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关键点：
- 自动机是一种遵循预定指令和操作序列的自动操作机器。
- 自动机有四种类型：有限状态机、推动机器、图灵机和线性有界机。
- 现代自动机的一些应用包括机器人应用、拼写检查和文本编辑器、人工智能的使用以及遗传编程。
自动机是研究和理解抽象机器的学科。自动机处理逻辑计算，基本理论有助于科学家们弄清机器如何解决和计算问题。这个特定领域实际上被认为是计算机科学的一个分支，因为两者的历史背景相似。自动机在其整体功能以及在科学和数学领域的专门功能方面不断发展。
自动机是一种相对自动操作的机器，按照预定的指令和操作序列进行操作。在我们日常生活中有许多简单的基本自动机的例子。例如，钟敲器是机械钟的一部分，给人一种自行运转的错觉。另一个例子是动作的自动化傀儡，看起来像动物或人类在移动。钟和傀儡是几个世纪以来存在的例子。自动机的更现代的例子是安卓技术的运行方式。
这个古董自动机是一个蒸汽朋克风格的工艺品，展示了自动机的方面。
©lamony betty/shutterstock.com
自动机：一个精确的定义
自动机是希腊词αὐτόματον的拉丁化词，意思是自行行动。自动机是一种自动操作的机器，旨在响应和遵循特定的指令。自动机被认为是自动机的复数形式。它被设置或编程为按照预定的指令或顺序进行操作。
自动机通常是一种具有运动的机械装置。布谷钟就是自动机的例子。这种类型的机器或装置有时被建造成类似人类甚至动物的样子。它们被构造成看起来和表现得自供电，尽管有多个机械系统。机器人是另一个模仿人类运动和活动的自动机的例子。自动机给人一种靠自身的能量运转的错觉，尽管它们只由机械程序和系统组成。
自动机是如何工作的？
自动机在给定一组特定的命令、独特的事实或通常称为输入的情况下工作。输入是从有限的输入信号集中选择的符号序列。自动机会按照预定或预定的方式工作。不同的自动机根据类型以不同的方式执行其功能。有四个特定领域或自动机类型。它们包括以下内容：
- 有限状态机 – 有限状态机是计算模型，适用于少量内存的情况。它们不维护内存。主要应用于数学问题分析。有限状态机被认为是最简单的自动机类型。
- 下推自动机 – 这些是带有额外内存（堆栈）的有限状态机。新元素被推入堆栈。这些机器可以比有限机器做更多的事情，但没有图灵机那么强大。
- 图灵机 – 这种自动机是最先进的。它能够改变符号并模拟计算机的存储和执行。高性能计算、机器学习和软件测试都涉及到图灵机的复杂性。图灵机是导致现代计算机科学的第一个基础模型之一。
- 线性有界自动机 – 这被认为是一种受限的图灵机。计算受限于有限的有界区域。
如何创建自动机
创建自动机并不难，因为有多种选择可用。简单或有限状态机自动机是最容易创建的。构建自动机是探索和理解包括杠杆、木板和滑轮在内的机器工作原理的绝佳方式。
最基本的自动机可以使用塑料、木材或纸板等简单物品构建。在构建自动机时，常用的其他物品可能包括吸管、竹签、剪刀、胶棒和图钉。有多个示例和制作有趣而有教育意义的自动机的方法。
还有更复杂的自动机类型，包括细胞自动机。细胞自动机是由几个简单组件组成的大型网络。计算机科学和各种复杂系统都是细胞自动机的例子。复杂自动机的例子包括理解珊瑚生长和雪的沉积和侵蚀。
自动机的起源
自动机自从早期埃及人在底比斯附近建造了埃塞俄比亚国王的雕像以来就存在。当太阳的光线在日出和日落时击中这个雕像时，它会发出悦耳的声音。
中国机械工程师颜师在公元前1000年左右制造了一个真人大小的机械人。周朝的穆王对这个自动机非常惊讶，传说说这个自动机在他面前被拆开，以证明它不是真人。根据犹太传统，连所罗门王都利用他的智慧建造了机械装置。
在现代历史中，包括希腊和罗马人，他们制造了各种有趣的机械设备。现代自动机可以在儿童玩具、时钟机械甚至复杂的计算机科学程序中找到。
机器人是一种自动机。
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自动机的应用是什么？
自动机有几个实际应用。随着自动化和计算机科学的进步，越来越多的机器展示了现代自动机。自动机现在甚至用于软件验证和结构化数据。现代自动机的一些应用包括以下内容：
- 拼写检查和文本编辑器
- 顺序电路设计
- 各种堆栈应用的实现
- 几何编程中的应用
- 机器人应用
- 人工智能的应用
- 遗传编程
现实世界中的自动机示例
自动机和简单自动化可以在日常物品中找到。以下是一些基本示例：
棘轮 – 棘轮是一种带有轮或杆的齿轮机构。轮可能具有倾斜的齿，其中齿轮或齿会产生单向运动。
滑轮 – 滑轮通常包括一根绳子，一端施加力量，而另一端举起负重。电梯和许多类型的健身设备都是滑轮的例子。
杠杆 – 这是一种最基本的简单机械，中间有一个支点，一侧有负载，另一侧有力量或努力。跷跷板和独轮车是杠杆的两个例子。
从钟摆到计算机化发明，我们现在有几个现代复杂的自动机示例，包括以下内容：
自动贩卖机 – 这涉及在按下按钮或拉动杆后的自动售货。这种类型的机器被认为是有限状态自动机。
自动贩卖机是自动机技术实际应用的例子。
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视频游戏 – 视频游戏是根据一系列指令创建的。玩家根据这些指令来玩游戏，以达到期望的结果。
自动机的事实、理论和现代示例令人着迷。在历史上，精美的钟表、美丽的钟敲、迷人的类似真人的木偶提供了数学和科学背景，为复杂的计算机科学和机器人领域做出了贡献。
这个网站的其他部分提到的一些计算设备发明家，比如 列奥纳多·达·芬奇，阿塔纳修斯·基尔切尔，列奥纳多·托雷斯等，也设计了自动机。其他计算机先驱，比如 查尔斯·巴贝奇，在他们的机器中使用了一些来自自动机的元素。这就是为什么自动机（automata）在这个网站上有一个单独的部分：
