自动机是什么

自动机(also known as State machine)，是计算机科学中重要概念之一，由输入、状态和输出三个要素组成。根据不同的输入，自动机会在不同的状态下进行不同的输出。通俗的讲，自动机是计算机控制流程图的形式化表达。

自动机可以通过多个角度进行分析，从不同的角度阐述自动机的特点和应用。在本文中，我们将会从以下几个角度探讨自动机的概念、类型、分类、作用以及未来发展。

一、概念

自动机是一种计算模型，它由初始状态、可能的输入以及每个输入对应的转移函数组成。根据不同输入的序列，自动机会在不同的状态下进行转移。一般而言，有限状态自动机和图灵机两种自动机是最为常见的两种自动机。

二、类型

1.有限状态自动机(Finite-state machine，FSM)

有限状态自动机是最基本、最简单的自动机。它包括一个有限的状态集合、一个输入集合、一个输出集合和一个状态转换函数。它的输出取决于输入及当前状态，与之前的状态无关。有限状态自动机常用于解决字符串匹配、模式识别等问题。

2.图灵机(Turing machine)

图灵机和有限状态自动机不同，它不仅能够读取输入，还可以写入、修改和删除。图灵机不仅有一个有限的状态集，还具有一个无限的纸带。这使得它可以处理任何形式的算法问题，即是一种通用计算模型。

三、分类

1.确定性自动机(Deterministic Automaton, DA）

在确定性自动机中，每个输入符号只对应一个状态。一个确定性自动机状态转移表中同一状态下不能有多于一行的输入从此状态转移到不同状态。确定性自动机有明确指导规则，且相对更容易实现。

2.非确定性自动机(NDPDA)

非确定性自动机和确定性自动机相比，一个输入符号会对应于多个状态。在重新计算过程中，非确定性自动机会同时跟踪多个可能的状态。如同通用图灵机一样，非确定性自动机也是具备极高通用性的一种计算模型。由于它更具弹性和广泛性，因此在解决更大规模的计算问题方面具有更强的实用性。

四、应用

自动机在计算机领域中有着广泛的应用，主要涵盖以下几个方面：

1. 编程语言编译器中的语法分析

自动机用于编译器中的语法分析，主要是通过识别输入中所用的语法符号，来实现编程语言中合法语句的自动解析和处理。

2. 编辑器、词法分析器

自动机可以快速地识别和标记语言形成的字符串或文本块，比如使用自动机实现单词或者句子的词法分析，以及代码编辑器中的自动语法提示等功能。

3. 网络协议协商

SSL和TLS网络协议是非常有代表性的安全协议，这些安全协议使用自适应安全协议协商算法来协商一个共同支持的协议版本号，并且确定双方同时支持的可供使用的加密套件，以确保通信双方的安全。

4. 人工智能

自动机是人工智能领域中的重要概念，其中自适应机器学习算法可以使用自动机完成语音识别、自然语言处理、计算机视觉等任务。

五、未来发展

自动机是计算机科学中一个基础性概念，也是机器人、智能交通、智能家居、智能医疗等各个智能领域应用的基础。现在，深度学习、模糊化、模型化等技术不断发展，这些新技术使得自动机在今后的应用中有着广阔的前景。