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使用动作定义图行为

（步骤 2/7） 对有限状态机建模

状态和转移动作是您在状态或转移旁编写的指令，用于定义 Stateflow® 图在仿真过程中的行为。有关详细信息，请参阅对有限状态机建模。

状态和转移动作示例

此示例使用：

打开模型

下图中的动作定义了一个以实验方式验证 Collatz 猜想实例的状态机。对于给定的数值输入 $u$，该图通过迭代以下规则来计算冰雹序列 $n_0 = u,$ $n_1,$ $n_2,$ $n_3,$：

  • 如果 $n_i$ 为偶数，则 $n_{i+1} = n_i / 2$。

  • 如果 $n_i$ 为奇数，则 $n_{i+1} = 3n_i+1$。

Collatz 猜想指出，每个正整数都有一个最终达到 1 的冰雹序列。

该图由三个状态组成。在仿真开始时，Init 状态初始化图数据：

  • 局部数据 n 设置为输入 u 的值。

  • 当 n 除以 2 时，局部数据 n2 设置为余数。

  • 输出数据 y 设置为 false。

根据输入的奇偶性，图转移到 Even 或 Odd 状态。当状态活动在 Even 和 Odd 状态之间切换时，图会计算冰雹序列中的数字。当序列达到 1 值时，输出数据 y 变为 true，并触发 Simulink® 模型中的 Stop Simulation (Simulink) 模块。

状态动作类型

状态动作定义当状态被激活时 Stateflow 图的动作。最常见的状态动作类型是 entry、during 和 exit 动作。

状态动作的类型缩写描述
entryen当状态被激活时，动作在时间步上发生。
duringdu当状态已激活并且图未转移出该状态时，动作在时间步上发生。
exitex当图转移出状态时，动作在时间步上发生。

您可以通过状态动作的完整关键字（entry、during、exit）或其缩写（en、du、ex）指定状态动作的类型。您还可以使用逗号组合各状态动作类型。例如，组合类型 entry,during 当状态被激活时在时间步上发生，并且在状态保持激活时在每个后续时间步上发生。

下表列出了冰雹图中每个状态动作的结果。

状态动作结果
Init

entry:
 n2 = rem(n,2);
 y = false;

在仿真开始，Init 被激活时，确定 n 的奇偶性并将 y 设置为 false。

exit:
 y = isequal(n,1);

当经过一个时间步后转移出 Init 时，确定 n 是否等于 1。
Even

entry,during:
 n = n/2;
 n2 = rem(n,2);

计算冰雹序列的下一个数字 (n / 2) 并在以下时间步上更新其奇偶性：

  • Even 首次被激活时的时间步。

  • Even 保持激活的每个随后的时间步。

Odd

entry,during:
 n = 3*(n-y)+1;
 n2 = rem(n,2);

计算冰雹序列的下一个数字 (3n+1) 并在以下时间步上更新其奇偶性：

  • Odd 首次被激活时的时间步。

  • Odd 保持激活的每个随后的时间步。

在整个仿真过程的大部分阶段，y 的计算结果为零。在最后一个时间步上，当 n = 1 时，y 的计算结果为 1，因此该动作在仿真停止之前不修改 n 或 n2。

转移动作的类型

转移动作定义当转移出激活状态时 Stateflow 图执行的动作。最常见的转移动作类型是条件和条件动作。要指定转移动作，请使用采用以下语法的标签：

[condition]{conditional_action}

condition 是布尔表达式，用于确定是否发生转移。如果不指定条件，则假定采用一个计算结果为 true 的隐含条件。

conditional_action 是在判断转移的条件为 true 时执行的指令。条件动作发生在条件后，但在任何 exit 或 entry 状态动作之前。

下表列出了冰雹图中每个转移动作的结果。

转移动作动作类型结果
到 Init 的默认转移

n = u

条件动作在仿真开始时，将输入值 u 赋给局部数据 n。
从 Init 到 Even 的转移

n2 == 0

条件当 n 为偶数时，发生转移。此转移起始处的数字 1 表示此转移将先于指向 Odd 的转移进行计算。
从 Init 到 Odd 的转移 无当 n 为奇数时，发生转移。此转移起始处的数字 2 表示此转移将在指向 Even 的转移之后进行计算。
从 Odd 到 Even 的转移

n2 == 0

条件当 n 为偶数时，发生转移。
从 Even 到 Odd 的转移

n2 ~= 0

条件当 n 为奇数时，发生转移。 

y = isequal(n,1)

条件动作在发生转移时，确定 n 是否等于 1。

检查图行为

假设您要计算从 9 开始的冰雹序列。

  1. 在 Constant (Simulink) 模块中，输入值 9。

  2. 在仿真选项卡中，点击运行 。

    图用下列动作予以响应：

    • 在时间 t = 0 处，发生到 Init 的默认转移。

      • 转移动作将 n 的值设置为 9。

      • Init 状态被激活。

      • Init 中的 entry 动作将 n2 设置为 1 且将 y 设置为 false。

    • 在时间 t = 1 处，条件 n2 == 0 为 false，因此图准备转移到 Odd。

      • Init 中的 exit 动作将 y 设置为 false。

      • Init 状态变为非激活。

      • Odd 状态被激活。

      • Odd 中的 entry 动作将 n 设置为 28，将 n2 设置为 0。

    • 在时间 t = 2 处，条件 n2 == 0 为 true，因此图准备转移到 Even。

      • Odd 状态变为非激活。

      • Even 状态被激活。

      • Even 中的 entry 动作将 n 设置为 14，将 n2 设置为 0。

    • 在时间 t = 3 处，条件 n2 ~= 0 为 false，因此图不会发生转移。

      • Even 状态保持激活。

      • Even 中的 during 动作将 n 设置为 7，将 n2 设置为 1。

    • 在时间 t = 4 处，条件 n2 ~= 0 为 true，因此图准备转移到 Odd。

      • 转移动作将 y 设置为 false。

      • Even 状态变为非激活。

      • Odd 状态被激活。

      • Odd 中的 entry 动作将 n 设置为 22，将 n2 设置为 0。

    • 该图继续计算冰雹序列，直到它在时间 t = 19 处达到 n = 1 的值。

    • 在时间 t = 20 处，图准备从 Even 转移到 Odd。

      • 在 Even 状态变为未激活之前，转移动作将 y 设置为 true。

      • Odd 状态被激活。

      • Odd 中的 entry 动作不会修改 n 或 n2。

      • 连接到输出信号 y 的 Stop Simulation (Simulink) 模块停止仿真。

  3. 在仿真选项卡中的 查看结果下，点击数据检查器 。

  4. 要查看冰雹序列的值，请在仿真数据检查器中，选择记录的信号 n。

Simulation Data Inspector showing the output of the chart.

冰雹序列在 19 次迭代后达到值 1。

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