图灵机模拟器 (Turing Machine Simulator)

一个用于教学的开源图灵机模拟器 Web 应用，支持单带和多带（最多 5 带）图灵机的可视化模拟。

项目介绍

图灵机是计算理论中的基础概念，本项目旨在通过可视化界面帮助学生理解和学习图灵机的工作原理。

主要功能

自由模式 (Free Mode) - 自由设计图灵机，添加状态和转换规则
学习模式 (Learning Mode) - 内置经典图灵机示例，边学边练
挑战模式 (Challenge Mode) - 完成预设挑战题，检验学习成果
多带支持 - 支持最多 5 条 tape 的多带图灵机
实时模拟 - 可视化展示图灵机执行过程
AI 助手 - 内置 AI 助手，帮助理解图灵机概念
用户系统 - 支持学生/教师角色，作业提交与批改

功能演示

自由模式	学习模式	挑战模式
自由设计图灵机	内置经典示例	闯关挑战
自定义状态和规则	分步学习理解	验证通过

技术栈

后端

框架: Spring Boot 3.4.4
数据库: MySQL 8.0
ORM: JPA + MyBatis
认证: JWT (JSON Web Token)
实时通信: WebSocket (STOMP)

前端

框架: Angular 19
语言: TypeScript
图表: D3.js
状态管理: RxJS

部署

容器化: Docker + Docker Compose
Web 服务器: Nginx

项目结构

turing-machine/
├── src/
│   ├── main/
│   │   ├── java/com/example/webpj/     # Java 后端源码
│   │   │   ├── controller/             # 控制器层
│   │   │   ├── service/                # 服务层
│   │   │   ├── entity/                 # 实体类
│   │   │   ├── mapper/                 # MyBatis Mapper
│   │   │   ├── dto/                    # 数据传输对象
│   │   │   ├── config/                 # 配置类
│   │   │   └── util/                   # 工具类
│   │   ├── angular/                    # Angular 前端源码
│   │   │   └── src/app/
│   │   │       ├── components/         # 组件
│   │   │       ├── services/           # 服务
│   │   │       ├── models/             # 数据模型
│   │   │       └── pages/              # 页面
│   │   └── resources/
│   │       ├── mapper/                 # MyBatis XML
│   │       └── application.yml         # 配置文件
│   └── test/                           # 测试代码
├── docker-compose.yml                  # Docker Compose 配置
├── Dockerfile.backend                  # 后端 Docker 镜像
├── Dockerfile.frontend                 # 前端 Docker 镜像
├── pom.xml                             # Maven 依赖配置
└── turing_machine.sql                  # 数据库初始化脚本

部署与运行

方式一：Docker 一键部署（推荐）

# 克隆项目
git clone https://github.com/wenuanhappy/turing-machine.git
cd turing-machine

# 启动所有服务（MySQL + 后端 + 前端）
docker-compose up -d

服务启动后访问：

前端界面: http://localhost:80
后端 API: http://localhost:8080

方式二：本地开发部署

前置条件

JDK 17+
Node.js 18+
MySQL 8.0
Maven 3.8+

1. 配置数据库

# 创建数据库
mysql -u root -p
CREATE DATABASE webapp;
EXIT;

2. 启动后端

cd turing-machine

# 安装依赖并打包
mvn clean package -DskipTests

# 启动后端服务
java -jar target/WebPJ-0.0.1-SNAPSHOT.jar

或使用 Maven 直接运行：

mvn spring-boot:run

3. 启动前端

cd src/main/angular

# 安装依赖
npm install

# 启动开发服务器
npm start

前端启动后访问 http://localhost:4200

方式三：本地 Docker 开发

# 使用本地开发配置（包含源码挂载）
docker-compose -f docker-compose.local.yml up -d

配置说明

环境变量

变量名	说明	默认值
`SPRING_DATASOURCE_URL`	MySQL 连接地址	jdbc:mysql://mysql:3306/webapp
`SPRING_DATASOURCE_USERNAME`	数据库用户名	root
`SPRING_DATASOURCE_PASSWORD`	数据库密码	Root@111111
`SPRING_PROFILES_ACTIVE`	激活的配置文件	prod

端口映射

服务	端口	说明
MySQL	3306	数据库
Backend	8080	后端 API
Frontend	80	前端界面

使用说明

注册账号

访问 http://localhost:80
点击"注册"按钮
填写用户名、密码、邮箱
选择角色：学生(STUDENT) 或教师(TEACHER)

开始使用

登录 - 使用注册的账号密码登录
选择模式 - 自由模式/学习模式/挑战模式
设计图灵机 - 添加状态、设置初始状态、添加转换规则
输入数据 - 在 tape 上输入初始数据
运行模拟 - 点击运行按钮，查看执行过程

图灵机规则格式

{
  currentState: "q0",           // 当前状态
  inputSymbols: ["0"],          // 读取的符号
  outputSymbols: ["1"],         // 写入的符号
  moveDirections: ["R"],        // 移动方向 (L/R/S)
  nextState: "q1"               // 下一状态
}

多带图灵机示例：

{
  currentState: "q0",
  inputSymbols: ["0", "1"],     // 同时读取两条 tape
  outputSymbols: ["1", "0"],
  moveDirections: ["R", "L"],
  nextState: "q1",
  syncAction: "sum"             // 可选的同步操作
}

API 接口

接口	方法	说明
`/api/auth/register`	POST	用户注册
`/api/auth/login`	POST	用户登录
`/api/machine/save`	POST	保存图灵机
`/api/machine/list`	GET	获取图灵机列表
`/api/machine/execute`	POST	执行图灵机
`/api/challenge/list`	GET	获取挑战题列表
`/api/ai/chat`	POST	AI 助手对话

测试账号

部署后可以注册新账号，或使用以��测试账号：

用户名	密码	角色
demo	demo123	STUDENT

常见问题

1. Docker 启动失败

# 检查 Docker 状态
docker ps

# 查看容器日志
docker-compose logs

2. 前端无法连接后端

检查 src/main/angular/src/environments/environment.ts 中的 API 地址配置。

3. 数据库连接失败

确认 MySQL 服务已启动，数据库已创建，账号密码正确。

开发指南

添加新组件

cd src/main/angular
ng generate component components/your-component

添加新 API

在 controller/ 目录创建控制器
在 service/ 目录实现业务逻辑
在 entity/ 目录定义实体
在 mapper/ 目录定义数据库操作

许可证

本项目仅供学习交流使用。

致谢

感谢所有参与项目开发的同学
使用了智谱 GLM-4 API 提供 AI 助手功能

Name		Name	Last commit message	Last commit date
doc		doc
example		example
src		src
.classpath		.classpath
.dockerignore		.dockerignore
.factorypath		.factorypath
.gitattributes		.gitattributes
.gitignore		.gitignore
.project		.project
CLAUDE.md		CLAUDE.md
Dockerfile.backend		Dockerfile.backend
Dockerfile.frontend		Dockerfile.frontend
README.md		README.md
Turing-master.rar		Turing-master.rar
backend-logs.txt		backend-logs.txt
depcheck-angular.json		depcheck-angular.json
depcheck_report_20251126195230.json		depcheck_report_20251126195230.json
docker-compose.dev.yml		docker-compose.dev.yml
docker-compose.local.yml		docker-compose.local.yml
docker-compose.yml		docker-compose.yml
large_files_20251126195230.txt		large_files_20251126195230.txt
mvnw		mvnw
mvnw.cmd		mvnw.cmd
nginx.conf		nginx.conf
package-lock.json		package-lock.json
package.json		package.json
pom.xml		pom.xml
query		query
settings.xml		settings.xml
size_report_20251126195230.txt		size_report_20251126195230.txt
turing_machine.sql		turing_machine.sql
user.sql		user.sql
解压到当前文件夹下.zip		解压到当前文件夹下.zip
项目总结.md		项目总结.md

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