.
Procesamiento de lenguaje natural: Las máquinas de estado se utilizan en el desarrollo de sistemas de reconocimiento de voz y análisis de texto.
Tipos de Máquinas de Estado
Las máquinas de estado se pueden clasificar en dos tipos principales:
Las aceptoras, también conocidas como reconocedoras o discriminadoras, son máquinas de estado que producen una salida binaria (sí-no) en función del estado actual. Se utilizan para reconocer secuencias de entrada.
Por ejemplo, un aceptor de palabras podría tener un estado final que indica si la palabra ingresada es válida o no.
2. Transductoras
Las transductoras son máquinas de estado que convierten secuencias de entrada en secuencias de salida. La salida puede ser binaria o más compleja, y depende del estado actual y de la entrada actual.
Un ejemplo de transductor es un convertidor de texto a voz, que convierte una secuencia de caracteres en una secuencia de sonidos.
Máquinas de Estado en UML
El lenguaje unificado de modelado (UML), un lenguaje estándar para la modelación de software, incluye diagramas de estados para representar las máquinas de estado de los objetos.
En UML, la máquina de estado define el comportamiento de un objeto a través de diferentes estados durante un tiempo finito.
Conclusión: El Poder de las Máquinas de Estado
Las máquinas de estado son una herramienta poderosa para modelar y comprender el comportamiento de los sistemas reactivos a las entradas. Desde aplicaciones simples como los semáforos hasta sistemas complejos como los controladores de robots, las máquinas de estado juegan un papel fundamental en la tecnología moderna.
Su capacidad de modelar la historia del sistema y determinar su comportamiento en función de su estado actual las convierte en una herramienta indispensable en una variedad de campos.
Preguntas Frecuentes sobre Máquinas de Estado
¿Qué son las máquinas de estado?
Las máquinas de estado son modelos que representan el comportamiento de un sistema con entradas y salidas. Las salidas no solo dependen de las entradas actuales, sino también de la historia de entradas.
¿Cuáles son los tipos principales de máquinas de estado?
Se dividen en máquinas de estado finitas (FSM) y máquinas de estado infinitas. Las FSM son las que podemos modelar en los computadores actuales.
¿Cómo se representan las máquinas de estado?
Se representan mediante Diagramas de Estados y Diagramas de Flujo.
¿Qué son las Aceptoras?
Son máquinas de estado que generan una salida binaria (sí-no) que depende del estado actual. Se utilizan para reconocer secuencias de entrada.
¿Qué son las Transductoras?
Son máquinas de estado que convierten secuencias de entrada en secuencias de salida, que pueden ser binarias o más complejas. La salida depende del estado actual y de la entrada actual.
¿Cuáles son algunas aplicaciones de las máquinas de estado?
Las Aceptoras se utilizan en la teoría de la computación y la teoría de autómatas. Las Transductoras se utilizan en la electrónica digital y la computación práctica.
¿Qué es una máquina de estado en UML?
Una máquina de estado describe el comportamiento de un objeto a través de diferentes estados durante un tiempo finito.
¿Cuándo se utilizan las máquinas de estado?
Las máquinas de estado se utilizan para modelar sistemas reactivos a las entradas, como dispensadores de bebidas, sistemas de control y procesadores de texto.
