有限状态机时代终结的10大理由

ゝ一纸荒年。 2022-04-24 07:46 136阅读 0赞

**有限状态机时代终结的10大理由**

作者：alexjc

译者：赖勇浩（恋花蝶）

原文地址：[http://aigamedev.com/questions/fsm-age-is-over][http_aigamedev.com_questions_fsm-age-is-over]

本文最初发表于恋花蝶的博客（[http://blog.csdn.net/lanphaday][http_blog.csdn.net_lanphaday]），如蒙转载，敬请保留全文完整，包括本声明。

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*经过几个月的发展， AiGameDev.com 形成了一个小有气候的社区，谢谢大家支持！每个周五，我将抽出时间来回答大家的问题，你可以在 [blog ][blog]和[论坛][Link 1]上提问。*

有限状态机在过去十年里变得非常流行，游戏开发者用它开发了很多极具趣味的游戏。但再好的事情也有个结束，是否到了使用比 FSM 更好的技术来完成 AI 逻辑的时代了？

本周的[问题][Link 2]是一个评论，erm@duh.org提出了一个与周三的教程系列有关的有趣话题，让我把它改得更有建设性一些：

“据我所知很多领域（如游戏业界）都使用有限状态机来实现游戏 AI。为什么你不用它来实现这个模拟游戏里的狗的行为？”

这个教程使用行为树来体现它与状态机的不同，而且游戏 AI 开发者也能够从中得到分级逻辑的好处。

当然我们也可以用有限状态机（FSM）来构建相同的行为。但业内人士都知道这一技术在逻辑增长时有多么有脆弱。远离 FSM 是避免游戏项目变得一塌糊涂的选择！

**非正统**

问题： 构建 FSM 的方式对于不同的软件工程师而言是完全不同的流程。是的，概念上它是“设计师友好”的，但实际上应用 FSM 需要应用非常多的编程知识和细节。

原因： FSM 要求每一个状态明确地转换到另一状态。没有一个编程语言需要这样，语言本身的语义就隐含了所有转换（如C++编译器从语句构造执行指令序列）。

**过于底层**

问题： 编辑FSM的逻辑非常底层，而且机械性十足。我们常常会发现自己总是在构建相似的行为，而且这会花费我们大部分时间。

原因： 我们所能做的仅是编辑从一状态到另一状态的转换，而无法做出更高层次的模式导致频繁重复相似的序列或条件。有限状态机的世界不存在元编程（Meta-programming）。

**逻辑受限**

问题： 有限状态机形式固定，从而导致计算受限（又称为非图灵完备）。这意味着我们不能像计数一样做事。

原因： 如果我们把事件当作符号，我们只能用有限状态自动机识别正则文法，这一方法下一个正则表达式不能识别某些类别的文本模式。同样，有限状态机仅能作为正则语言的传感器。

**需要自定义扩展**

问题： 游戏开发者在实践中经常需要扩展 FSM 才能将其用于项目，然而这并不容易被理解，甚至还缺乏文档。这是与FSM的学术基础并不相同。

原因： 因为 FSM 受限于理论，开发者必须自行增加功能扩展以实现确定的某些特性。这意味着要用编程语言去实现计数器、计时器和任何形式的内存对象。

**难以标准化**

问题： 不像规划器（HTN）或搜索算法（A\*），它们能用相关的通用方法实现。而 FSM 则非常难以在不同的游戏间重用，甚至在引擎是不同的部分重用也不可能。

原因： 因为 FSM 是非图灵完备的， FSM 需要为每一问题自定义特定的解决方案。这使得它们适用度极低，而不像脚本语言一样能够很容易地重新打包。

**非自主的**

问题： 使用 FSM 实现目标导向的行为需要做很多工作。这是一个大问题，因为大部分有针对性的 AI 需要处理长远目标。

原因： FSM 运作于反应模式，只能处理事件和触发跳转。它们无法自动向前（又称为自主），因此我们必须为所有不同的目标手动转换。

**难以并发**

问题： FSM 难以并发。当并行运行多个状态机，要么死锁，要么我们通过手工编辑来确保它们在某个程度上能够兼容。

原因： FSM 存储的信息越多在处理外部资源冲突上的问题就越多。使状态机并发的解决方案通常是扩展 FSM 自身，把它作为支持逻辑或一套工具来保证并发安全。

**大规模支持较差**

问题： 有限状态机，甚至是分层的，也难以大规模扩展。它们往往是在其中夹杂一大块逻辑代码，而非行为编辑模块化。

原因： FSM 并不利用编程语言提供的用以解决大问题的规模化特性，同样地FSM 也难以同步多个行为模块。

**劳动密集型**

问题： 用 FSM 实现任何设计都需要做大量工作。甚至状态机本身也有着无数问题。

原因： 如前所述，应对所有挑战需要花费设计师的大量时间，甚至最终这还会成行为中的 bugs 的来源！

**行业进步**

事实： 许多资深游戏开发者已经不再使用有限状态机，而是使用行为树之类的可替换方案。

事实： 现在多个游戏 AI 中间件提供商致力于规划器实现的 AI，在 2008 年将会见到更多可用的此类产品。

**结论**

FSM，就像其它技术一样，在游戏开发的进程中占有了应得的一席之地。然而，开发者默认使用有限状态机来实现 AI 的时代，已经行将结束。带有协程的脚本在今天已经极其流行，而分级规划器将越来越多地应用在游戏及其中间件。

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