TEKNIK PENCARIAN HEURISTIK (HEURISTIC SEARCHING)

TEKNIK PENCARIAN HEURISTIK

(HEURISTIC SEARCHING)

Teknik pencarian heuristik (heuristic searching) merupakan suatu strategi untuk melakukan proses pencarian ruang keadaan (state space) suatu problema secara selektif, yang memandu proses pencarian yang kita lakukan di sepanjang jalur yang memiliki kemungkinan sukses paling besar, dan mengesampingkan usaha yang bodoh dan memboroskan waktu.

  

Heuristik adalah sebuah teknik yang mengembangkan efisiensi dalam proses pencarian, namum dengan kemungkinan mengorbankan kelengkapan (completeness)

Fungsiheuristikdigunakan untuk mengevaluasi keadaan-keadaan problema individual dan menentukan seberapa jauh hal tersebut dapat digunakan untuk mendapatkan solusi yang diinginkan.

 

Jenis-jenis Heuristic:

·    Generate and Test

Metode ini merupakan penggabungan antara depth-first search dengan pelacakan mundur (backtracking), yaitu bergerak ke belakang menuju pada suatu keadaan awal.

 Algoritma :

1. Bangkitkan suatu kemungkinan solusi (membangkitkan suatu tititk tertentu atau lintasan tertentu dari keadaan awal).

2. Uji untuk melihat apakah node tersebut benar-benar merupakan solusinya dengan cara membandingkan node terebut atau node akhir dari suatu lintasan yang  dipilih dengan kumpulan tujuan yang diharapkan.

3. Jika solusi ditemukan, keluar. Jika tidak, ulangi kembali langkah pertama.

Contoh : “Travelling Salesman Problem (TSP)”

*) Seorang salesman ingin mengunjungi n kota. Jarak  antara tiap-tiap kota sudah diketahui. Kita ingin     mengetahui ruter terpendek dimana setaip kota hanya  boleh dikkunjungi tepat 1 kali. Misalkan ada     4 kota  dengan jarak antara tiap-tiap kota seperti berikut ini 

Alur pencarian dengan Generate and Test

Pencarian ke-	Lintasan	Panjang Lintasan	Lintasan terpilih	Panjang Lintasan terpilih
1	ABCD	19	ABCD	19
2	ABDC	18	ABDC	18
3	ACBD	12	ACBD	12
4	ACDB	13	ACBD	12
5	ADBC	16	ACBD	12
Dst…..

·         Hill Climbing

Metode ini hampir sama dengan metode pembangkitan dan pengujian, hanya saja proses pengujian dilakukan dengan menggunakan fungsi heuristic. Pembangkitan keadaan berikutnya tergantung pada feedback dari prosedur pengetesan. Tes yang berupa fungsi heuristic ini akan menunjukkan seberapa baiknya nilai terkaan yang diambil terhadap keadaan-keadaan lainnyayang mungkin.

Algoritma:

1. Cari operator yang belum pernah digunakan; gunakan operator ini untuk mendapatkan keadaan yang baru.

a) Kerjakan langkah-langkah berikut sampai solusinya ditemukan atau sampai tidak ada operator baru yang akan diaplikasikan pada keadaan sekarang : Cari operator yang belum digunakan; gunakan operator ini untuk mendapatkan keadaan yang baru.

b) Evaluasi keadaan baru tersebut :
– Jika keadaan baru merupakan tujuan, keluar
– Jika bukan tujuan, namun nilainya lebih baik daripada keadaan sekarang, maka jadikan keadaan baru tersebut menjadi keadaan sekarang.
– Jika keadaan baru tidak lebih baik daripada keadaan sekarang, maka lanjutkan iterasi.

Contoh: TSP dengan Simple Hill Climbing Disini ruang keadaan berisi semua kemungkinan lintasan yang mungkin. Operator digunakan untuk menukar posisi kota-kota yang bersebelahan. Apabila ada n kota, dan kita ingin mencari kombinasi lintasan dengan menukar posisi urutan 2 kota, maka kita akan mendapatkan sebanyak n!/2!(n-2)!  atau sebanyak 6 kombinasi. Fungsi heuristic yang digunakan adalah panjang lintasan yang terjadi.

·        Means-End-Anlysis.

MEA adalah strategi penyelesaian masalah yang diperkenalkan pertama kali dalam GPS (General Problem Solver) [Newell & Simon, 1963]. Proses pencarian berdasarkan ruang masalah yang menggabungkan aspek penalaran forward dan backward.

Perbedaan antara state current dan goal digunakan untuk mengusulkan operator yang mengurangi perbedaan itu. Keterhubungan antara operator dan perbedaan tsb disajikan sebagai pengetahuan dalam sistem (pada GPS dikenal dengan Table of Connections) atau mungkin ditentukan sampai beberapa pemeriksaan operator jika tindakan operator dapat dipenetrasi.

Contoh OPERATOR first-order predicate calculus dan operator2 tertentu mengijinkan perbedaan korelasi task-independent terhadap operator yang menguranginya.

Kapan pengetahuan ada tersedia mengenai pentingnya perbedaan, perbedaan yang paling utama terpilih pertama lebih lanjut meningkatkan rata-rata capaian dari MEA di atas strategi pencarian Brute-Force. Bagaimanapun, bahkan tanpa pemesanan dari perbedaan menurut arti penting, MEA meningkatkan metode pencarian heuristik lain (di rata-rata kasus) dengan pemusatan pemecahan masalah pada perbedaan yang nyata antara current state dengan goal-nya.

·        Best First Search

Metode ini merupakan kombinasi dari metode depthfirst search dan breadth-first search. Pada metode best-first search, pencarian diperbolehkan mengunjungi node yang ada di level yang lebih rendah, jika ternyata node pada level yang lebih tinggi ternyata memiliki nilai heuristic yang lebih buruk.

Fungsi Heuristik yang digunakan merupakan prakiraan (estimasi) cost dari initial state ke goal state, yang dinyatakan dengan : 

f’(n) = g(n) + h’(n)

o   f’ = Fungsi evaluasi

o   g = cost dari initial state ke current state

o   h’ = prakiraan cost dari current state ke goal state

Contoh: Misalkan kita memiliki ruang pencarian seperti pada gambar berikut. Node M merupakan keadaan awal dan node T merupakan tujuannya. Biaya edge yang menghubungkan node M dengannode A adalah biaya yang dikeluarkan untuk bergerak dari kota M ke kota A. Nilai g diperoleh berdasarkan biaya edge minimal. Sedangkan nilai h’ di node A merupakan hasil perkiraan terhadap biaya yang diperlukan dari node A untuk sampai ke tujuan. h’(n) bernilai ~ jika sudah jelas tidak ada hubungan antara node n dengan node tujuan (jalan buntu). Kita bisa merunut nilai untuk setiap node.

·         Constraint Satisfaction

Problem search standard :
– state adalah "black box“
– setiap struktur data yang mendukung fungsi successor, fungsi heuristik dan tes goal.

CSP:  state didefinisikan sebagai variabel Xi dengan nilai dari domain Di
– Tes goal adalah sekumpulan constraint yang menspesifikasikan kombinasi dari nilai subset variabel.

Contoh sederhana adalah bahasa representasi formal.

CSP ini merupakan algoritma general-purpose dengan kekuatan lebih daripada algoritma pencarian standar.

Contoh : Pewarnaan Peta 

Variabel WA, NT, Q, NSW, V, SA, T

Domain Di = {red,green,blue}

Constraints : daerah yang bertetangga dekat harus memiliki warna yang berbeda.

Contoh WA ≠ NT, atau (WA,NT) {(red,green),(red,blue),(green,red), (green,blue),(blue,red),(blue,green)}

Solusi lengkap dan konsisten, contoh : WA = red, NT = green,Q = red,NSW = green,V = red,SA = blue,T = green

Constraint Graf

Binary CSP biner : setiap constraint merelasikan dua variabel

Graf Constraint : node adalah variabel, arc adalah constraint

Graph adalah kumpulan dari simpul dan busur yang secara matematis dinyatakan sebagai :
G = (V, E)
Dimana
G = Graph
V = Simpul atau Vertex, atau Node, atau Titik
E = Busur atau Edge, atau arc

Sebuah graph mungkin hanya terdiri dari satu simpul
Sebuah graph belum tentu semua simpulnya terhubung dengan busur
Sebuah graph mungkin mempunyai simpul yang tak terhubung dengan simpul yang lain
Sebuah graph mungkin semua simpulnya saling berhubungan
Graph tak berarah (undirected graph atau non-directed graph) :
Urutan simpul dalam sebuah busur tidak dipentingkan. Mis busur e1 dapat disebut busur AB atau BA

Graph berarah (directed graph) :
Urutan simpul mempunyai arti. Mis busur AB adalah e1 sedangkan busur BA adalah e8.
Graph Berbobot (Weighted Graph)
Jika setiap busur mempunyai nilai yang menyatakan hubungan antara 2 buah simpul, maka busur tersebut dinyatakan memiliki bobot.
Bobot sebuah busur dapat menyatakan panjang sebuah jalan dari 2 buah titik, jumlah rata-rata kendaraan perhari yang melalui sebuah jalan, dll.
Istilah pada graph

Incident
Jika e merupakan busur dengan simpul-simpulnya adalah v dan w yang ditulis e=(v,w), maka v dan w disebut “terletak” pada e, dan e disebut incident dengan v dan w.
Degree (derajat), indegree dan outdegree
Degree sebuah simpul adalah jumlah busur yang incident dengan simpul tersebut