Typst-finite 项目：使用Typst绘制有限状态机图的完整指南

前言

在计算机科学和形式语言理论中，有限状态机(Finite State Machine, FSM)是一种重要的数学模型。Typst-finite项目为Typst排版系统提供了一个强大的工具包，专门用于绘制有限状态机的状态转移图。本文将全面介绍如何使用这个工具包来创建专业的状态转移图。

项目概述

Typst-finite是基于CETZ绘图系统的Typst扩展包，它提供了简洁的语法来定义和绘制有限状态机。主要特点包括：

• 支持从转移表自动生成状态图
• 提供多种布局算法自动排列状态节点
• 高度可定制的样式系统
• 支持FLACI格式的导入

安装与导入

基本安装

Typst-finite可以通过Typst的包管理系统直接导入：

#import "@preview/finite:0.5.0": automaton

本地安装

如需本地安装，可将包下载到Typst的本地包目录中，然后使用本地导入：

#import "@local/finite:0.5.0": automaton

基本用法

简单状态机定义

Typst-finite使用嵌套字典结构来定义状态转移：

#automaton((
  q0: (q1:0, q0:"0,1"),
  q1: (q0:(0,1), q2:"0"),
  q2: none,
))

在这个例子中：

• q0是初始状态（默认第一个状态）
• q2是终止状态（默认最后一个状态）
• 转移标签可以是字符串或数字

状态机规范

Typst-finite支持两种规范格式：

1. 转移表(Transition Table)：简化格式，仅定义状态和转移
2. 完整规范(Full Spec)：明确定义所有元素

完整规范示例：

(
  transitions: (
    q0: (q1:0, q2:1),
    q1: (q0:1)
  ),
  states: ("q0", "q1", "q2"),
  initial: "q0",
  final: ("q2",)
)

高级功能

样式定制

Typst-finite提供了丰富的样式选项：

#automaton(
  (...),
  style:(
    state: (fill: luma(248), 
    transition: (stroke: (dash:"dashed")),
    q1: (initial:top),
    q1-q2: (stroke: 2pt + red)
  )
)

可定制元素包括：

• 状态节点：填充、边框、半径等
• 转移线：曲线度、颜色、样式等
• 标签：位置、大小、颜色等

布局系统

Typst-finite提供了多种自动布局算法：

#automaton(
  (...),
  layout: finite.layout.circular.with(offset: 45deg)
)

支持的布局包括：

• grid：网格布局
• circular：环形布局
• group：分组布局
• custom：自定义位置布局

使用CETZ画布

对于复杂的状态图，可以直接使用CETZ画布API：

#cetz.canvas({
  import finite.draw: state, transition
  
  state((0,0), "q0", initial:true)
  state((2,1), "q1")
  transition("q0", "q1", inputs:(0,1))
})

FLACI格式支持

Typst-finite支持导入FLACI工具导出的状态机：

#finite.flaci.automaton(read("flaci-export.json"))

注意：必须使用read函数而非json函数读取FLACI文件。

应用示例

复杂状态机示例

#automaton(
  (
    q0: (q1:0, q2:0),
    q1: (q3:1, q4:0),
    q3: (q1:1, q5:1),
    q5: (q7:1),
    q7: ()
  ),
  layout: finite.layout.group.with(
    grouping: (("q0",), ("q1","q3","q5"), ("q7",))
)

总结

Typst-finite为Typst用户提供了强大的有限状态机绘图能力，具有以下优势：

1. 简洁的定义语法
2. 丰富的样式选项
3. 灵活的布局系统
4. 与其他Typst内容无缝集成

无论是简单的教学示例还是复杂的自动机设计，Typst-finite都能提供专业级的绘图解决方案。