Metode Pencarian (Heuristik)

Metode Pencarian (Heuristik)

1.      Best First Search
Best-First Search merupakan sebuah metode yang membangkitkan simpul dari simpul sebelumnya. Best-first search memilih simpul baru yang memiliki biaya terkecil diantara  semua leaf nodes (simpul-simpul pada level terdalam) yang pernah dibangkitkan. Penentuan simpul terbaik dilakukan dengan menggunakan sebuah fungsi yang disebut fungsi evaluasi f(n).fungsi evaluasi best-first search dapat berupa biaya perkiraan dari suatu simpul menuju ke goal atau gabungan antara biaya sebenarnya dan biaya perkiraan tersebut.
Pada setiap langkah proses pencarian terbaik pertama, kita memilih node - node dengan menerapkan fungsi heuristik yang memadai pada setiap node/simpul yang kita pilih dengan menggunakan aturan-aturan tertentu untuk menghasilkan penggantinya. Fungsi heuristic merupakan suatu strategi untuk melakukan proses pencarian ruang keadaan suatu problema secara selektif, yang memandu proses pencarian yang kita lakukan sepanjang jalur yang memiliki kemungkinan sukses paling besar.
Ada beberapa istilah yang sering digunakan pada metode best-first search, yaitu:
1. Start node adalah sebuah terminology untuk posisi awal sebuah pencarian
2. Curret node adalah simpul yang sedang dijalankan dalam algoritma pencarian jalan terpendek
3. Suksesor adalah simpul-simpul yang yang akan diperiksa setelah current node
4.  Simpul (node) merupakan representasi dari area pencarian
5. Open list adalah tempat menyimpan data simpul yang mungkin diakses dari starting node maupun simpul yang sedang dijalankan
6. Closed list adalah tempat menyimpan data simpul yang juga merupakan bagian dari jalur terpendek yang telah berhasil didapatkan
7. Goal node yaitu simpul tujuan
8. Parent adalah curret node dari suksesor.


o   Algoritma Best-first Search


Pertama kali, dibangkitkan node A. Kemudian semua suksesor A dibangkitan, dan dicari harga paling minimal. Pada langkah 2, node D terpilih karena harganya paling rendah, yakni 1. Langkah 3, semua suksesor D dibangkitkan, kemudian harganya akan dibandingkan dengan harga node B dan C. Ternyata harga node B paling kecil dibandingkan harga node C, E, dan F. Sehingga B terpilih dan selanjutnya akan dibangkitkan semua suksesor B. Demikian seterusnya sampai ditemukan node tujuan. Ilustrasi algoritma best-first search dapat dilihat pada gambar dibawah ini.
Untuk mengimplementasikan algoritma pencarian ini, diperlukan dua buah senarai, yaitu: OPEN untuk mengelola node-node yang pernah dibangkitkan tetapi belum dievaluasi dan CLOSE untuk mengelola node-node yang pernah dibangkitkan dan sudah dievaluasi. Algoritma selengkapnya adalah sebagai berikut:
·      OPEN berisi initial state dan CLOSED masih kosong.
·      Ulangi sampai goal ditemukan atau sampai tidak ada di dalam OPEN
a.    Ambil simpul terbaik yang ada di OPEN
b.    Jika simpul tersebut sama dengan goal, maka sukses
c.    Jika tidak, masukkan simpul tersebut ke dalam CLOSED
d.   Bangkitkan semua aksesor dari simpul tersebut
e.    Untuk setiap suksesor kerjakan:
·      Jika suksesor tersebut belum pernah dibangkitkan, evaluasi suksesor tersebut, tambahkan ke OPEN, dan catat parent.
·      Jika suksesor tersebut sudah pernah dibangkitkan, ubah parent-nyajika jalur melalui parent ini lebih baik daripada jalur melalui parent yang sebelumnya. Selanjutnya perbarui biaya untuk suksesor tersebut dn nodes lain yang berada di level bawahnya.
Algoritma yang menggunakan metode best-first search, yaitu:
a.   Greedy Best-First
Greedy Best-First adalah algoritma best-first yang paling sederhana dengan hanya memperhitungkan biaya perkiraan (estimated cost) saja, yakni f(n) = h(n). Biaya yang sebenarnya (actual cost) tidak diperhitungkan. Dengan hanya memperhitungkan biaya perkiraan yang belum tentu kebenarannya, maka algoritma ini menjadi tidak optimal.
b.   A*
A* adalah algoritma best-first search yang menggabungkan Uniform Cost Search dan Greedy Best-First Search. Biaya yang diperhitungkan didapat dari biaya sebenarnya ditambah dengan biaya perkiraan. Dalam notasi matematika dituliskan sebagai f(n)= g(n) + h(n). Dengan perhitungan biaya seperti ini, algoritma A* adalah complete dan optimal.

2.      Problem Reduction
Problem reduction adalah dasar teknik pemecahan masalah AI dimana dilakukan dengan cara mengurangi masalah dalam satu set sub masalah yang lebih mudah pemecahannya. Intinya adalah berusaha mengurangi masalah dengan harapan masalah yang bersangkutan menjadi lebih mudah diselesaikan. Ide utama teknik problem reduction adalah mendekomposisi masalah ke dalam skala yang lebih kecil. 
Problem Reduction dibagi dalam dua metode yaitu :
a)      Graf AND OR Graf AND OR atau tree merupakan graf yang digunakan untuk memperlihatkan solusi dari permasalahan yang dapat diselesaikan dengan cara mendekomposisikan masalah tersebut menjadi sekumpulan masalah yang lebih kecil, dimana semuanya harus dapat diselesaikan. Pereduksian ini membangkitkan arc(busur) AND. Satu busur AND akan menghasilkan beberapa nomor dari simpul setelahnya dimana semua simpul harus diselesaikan supaya pancaran menghasilkan solusi. Hanya saja pada graf OR banyak pancaran akan muncul dari beberapa node, mengindikasikan beberapa jalan yang dapat menyelesaikan masalah.  Untuk menemukan solusi dari sebuah graf AND OR kita memerlukan sebuah algoritma yang serupa dengan algoritma BFS(Best First Search) tetapi dengan kemampuan untuk menangani pancaran AND dengan tepat. Algoritma ini harus menemukan bagian dari simpul awal dari graf untuk menghimpun simpul-simpul yang menggambarkan state solusi. Perlu diketahui bahwa  hal ini mungkin diperlukan untuk mendapatkan lebih dari solusi dalam setiap pancaran AND.  Untuk mendeskripsikan algoritma Graph AND-OR kita menggunakan nilai F_UTILITY, yaitu biaya solusi. Algoritma :
·         Inisialisasi graph ke node awal.
·         Kerjakan langkah-langkah di bawah ini hingga node awal SOLVED atau sampai biayanya lebih tinggi dari F_UTILITY


Pada Gambar di atas, pada langkah-1 semula hanya ada satu node yaitu A. Node A diekspansi hasilnya adalah node B, C, dan D.  Node D memiliki biaya yang lebih rendah (6) jika dibandingkan dengan B dan C (9). Pada langkah-2 node D terpilih untuk diekspansi, menjadi E dan F dengan biaya estimasi sebesar 10. Sehingga kita harus memperbaiki nilai f’ dari D menjadi 10. Kembali ke level sebelumnya, node B dan C memiliki biaya yang lebih rendah daripada D (9 < 10). Pada langkah-3, kita menelusuri arc dari node A, ke B dan C bersama-sama. Jika B dieksplore terlebih dahulu, maka akan menurunkan node G dan H. Kita perbaiki nilai f’ dari B menjadi 6 (nilai G=6 lebih baik daripada H=8), sehingga biaya AND-arc B-C menjadi 12 (6+4+2). Dengan demikian nilai node D kembali menjadi lebih baik (10 < 12). Sehingga ekspansi dilakukan kembali terhadap D. Demikian seterusnya.

b)      Graf AO*(Algorithm Optimized) Algoritma AO* menggunakan struktur Graph dimana tiap-tiap node pada graph tersebut akan memiliki nilai h’ yang merupakan biaya estimasi jalur dari node itu sendiri sampai suatu solusi Algoritma .
-      Diketahui GRAPH yang hanya berisi  node awal (sebut saja node INIT). Hitung h’(INIT).
-      Kerjakan langkah-langkah di bawah ini hingga INI bertanda SOLVED atau samoai nilai h’(INIT) menjadi lebih besar daripada F_UTILITY:
-      Ekspand INIT dan ambil salah satu node yang belum pernah diekspand (sebut NODE).
-          Bangkitkan successor-successor NODE. Jika tida memiliki successor maka set FUTULITY dengan nilai h’(NODE). Jika ada successor, maka untuk setiap successor (sebut sebagai SUCC) yang bukan merupakan ancestor dari NODE
-          Kirimkan informasi baru tersebut ke graph, dengan cara: tetapkan S adalah node yang ditandai dengan SOLVED atau node yang nilai h’-nya baru saja diperbaiki, dan sampaikan nilai ini ke parent-nya. Inisialisasi S = NODE. Kerjakan langkah-langkah berikut ini hingga S kosong.
-          Jika mungkin, seleksi dari S suatu node yang tidak memiliki descendant dalam GRAPH yang terjadi pada S. Jika tidak ada, seleksi sebarang node dari S (sebut: CURRENT) dan hapus dari S.
-           Hitung biaya tiap-tiap arc yang muncul dari CURRENT. Biaya tiap-tiap arc ini sama dengan jumlah h’ untuk tiaptiap node pada akhir arc ditambah dengan biaya arc itu sendiri. Set h’(CURRENT) dengan biaya minimum yang baru saja dihitung dari stiap arc yang muncul tadi.
-           Tandai jalur terbaik yang keluar dari CURRENT dengan menandai arc yang memiliki biaya minimum.
-           Tandai CURRENT dengan SOLVED jika semua node yang dihubungkan dengannya hingga arc yang baru saja ditandai tadi telah ditandai dengan SOLVED.
-           Jika CURRENT telah ditandai dengan SOLVED atau jika biaya CURRENT telah berubah, maka status baru ini harus disampaikan ke GRAPH. Kemudian tambahkan semua ancestor dari CURRENT ke S.
Sebagai contoh, pada Gambar di atas, jelas bahwa jalur melalui C selalu lebih baik daripada melalui B. Tetapi jika biaya node E muncul, dan pengaruh perubahan yang diberikan ke node B tidak sebesar pengaruhnya terhadap node C, maka jalur melalui B bisa jadi lebih baik. Sebagai contoh, hasil expand node E, misalkan 10, maka biaya node C menjadi 11 (10+1), dengan demikian biaya node A apabila memilih jalur lewat C adalah 12 (11+1). Tentu saja akan lebih baik memilih jalur melalui node B (11). Tapi tidak demikian halnya apabila kemudian node D diekspan. Bisa jadi jalur dengan melalui node B akan lebih buruk lagi ketimbang jalur dengan melalui node C.



3.      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


4.      Means End Analysis(MEA)
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.


Sumber :
-  http://deisyamalia.blogspot.co.id/2012/03/best-first-search.html
-http://www.academia.edu/4865567/Teknik_Pencarian_Heuristik_1_25_Pengantar_Kecerdasan_Buatan_AK045218_Generate_and_Test_Hill_Climbing_Best_First_Search_Problem_Reduction_Constraint_Satisfaction_Means_End_Analysis

- http://nailil-hidayah.blogspot.co.id/2013/11/kecerdasan-buatan.html

Komentar

Postingan populer dari blog ini

ICASA, IIA COSO dan ISO 1799

Program Sederhana Prolog

Bidang Profesi IT