FSM là gì? Trực quan về Ứng dụng, Lợi ích và Các loại FSM

Bạn đã bao giờ tự hỏi điều gì khiến chiếc đèn giao thông chuyển màu? Hay tại sao nhân vật trong game có thể di chuyển và thực hiện các hành động khác nhau? Câu trả lời cho những bí ẩn này chính là FSM – Máy trạng thái hữu hạn. Nhưng thực sự FSM là gì? Nó hoạt động như thế nào? Và tại sao nó lại quan trọng đến vậy? Hãy cùng khám phá thế giới của FSM trong bài viết này.

FSM là gì?

FSM được viết tắt cho cụm từ Finite State machine, hay còn gọi là máy trạng thái hữu hạn. Đây là một mô hình toán học được sử dụng để mô tả và điều chỉnh hoạt động của các hệ thống có thể có số lượng trạng thái hữu hạn tại một thời điểm. Các hệ thống có hành vi tuần tự và rời rạc có thể được thiết kế, phân tích và triển khai bằng cách sử dụng mô hình phổ biến này trong khoa học máy tính, kỹ thuật và các lĩnh vực liên quan.

Về cơ bản, FSM được tạo thành từ một tập hợp các trạng thái, các kích thích hoặc sự kiện đầu vào, tập hợp các hành động hoặc phản hồi đầu ra và các chuyển đổi trạng thái được kích hoạt bởi các sự kiện đầu vào. Để hình dung dễ dàng hơn, bạn có thể nghĩ nó sẽ là một biểu đồ có hướng, với các nút đại diện cho các trạng thái và các cạnh dành cho sự chuyển tiếp giữa các nút.

Hãy tưởng tượng một chiếc đèn giao thông. Nó có ba trạng thái: Đỏ, Vàng và Xanh lá. Khi đèn Đỏ, xe cộ phải dừng lại. Khi đèn Vàng, xe cộ chuẩn bị di chuyển. Và khi đèn Xanh lá, xe cộ được phép đi. Chiếc đèn giao thông chính là một ví dụ điển hình của FSM. Nó có ba trạng thái (Đỏ, Vàng, Xanh lá) và các sự kiện đầu vào (bấm nút, thời gian trôi qua) điều khiển việc chuyển đổi giữa các trạng thái.

Các hệ thống có hành vi rời rạc và tuần tự, chẳng hạn như giao thức phần mềm, mạch kỹ thuật số, hệ thống robot và giao diện người dùng, thường được mô hình hóa và điều khiển bằng FSM. Chúng tạo điều kiện thuận lợi cho việc hiểu, triển khai và bảo trì các hệ thống phức tạp bằng cách đưa ra cách tiếp cận có tổ chức và có phương pháp cho việc thiết kế và phân tích.

Các loại FSM phổ biến

FSM được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau như điện tử, robot, mạng và viễn thông cũng như các ứng dụng hàng ngày. Một số loại FSM phổ biến là:

Máy trạng thái hữu hạn xác định (Deterministic finite state machine – DFSM)

Mọi thay đổi trạng thái trong FSM xác định đều được quyết định cụ thể bởi trạng thái đầu vào và hiện tại. Điều này chỉ ra rằng chỉ có một sự chuyển đổi khả thi sang trạng thái tiếp theo với điều kiện hiện tại và đầu vào cụ thể.

Chúng ta có thể lấy ví dụ một máy bán hàng tự động. Hãy nghĩ về một máy bán hàng tự động có ba trạng thái: phân phối, lựa chọn và không hoạt động. Đầu vào của người dùng và trạng thái hiện tại xác định các trạng thái này thay đổi như thế nào.

Ví dụ: Máy chuyển sang trạng thái “Lựa chọn” nếu người dùng chọn một sản phẩm khi sản phẩm đó ở trạng thái “Không hoạt động”. Máy sẽ chuyển sang trạng thái “Phân phối” và phân phối mục đã chọn nếu người dùng xác nhận lựa chọn. Ví dụ này trình bày một FSM xác định vì đối với mỗi đầu vào và trạng thái, chỉ có một trạng thái tiếp theo duy nhất.

Máy trạng thái hữu hạn không xác định (Non-deterministic finite state machine – NDFSM)

Các FSM không xác định hỗ trợ nhiều chuyển đổi cho một đầu vào và trạng thái hiện tại. Điều này có nghĩa là không thể dự đoán trước trạng thái tương lai và máy có thể ở nhiều trạng thái cùng một lúc.

Chúng ta có thể lấy ví dụ hệ thống thang máy. Xét một hệ thống thang máy có bốn tầng: tầng trệt, tầng một, tầng hai và tầng ba. Khi người dùng nhấn vào nút trong thang máy, tầng mong muốn có thể được truy cập theo nhiều cách khác nhau. 

Ví dụ: nếu trạng thái hiện tại là “tầng trệt” và người dùng nhấp vào nút để lên tầng thứ ba thì thang máy có thể đi theo nhiều con đường, chẳng hạn như dừng ở tầng một, sau đó đến tầng một và cuối cùng là tầng ba. Ví dụ này thể hiện một FSM không xác định vì một số chuyển đổi có thể thực hiện được đối với cùng một đầu vào và trạng thái.

Mealy Machine

Mealy machine là FSM không chỉ xác định trạng thái và chuyển đổi mà còn gán đầu ra cho mỗi chuyển đổi. Đầu ra của các máy này được xác định bởi cả trạng thái hiện tại và đầu vào của chúng.

Để dễ hình dung chúng ta có thể lấy ví dụ hệ thống quay vòng vận hành bằng tiền xu. 

Hãy nhìn vào hệ thống việc lắp đặt hệ thống cửa quay hoạt động bằng tiền xu. Cửa quay có hai trạng thái: ‘Đã khóa’ và ‘Đã mở khóa’. Khi một đồng xu được nhập (đầu vào) trong khi hệ thống ở trạng thái ‘Đã khóa’, nó sẽ chuyển sang trạng thái ‘Đã mở khóa’ và gửi tín hiệu cho phép người đó đi qua (đầu ra). Nếu ai đó cố gắng vượt qua mà không nhập xu (đầu vào) trong khi hệ thống đang ở trạng thái ‘Đã khóa’, hệ thống vẫn ở trạng thái đó và tạo ra tín hiệu cho biết rằng quyền truy cập bị từ chối.

Trong trường hợp này, đầu ra (tín hiệu từ chối quyền truy cập và cho phép đi qua) phụ thuộc vào trạng thái hiện tại và đầu vào, thể hiện cách thức hoạt động của Mealy Machine.

Moore Machine

Moore Machine là một FSM có đầu ra chỉ được xác định bởi trạng thái hiện tại. Điều này có nghĩa là trạng thái của máy xác định đầu ra, không phụ thuộc vào đầu vào. Đầu vào gây ra sự chuyển đổi giữa các trạng thái, trong khi đầu ra tương ứng với chính các trạng thái đó.

Với Moore Machine, chúng ta có thể lấy ví dụ hệ thống chuông cửa.

Hệ thống chuông cửa có hai trạng thái: không hoạt động và đổ chuông. Khi có người chạm vào nút chuông cửa (đầu vào), hệ thống sẽ chuyển từ trạng thái ‘Không hoạt động’ sang trạng thái ‘Đổ chuông’. Ở trạng thái ‘Đổ chuông’, hệ thống sẽ phát ra âm thanh chuông (đầu ra) cho đến khi nhả nút. Sau khi nhả nút, hệ thống sẽ trở về trạng thái ‘Không hoạt động’.

Trong ví dụ này, đầu ra (chuông báo) chỉ phụ thuộc vào trạng thái hiện tại, không phụ thuộc vào đầu vào. Ví dụ này đã thể hiện rõ cách thức hoạt động của Moore Machine.

Cơ chế hoạt động của FSM

Fine State Machine cung cấp một phương pháp có hệ thống để kiểm soát và quản lý các hệ thống có hành vi không liên tục và tuần tự. FSM tạo điều kiện thuận lợi cho việc hiểu và triển khai các hệ thống phức tạp bằng cách chỉ định các trạng thái, chuyển tiếp và hành động đầu ra. Chúng ta hãy tìm hiểu cách hoạt động của FSM theo từng bước sau đây:

Xác định các trạng thái

Xác định nhiều trạng thái mà hệ thống của bạn có thể hoạt động. Mỗi trạng thái tương ứng với một tình huống hoặc chế độ hệ thống riêng biệt. Ví dụ: máy giặt có thể có các trạng thái như ‘Không hoạt động’, ‘Bắt đầu giặt’, ‘Giặt’ và ‘Vắt’.

Xác định sự chuyển tiếp

Tiếp theo, FSM sẽ xác định các điều kiện theo đó hệ thống của bạn chuyển từ trạng thái này sang trạng thái khác. Những trạng thái này thường được gây ra bởi các sự kiện hoặc tác nhân kích thích đầu vào. Ví dụ: khi người dùng nhấp vào nút trong máy bán hàng tự động, trạng thái có thể thay đổi từ ‘Không hoạt động’ thành ‘Lựa chọn’.

Tạo bảng hoặc đồ họa chuyển trạng thái

Tại bước này, FSM tạo bảng hoặc sơ đồ để thể hiện các trạng thái, sự kiện đầu vào và chuyển tiếp. Điều này giúp xem và sắp xếp hành vi của FSM. Bảng của các trạng thái chuyển đổi chủ yếu sẽ bao gồm các hàng trạng thái hiện, cột các sự kiện đầu vào, và các dữ liệu chỉ các trạng thái hoặc hoạt động tiếp theo.

Khởi tạo FSM

Khởi động FSM ở trạng thái ban đầu, chẳng hạn như ‘Không hoạt động’. Điều này cho biết vị trí bắt đầu của hệ thống.

Xử lý sự kiện đầu vào

Đến bước này, bạn có thể nhận một sự kiện hoặc kích thích đầu vào. Sự kiện này gây ra sự thay đổi trạng thái có thể xảy ra trong FSM. Ví dụ: nếu người tiêu dùng chọn sản phẩm từ máy bán hàng tự động thì sự kiện sẽ trở thành đầu vào.

Kiểm tra trạng thái hiện tại và sự kiện đầu vào

Xác định trạng thái hiện tại của FSM và sự kiện đầu vào đã nhận. Thông tin này được sử dụng để xác định bước hoặc hành động tiếp theo.

Tra cứu chuyển tiếp

Sau đó, Finite State Machines tham khảo bảng hoặc sơ đồ chuyển đổi trạng thái để xác định chuyển đổi phù hợp tùy thuộc vào trạng thái hiện tại và sự kiện đầu vào. Bảng hiển thị trạng thái hoặc hành động tiếp theo tương ứng với sự kết hợp trạng thái hiện tại và sự kiện đầu vào.

Thực hiện chuyển đổi

Tiếp theo, FSM thực hiện các hoạt động hoặc sửa đổi cần thiết để thực hiện chuyển đổi mong muốn. Điều này có thể bao gồm việc cập nhật các biến nội bộ, thay đổi kết quả đầu ra hoặc bắt đầu các hành động bên ngoài. Trong ví dụ về máy bán hàng tự động, nếu trạng thái hiện tại là ‘Không hoạt động’ và sự kiện đầu vào là lựa chọn sản phẩm, thì FSM sẽ chuyển sang trạng thái ‘Lựa chọn’ và chuẩn bị phân phối.

Cập nhật trạng thái hiện tại

Đặt trạng thái hiện tại của FSM sang trạng thái tiếp theo được chỉ định bởi quá trình chuyển đổi. Điều này thiết lập FSM cho sự kiện đầu vào tiếp theo.

Lặp lại

Tiếp tục quá trình bằng cách xử lý các sự kiện đầu vào tiếp theo và lặp lại các bước từ năm đến chín cho đến khi hệ thống đạt được trạng thái cuối cùng hoặc hoàn thành hành vi mong muốn.

Thực hiện theo cách tiếp cận từng bước này cho phép FSM điều chỉnh thành công hành vi của hệ thống dựa trên trạng thái hiện tại và các sự kiện đầu vào mà nó nhận được. Các chuyển đổi và hành động của FSM cho phép hệ thống phản hồi chính xác với nhiều cài đặt và đầu vào khác nhau.

Lợi ích của FSM trong doanh nghiệp

Sau khi tìm hiểu FSM là gì cũng như cách thức hoạt động, bây giờ hãy cùng điểm qua một số lợi ích thiết thực mà hệ thống được áp dụng FSM sẽ đạt được:

Quen thuộc trong việc sử dụng

Học cách sử dụng một hệ thống mới có thể là một công việc khó khăn. Việc sử dụng một chương trình tiêu chuẩn được xây dựng bằng cách sử dụng phương pháp FSM sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho sự hiểu biết bằng cách tuân theo một chuỗi các sự kiện hợp lý.

Phát triển tốc độ nhanh hơn

Với FSM, bạn sẽ không cần  phải bắt đầu dự án từ những bước thô sơ, Việc sử dụng FSM làm mẫu bắt đầu của dự án sẽ tạo điều kiện cho việc thiết lập, khóa liên động và sắp xếp theo trình tự một cách thích hợp. Tất cả những gì mà bạn cần làm là các thông số kỹ thuật của dự án.

Khả năng dự đoán bằng cách hạn chế chuyển đổi trạng thái

FSM cho phép thiết bị chuyển sang một số trạng thái hạn chế. Theo đó bất kỳ thiết bị nào sử dụng cùng một FSM sẽ hoạt động tương tự như mọi thiết bị khác.

Độ tin cậy

Với FSM, chỉ có một trạng thái được hoạt động cho mỗi lần, điều này làm giảm đáng kể khả năng xảy ra lỗi ngoài kế hoạch hoặc hành vi không mong muốn trong hệ thống. 

Trong hoàn cảnh thực tế, sai sót không phải là điều phổ biến, đặc biệt là trong quá trình vận hành thử. Khi sử dụng FSM, nếu máy đang không ở trạng thái đúng, FSm sẽ cho dừng hoặc đến khi nào được vận hành đúng thì máy mới được tiếp tục chạy.

An toàn

Việc điều chỉnh đầu ra của hệ thống sẽ dễ dàng hơn nhiều để tránh rủi ro trong quá trình vận hành. Các hoạt động lồng vào nhau và tránh hành vi không mong muốn được thực hiện dễ dàng hơn bằng cách ngăn chặn sự thay đổi trạng thái, chẳng hạn như bắt đầu.

Một số ứng dụng của FSM

Nếu như các bạn chưa biết, FSM được ứng dụng vào những hệ thống, đồ vật mà chúng ta thường thấy và sử dụng hàng ngày. Cũng vì lý mọi người không tiếp xúc trực tiếp với các FSM, nhưng chúng được cài đặt ở đằng sau để quản lý và kiểm soát vô số hệ thống và quá trình hỗ trợ cuộc sống chúng ta.

Sau đây là một số ứng dụng hệ thống có cấu tạo mô hình sử dụng FSM để quý doanh nghiệp có thể nắm rõ hơn:

Hệ thống kiểm soát đèn giao thông

FSM có thể được sử dụng để đại diện cho bộ điều khiển đèn giao thông với các trạng thái như ‘Xanh lá’, ‘Vàng’ và ‘Đỏ’. Quá trình chuyển đổi diễn ra theo những khoảng thời gian định trước hoặc khi có xe. Các sự kiện đầu vào có thể bao gồm bộ hẹn giờ, bộ phát hiện ô tô và nút dành cho người đi bộ. Hành động đầu ra sẽ bao gồm việc chuyển đổi đèn cho phù hợp.

Hệ thống kiểm soát thang máy

Hệ thống điều khiển thang máy có thể được mô tả là FSM với các trạng thái như ‘Không hoạt động’, ‘Di chuyển lên’, ‘Di chuyển xuống’ và ‘Đã dừng’. Quá trình chuyển đổi xảy ra khi người dùng nhấp vào nút tầng hoặc khi thang máy đến đích. FSM đảm bảo rằng thang máy di chuyển đến đúng mức và mở, sau đó đóng cửa vào đúng thời điểm.

Kiểm soát các hoạt động GUI

Trong giao diện người dùng đồ họa, trình xử lý các hoạt động của chuột có thể được triển khai bằng FSM. Các trạng thái có thể bao gồm ‘Không hoạt động’, ‘Đang kéo’ và ‘Đã nhấp chuột’. Quá trình chuyển đổi xảy ra khi nhấn hoặc thả nút chuột. Hành động đầu ra có thể bao gồm các đối tượng chuyển động, đánh dấu các mục hoặc bắt đầu các hoạt động tùy thuộc vào các thao tác chuột.

Các giao thức kết nối mạng

Giao thức kết nối TCP có thể được mô hình hóa bằng FSM. Các trạng thái có thể bao gồm ‘Đã đóng’, ‘Nghe’, ‘Đã gửi SYN’, ‘Đã nhận SYN’, ‘Đã thiết lập’, v.v. Việc chuyển đổi được thực hiện tùy thuộc vào cờ TCP được trao đổi giữa các thực thể giao tiếp. Các hoạt động đầu ra bao gồm việc tạo, duy trì và chấm dứt các kết nối mạng. Tương tự, các giao thức như HTTP và DNS dựa vào FSM để xử lý việc thiết lập kết nối, truyền tải dữ liệu, xử lý lỗi, định tuyến mạng và chấm dứt một cách nhẹ nhàng.

Quá trình xử lý ngôn ngữ

FSM được sử dụng trong trình xử lý ngôn ngữ tự nhiên (NLP) để thực hiện các tác vụ bao gồm phân tích cú pháp văn bản, mã thông báo và hiểu ngôn ngữ. Chúng được sử dụng để mô tả các quy tắc ngữ pháp, cấu trúc cú pháp và các mẫu ngữ nghĩa, cho phép xác định và nghiên cứu các thành phần ngôn ngữ khác nhau trong văn bản. 

Ngoài ra, FSM hỗ trợ xử lý và giải thích các đầu vào ngôn ngữ tự nhiên bằng cách mô hình hóa các trạng thái và chuyển đổi bằng cách sử dụng các quy tắc ngôn ngữ, cho phép thực hiện các tác vụ như trích xuất thông tin, phân tích cảm xúc và trả lời câu hỏi trong các ứng dụng NLP.

Tự động hóa các đồ vật trong nhà

Với sự phát triển của IoT và tự động hóa , FSM đang được sử dụng trong các hệ thống nhà thông minh để quản lý nhiều loại thiết bị như ánh sáng, hệ thống an ninh và thiết bị. FSM cung cấp sự tích hợp và phối hợp liền mạch của nhiều thiết bị khác nhau, cho phép người dùng tự động hóa công việc, cá nhân hóa cài đặt cũng như cải thiện an ninh gia đình và tiết kiệm năng lượng.

Hệ thống tự động hóa và robot

FSM đóng vai trò quan trọng trong việc quản lý hành vi của robot và hệ thống tự trị. Những mô hình này cho phép quản lý các hành vi bao gồm điều hướng, tránh chướng ngại vật và thực hiện nhiệm vụ bằng cách sử dụng đầu vào cảm biến và các quy tắc đã thiết lập.

Do đó, FSM được sử dụng rộng rãi trong các quy trình tự động hóa công nghiệp và sản xuất để kiểm soát và điều phối các quy trình công việc, dây chuyền sản xuất và hệ thống robot phức tạp. FSM cung cấp khả năng phân bổ tài nguyên, đồng bộ hóa quy trình và phát hiện lỗi hiệu quả, dẫn đến các quy trình đơn giản hơn và năng suất cao hơn.

Trợ lý ảo và Chatbots

FSM thường được sử dụng trong chatbot và trợ lý ảo để kiểm soát luồng hội thoại và tương tác của người dùng. Cụ thể, FSM cho phép chatbot hiểu và phản hồi hiệu quả với thông tin đầu vào của người dùng bằng cách mô hình hóa nhiều giai đoạn tương tác, chẳng hạn như lời chào, thu thập thông tin và câu trả lời. 

Chúng giúp theo dõi trạng thái hiện tại, dự đoán trạng thái tiếp theo dựa trên câu hỏi của người dùng và kích hoạt các hành động hoặc câu trả lời liên quan, cho phép các cuộc thảo luận tự nhiên và hấp dẫn hơn với người dùng.

Phát triển trò chơi

FSM cũng được sử dụng trong việc tạo trò chơi để điều chỉnh hành vi và tương tác của các nhân vật ảo. FSM cung cấp hành vi nhân vật năng động và phản ứng nhanh bằng cách mô hình hóa các trạng thái riêng biệt như ‘Nhàn rỗi’, ‘Đi bộ’, ‘Tấn công’ và ‘Nhảy’, sau đó chỉ định chuyển đổi giữa các trạng thái này dựa trên các hoạt động trong trò chơi, đầu vào của người dùng hoặc lựa chọn AI. Chúng giúp phối hợp hoạt ảnh, chuyển động và hành động, mang lại trải nghiệm chơi trò chơi thú vị với hành vi nhân vật thông minh và nhận biết ngữ cảnh.

Những ví dụ này cho thấy cách FSM có thể được sử dụng để quản lý và điều khiển một loạt các hệ thống tuần tự và rời rạc. Các FSM cung cấp cách tiếp cận có tổ chức để tạo ra các hệ thống phức tạp, cũng như sự hiểu biết và thực hiện hiệu quả.

FSM hỗ trợ như thế nào trong Salesforce?

Bạn đang chán ngấy với những thao tác thủ công lặp đi lặp lại trong Salesforce trigger? Bạn 

muốn tăng tốc quy trình làm việc và nâng cao hiệu quả? FSM (Finite State Machine) chính là vị cứu tinh mà bạn đang kiếm tìm.

Hãy tưởng tượng:

• Quy trình tự động mượt mà như lụa, giải phóng bạn khỏi những công việc nhàm chán.
• Tình trạng bản ghi được nắm bắt chính xác đến từng giây, giúp bạn kiểm soát mọi thứ trong tầm tay.
• Vấn đề được giải quyết nhanh chóng và hiệu quả, tiết kiệm thời gian và công sức.

FSM chính là chìa khóa mở ra cánh cửa thần kỳ ấy.

Dưới đây là những lợi ích “siêu to khổng lồ” mà FSM mang đến cho Salesforce trigger:

1. Theo dõi trạng thái bản ghi – Nắm bắt mọi diễn biến

FSM có thể giúp theo dõi trạng thái của một bản ghi Salesforce, ví dụ như:

• Mới tạo: Khi một bản ghi mới được tạo, FSM có thể đặt trạng thái của nó thành “Mới”.
• Đang chờ xử lý: Khi một bản ghi được gửi để xử lý, FSM có thể đặt trạng thái của nó thành “Đang chờ xử lý”.
• Đã hoàn thành: Khi bản ghi được xử lý xong, FSM có thể đặt trạng thái của nó thành “Đã hoàn thành”.

Việc theo dõi trạng thái bằng FSM giúp đảm bảo rằng các bản ghi được xử lý một cách chính xác và hiệu quả.

2. Xác định hành động tiếp theo – Luôn sẵn sàng cho bước đi kế tiếp

Dựa trên trạng thái hiện tại của bản ghi, FSM có thể xác định hành động tiếp theo cần thực hiện người dùng Salesforce Trigger có thể:

• Tự động hóa các quy trình phức tạp.
• Loại bỏ sự nhầm lẫn và sai sót.
• Tăng tốc hiệu quả và năng suất làm việc.

3. Xử lý trường hợp ngoại lệ

FSM có thể được sử dụng để xử lý các trường hợp ngoại lệ có thể xảy ra trong quy trình. Ví dụ:

• Nếu một bản ghi không được xử lý trong một khoảng thời gian nhất định, FSM có thể gửi email cảnh báo cho người dùng.
• Nếu một lỗi xảy ra trong quá trình xử lý bản ghi, FSM có thể ghi lại lỗi và chuyển bản ghi đến trạng thái “Lỗi”.

Do đó, FSm có thể hỗ trợ người dùng Salesforce Trigger vào các giai đoạn công việc như:

• Giải quyết các vấn đề nhanh như chớp.
• Tránh những gián đoạn không mong muốn.
• Đảm bảo sự liền mạch trong quy trình.

Lời kết

Mong rằng những thông tin trên đây của GCSVN về FSM là gì đã giúp cho doanh nghiệp hiểu thêm về những ứng dụng, lợi ích của nó trong công việc cũng như cuộc sống hàng ngày. Với FSM, bạn có thể tối ưu hóa trong việc quản lý công việc, tạo nên trật tự trạng thái ổn định, bảo mật an toàn. Nếu có thêm bất kỳ thắc mắc nào về FSM, đừng ngần ngại và liên hệ với chúng tôi qua Hotline: 024.9999.7777 hoặc để lại thông tin tại phần Livechat để được hỗ trợ tận tình.