Artificial Neural Network, Fuzzy Logic, AI (Artificial Intelegence) Tugas Softskill

Artificial Neural Network

Neural Network merupakan kategori ilmu Soft Computing. Neural Network sebenarnya mengadopsi dari kemampuan otak manusia yang mampu memberikan stimulasi/rangsangan, melakukan proses, dan memberikan output. Output diperoleh dari variasi stimulasi dan proses yang terjadi di dalam otak manusia. Kemampuan manusia dalam memproses informasi merupakan hasil kompleksitas proses di dalam otak. Misalnya, yang terjadi pada anak-anak, mereka mampu belajar untuk melakukan pengenalan meskipun mereka tidak mengetahui algoritma apa yang digunakan. Kekuatan komputasi yang luar biasa dari otak manusia ini merupakan sebuah keunggulan di dalam kajian ilmu pengetahuan.

Fungsi dari Neural Network diantaranya adalah:

1. Pengklasifikasian pola
2. Memetakan pola yang didapat dari input ke dalam pola baru pada output
3. Penyimpan pola yang akan dipanggil kembali
4. Memetakan pola-pola yang sejenis
5. Pengoptimasi permasalahan
6. Prediksi

Sejarah Neural Network

Perkembangan ilmu Neural Network sudah ada sejak tahun 1943 ketika Warren McCulloch dan Walter Pitts memperkenalkan perhitungan model neural network yang pertama kalinya. Mereka melakukan kombinasi beberapa processing unit sederhana bersama-sama yang mampu memberikan peningkatan secara keseluruhan pada kekuatan komputasi.

Gambar 2.1 McCulloch & Pitts, penemu pertama Neural Network

Hal ini dilanjutkan pada penelitian yang dikerjakan oleh Rosenblatt pada tahun 1950, dimana dia berhasil menemukan sebuah two-layer network, yang disebut sebagai perceptron. Perceptron memungkinkan untuk pekerjaan klasifikasi pembelajaran tertentu dengan penambahan bobot pada setiap koneksi antar-network.

Gambar 2.2 Perceptron

Konsep Neural Network

1.  Proses Kerja Jaringan Syaraf Pada Otak Manusia

Ide dasar Neural Network dimulai dari otak manusia, dimana otak memuat  sekitar 10¹¹ neuron. Neuron ini berfungsi memproses setiap informasi yang masuk. Satu neuron memiliki 1 akson, dan minimal 1 dendrit. Setiap sel syaraf terhubung dengan syaraf lain, jumlahnya mencapai sekitar 10⁴ sinapsis. Masing-masing sel itu saling berinteraksi satu sama lain yang menghasilkan kemampuan tertentu pada kerja otak manusia.

Gambar 2.3 Struktur Neuron pada otak manusia

Dari gambar di atas, bisa dilihat ada beberapa bagian dari otak manusia, yaitu:

1. Dendrit (Dendrites) berfungsi untuk mengirimkan impuls yang diterima ke badan sel syaraf.
2. Akson (Axon) berfungsi untuk mengirimkan impuls dari badan sel ke jaringan lain
3. Sinapsis berfungsi sebagai unit fungsional di antara dua sel syaraf.

Proses yang terjadi pada otak manusia adalah:

Sebuah neuron menerima impuls dari neuron lain melalui dendrit dan mengirimkan sinyal yang dihasilkan oleh badan sel melalui akson. Akson dari sel syaraf ini bercabang-cabang dan berhubungan dengan dendrit dari sel syaraf lain dengan cara mengirimkan impuls melalui sinapsis. Sinapsis adalah unit fungsional antara 2 buah sel syaraf, misal A dan B, dimana yang satu adalah serabut akson dari neuron A dan satunya lagi adalah dendrit dari neuron B. Kekuatan sinapsis bisa menurun/meningkat tergantung seberapa besar tingkat propagasi (penyiaran) sinyal yang diterimanya. Impuls-impuls sinyal (informasi) akan diterima oleh neuron lain jika memenuhi batasan tertentu, yang sering disebut dengan nilai ambang (threshold).

2.  Struktur Neural Network

Dari struktur neuron pada otak manusia, dan proses kerja yang dijelaskan di atas, maka konsep dasar pembangunan neural network buatan (Artificial Neural Network) terbentuk. Ide mendasar dari Artificial Neural Network (ANN) adalah mengadopsi mekanisme berpikir sebuah sistem atau aplikasi yang menyerupai otak manusia, baik untuk pemrosesan berbagai sinyal elemen yang diterima, toleransi terhadap kesalahan/error, dan juga parallel processing.

Gambar 2.4 Struktur ANN

Karakteristik dari ANN dilihat dari pola hubungan antar neuron, metode penentuan bobot dari tiap koneksi, dan fungsi aktivasinya. Gambar di atas menjelaskan struktur ANN secara mendasar, yang dalam kenyataannya tidak hanya sederhana seperti itu.

1. Input, berfungsi seperti dendrite
2. Output, berfungsi seperti akson
3. Fungsi aktivasi, berfungsi seperti sinapsis

Neural network dibangun dari banyak node/unit yang dihubungkan oleh link secara langsung. Link dari unit yang satu ke unit yang lainnya digunakan untuk melakukan propagasi aktivasi dari unit pertama ke unit selanjutnya. Setiap link memiliki bobot numerik. Bobot ini menentukan kekuatan serta penanda dari sebuah konektivitas.

Proses pada ANN dimulai dari input yang diterima oleh neuron beserta dengan nilai bobot dari tiap-tiap input yang ada. Setelah masuk ke dalam neuron, nilai input yang ada akan dijumlahkan oleh suatu fungsi perambatan (summing function), yang bisa dilihat seperti pada di gambar dengan lambang sigma (∑). Hasil penjumlahan akan diproses oleh fungsi aktivasi setiap neuron, disini akan dibandingkan hasil penjumlahan dengan threshold (nilai ambang) tertentu. Jika nilai melebihi threshold, maka aktivasi neuron akan dibatalkan, sebaliknya, jika masih dibawah nilaithreshold, neuron akan diaktifkan. Setelah aktif, neuron akan mengirimkan nilai output melalui bobot-bobot outputnya ke semua neuron yang berhubungan dengannya. Proses ini akan terus berulang pada input-input selanjutnya.

ANN terdiri dari banyak neuron di dalamnya. Neuron-neuron ini akan dikelompokkan ke dalam beberapa layer. Neuron yang terdapat pada tiap layer dihubungkan dengan neuron pada layer lainnya. Hal ini tentunya tidak berlaku pada layer input dan output, tapi hanya layer yang berada di antaranya. Informasi yang diterima di layer input dilanjutkan ke layer-layer dalam ANN secara satu persatu hingga mencapai layer terakhir/layer output. Layer yang terletak di antara input dan output disebut sebagai hidden layer. Namun, tidak semua ANN memiliki hidden layer, ada juga yang hanya terdapat layer input dan output saja.

Penerapan Artifical Neural Network

Artificial Neural Network (Jaringan Syaraf Tiruan), dimana dalam sepuluh tahun terakhir pengaplikasiannya telah banyak dikembangkan di berbagai bidang dalam kehidupan manusia. Seperti contoh Aplikasi Adaptive Inteligent System adalah Sistem mengenali Panas, Hangat, dan Dingin Menggunakan Jaringan Syaraf Tiruan dan Himpunan Fuzzy begitu juga seperti Adaptive Noise Canceling yang menggunakan jaringan syaraf tiruan untuk membersihkan gangguan pada telephone (dikenal dengan echo) dan mengurangi kesalahan tranmisi modem dll.

Salah satu contoh nya bisa dilihat saya mengambil dari jurnal www.ejournal.himsya.ac.id/index.php/HIMSYATECH/article/view/45/40

Dalam perkembangannya, ilmu Kecerdasan Buatan atau Artificial Intelligence (AI) telah banyak diterapkan pada teknologi komputer dalam menyelesaikan suatu masalah yang umumnya memerlukan pemikiran seorang ahli, dan ANN Perceptron merupakan salah satu dari metode AI yang telah terbukti cukup handal untuk digunakan sebagai teknik pengenalan atau pengindentifikasian.Tujuan dari dibuatnya karya tulis ilmiah ini adalah untuk menerapkan metode Jaringan Syaraf Tiruan atau Artificial Neural Network dengan algortima Perceptron dalam menentukan penyakit cacar daun dan bercak daun pada daun tembakau serta daun cengkeh, dimana sampel daun-daun tersebut dianalisis melalui kedelapan gejala atau ciri yang ditimbulkannya.

Tahapan awal yang dilakukan yaitu mengumpulkan beberapa sampel daun tembakau dan daun cengkeh, baik yang terkena penyakit maupun tidak. Kemudian mengelompokkan gejala atau ciri khusus yang ditimbulkan pada setiap daunnya dari penyakit cacar daun dan bercak daun. Ciri penyakit yang positif terlihat pada masing-masing daun akan direpresentasikan dengan nilai bipolar [1, -1], dimana ciri tersebut akan digunakan sebagai nilai masukan pada tahap pelatihan (training) dan pengujian (testing) dalam metode ANN.

 Dari hasil pengujian terhadap sampel sebanyak 20 daun untuk tahap training dan 10 sampel daun untuk tahap testing, dengan perbandingan penyakit bercak daun dan cacar daun adalah 50 : 50, learning rate sebesar 0,7, lapisan masukan sebanyak 8 buah, dan 1 buah lapisan luaran, didapat bahwa metode ANN Perceptron memiliki persentase keberhasilan pengenalan penyakit sebesar 61% - 73% untuk data non-learning, dan 100% untuk data learning pada kedua jenis daun tersebut.

Fuzzy Logic

       Fuzzy logic jika di atau dalam bahasa Indonesia logika Fuzzy adalah teknik/ metode yang dipakai untuk mengatasi hal yang tidak pasti pada masalah – masalah yang mempunyai banyak jawaban. Pada dasarnya Fuzzy logic merupakan logika bernilai banyak/ multivalued logic yang mampu mendefinisikan nilai diantara keadaan yang konvensional seperti benar atau salah, ya atau tidak, putih atau hitam dan lain-lain. Penalaran Logika Fuzzy memnyediakan cara untuk memahami kinerja system dengan cara menilai input dan output system dari hasil pengamatan. Logika Fuzzy menyediakan cara untuk menggambarkan kesimpulan pasti dari informasi yang samar-samar, ambigu dan tidak tepat. Fuzzy logic Pertama kali dikembangkan oleh Lotfi A. Zadeh tahun 1965.

Alasan Kenapa digunakan logika Fuzzy:
-  Karena konsep logika Fuzzy mudah dimengerti.
- Logika Fuzzy fleksibel.
- Logika Fuzzy mampu memodelkan fungsi-fungsi nonlinear yang sangat kompleks.
- Logika Fuzzy dapat bekerja dengan teknik-teknik kendali secara konvensional.
- Logika Fuzzy memiliki toleransi terhadap data-data yang tepat.
- Logika Fuzzy didasarkan pada bahasa alami.
- Logika Fuzzy dapat membangun dan mengaplikasikan pengalaman-pengalaman para pakar secara langsung tanpa harus melalui proses pelatihan.

Profesor Lotfi A. Zadeh  adalah guru besar pada University of California yang merupakan pencetus sekaligus yang memasarkan ide tentang cara mekanisme pengolahan atau manajemen ketidakpastian yang kemudian dikenal dengan logika fuzzy. Dalam penyajiannya vaiabel-variabel yang akan digunakan harus cukup menggambarkan ke-fuzzy-an tetapi di lain pihak persamaan-persamaan yang dihasilkan dari variable-variabel itu haruslah cukup sederhana sehingga komputasinya menjadi cukup mudah.

 Karena itu Profesor Lotfi A Zadeh kemudian memperoleh ide untuk menyajikannya dengan menentukan “derajat keanggotaan” (membership function) dari masing-masing variabelnya. Fungsi keanggotaan (membership function), adalah suatu kurva yang menunjukkan pemetaan titik input data kedalam nilai keanggotaanya (sering juga disebut dengan derajat keanggotaan) yang memiliki interval antara 0 sampai 1. ° Derajat Keanggotaan (membership function) adalah : derajat dimana nilai crisp dengan fungsi keanggotaan ( dari 0 sampai 1 ), juga mengacu sebagai tingkat keanggotaan, nilai kebenaran, atau masukan fuzzy. ° Label adalah nama deskriptif yang digunakan untuk mengidentifikasikan sebuah fungsi keanggotaan. ° Fungsi Keanggotaan adalah mendefinisikan fuzzy set dengan memetakkan masukan crisp dari domainnya ke derajat keanggotaan.  Masukan Crisp adalah masukan yang tegas dan tertentu. ° Lingkup/Domain adalah lebar fungsi keanggotaan. Jangkauan konsep, biasanya bilangan, tempat dimana fungsi keanggotaan dipetakkan. ° Daerah Batasan Crisp adalah jangkauan seluruh nilai yang dapat diaplikasikan pada variabel sistem.

Penerapan Fuzzy Logic

Di bawah ini adalah beberapa contoh aplikasi Fuzzy Logic:
• Sistem Pengereman Mobil (Nissan).
• Pengontrol kereta bawah tanah di Sendai, Jepang.
• Penghematan Konsumsi Daya Listrik AC (Mitsubhishi Heavy Industries Tokyo).

Saya mengambil contoh dari jurnal yang bisa dilihat di http://eprints.dinus.ac.id/12387/1/jurnal_12328.pdf

Di kehidupan sehari-hari manusia dihadapkan dalam permasalahan untuk pengambilan keputusan. Hal ini juga terjadi pada para petani dalam melakukan penilaian tentang kualitas dan menentukan harga jual gabah dari hasil panennya. Dengan menggunakan logika fuzzy untuk menetukan harga gabah bertujuan untuk membantu para petani agar dapat melakukan penilaian dengan cepat, tepat dan akurat. Pada metode Mamdani,untuk mendapatkan hasil diperlukan tahap-tahap : Fuzzifikasi, Aplikasi fungsi implikasi, Komposisi aturan-aturan dengan metode maksimum, dan Defuzzifikasi dengan metode centroid. Dengan proses tersebut diharapkan bisa mendapatkan suatu hasil keputusan yang terbaik. Dengan ini para petani ataupun pembeli dapat menggunakan sistem ini sebagai refensi untuk membantu menentukan harga gabahnya, karena harga yang dihasilkan pada sistem ini sesuai dengan harga gabah di pasaran. Jadi jika petani maupun pembeli menerapkan harga dari sistem ini harga yang diterapkan sudah sesuai dengan kualitas gabah yang akan dijual.

AI (Artificial Intelegence)

Berbagai litelatur mengenai kecerdasan buatan menyebutkan bahwa ide mengenai kecerdasan buatan diawali pada awal abad 17 ketika Rene Descartes mengemukakan bahwa tubuh hewan bukanlah apa-apa melainkan hanya mesin-mesin yang rumit.

Perkembangan terus berlanjut, Bertrand Russell dan Alfred North Whitehead menerbitkan Principia Mathematica, yang merombak logika formal. Warren McCulloch dan Walter Pitts menerbitkan “Kalkulus Logis Gagasan yang tetap ada dalam Aktivitas” pada 1943 yang meletakkan pondasi awal untuk jaringan syaraf.

Tahun 1950-an adalah periode usaha aktif dalam AI. Program AI pertama yang bekerja ditulis pada 1951 untuk menjalankan mesin Ferranti Mark I di University of Manchester (UK): sebuah program permainan naskah yang ditulis oleh Christopher Strachey dan program permainan catur yang ditulis oleh Dietrich Prinz. John McCarthy membuat istilah “Kecerdasan Buatan” pada konferensi pertama pada tahun 1956, selain itu dia juga menemukan bahasa pemrograman Lisp. Alan Turing memperkenalkan “Turing test” sebagai sebuah cara untuk mengoperasionalkan test perilaku cerdas. Joseph Weizenbaum membangun ELIZA, sebuah chatterbot yang menerapkan psikoterapi Rogerian.

Marvin Minsky dan Seymour Papert menerbitkan Perceptrons, yang mendemostrasikan batas jaringan syaraf sederhana dan Alain Colmerauer mengembangkan bahasa komputer Prolog. 

Ted Shortliffe mendemonstrasikan kekuatan sistem berbasis aturan untuk representasi pengetahuan dan inferensi dalam diagnosa dan terapi medis yang diyakini sebagai sistem pakar pertama. 

Pada awalnya, kecerdasan buatan hanya ada di universitas-universitas dan laboratorium penelitian, serta hanya sedikit produk yang dihasilkan dan dikembangkan. Menjelang akhir 1970-an dan 1980-an, mulai dikembangkan secara penuh dan hasilnya berangsur-angsur dipublikasikan di khalayak umum. Permasalahan di dalam kecerdasan buatan akan selalu bertambah dan berkembang seiring dengan laju perkembangan zaman menuju arah globalisasi dalam setiap aspek kehidupan manusia, yang membawa persoalan-persoalan yang semakin beragam pula.

Program kecerdasan buatan lebih sederhana dalam pengoperasiannya, sehingga banyak membantu pemakai. Program konvensional dijalankan secara prosedural dan kaku, rangkaian tahap solusinya sudah didefinisikan secara tepat oleh pemrogramnya. Sebaliknya, pada program kecerdasan buatan untuk mendapatkan solusi yang memuaskan dilakukan pendekatan trial and error, mirip seperti apa yang dilakukan oleh manusia.

Hubungan Artificial Intelligence dengan Kognisi Manusia

Artificial intelligence adalah salah satu bagian ilmu komputer yang membuat agar mesin (komputer) dapat melakukan pekerjaan seperti dan sebaik yang dilakukan oleh manusia. Kecerdasan buatan juga merupakan suatu sistem informasi yang berhubungan dengan penangkapan, pemodelan dan penyimpanan kecerdasan manusia dalam sebuah sistem teknologi informasi sehingga sistem tersebut memiliki kecerdasan seperti yang dimiliki manusia. Sistem ini dikembangkan untuk mengembangkan metode dan sistem untuk menyelesaikan masalah, biasanya diselesaikan melalui aktifivitas intelektual manusia, misal pengolahan citra, perencanaan, peramalan dan lain-lain, meningkatkan kinerja sistem informasi yang berbasis komputer.

Artificial intelligence merupakan suatu sistem yang membuat mesin secerdas manusia. Untuk itu, sistem ini harus berpedoman pada sistem kognisi manusia, yaitu cara berfikir manusia, cara manusia bernalar, mengenali suatu stimulus, memecahkan masalah, mengingat, dan mengambil keputusan serta merespon dan bertindak. Dengan demikian para peneliti ilmu ini dapat membuat suatu sistem, aplikasi, atau program yang dapat melakukan pekerjaan-pekerjaan manusia dengan lebih baik, menggunakan perangkat mesin yang canggih untuk mempermudah pekerjaan manusia dikehidupan nyata.

Sistem Pakar

Sistem Pakar adalah Suatu bidang dari ilmu kecerdasan buatan dalam kaitannya dengan sistem pendukung keputusan yang dirancang dengan memasukkan unsur-unsur keahlian dari satu atau beberapa orang pakar kedalam suatu konsep terprogram (code base concept) dalam rangka pengambilan keputusan.

Ternyata sistem banyak diterapkan dibidang-bidang, contohnya:

Penerapan Sistem pakar dalam Industri / Manufaktur

Manufaktur di definisikan sebagai urutan-urutan kegiatan yang saling berhubungan meliputi perancangan, perencanaan, pemilihan material, produksi, pengontrolan kualitas, menajemen serta pemasaran produk. Proses manufaktur yang penyelesaiannya dapat dibantu oleh system pakar antara lain :

–   Sistem Pakar Dalam Perancangan PRIDE(Pinch Roll Interactive Design Expert / Environment). Sistem pakar ini digunakan untuk merancang system pengaturan kertas untuk mesin fotocopy. Sistem ini membuat rancangan dengan representasi pengetahuan tentang rancangan berdasarkan kumpulan goal, metoda perancangan, generator dan aturan-aturan yang terstruktur.

–  System Pakar Dalam Perencanaan Wood Trus fabrication Application merupakan contoh system pakar dalam proses perencanaan. System ini dibuat dengan menggunakan shell sitem pakar SPS (Semi Intelligent Process Selector).

–   Sistem Pakar Dalam Penjadwalan Sistem pakar juga digunakan dalam penjadwalan, dibawah ini adalah beberapan contoh kegunaan system pakar dalam penjadwalan :

– Contionuous Caster Steel Mill Scheduling Application

Sumber/referensi :

• http://eprints.dinus.ac.id/12387/1/jurnal_12328.pdf
• http://www.temukanpengertian.com/2013/08/pengertian-fuzzy-logic.html
• http://socs.binus.ac.id/2012/07/26/konsep-neural-network/
• www.ejournal.himsya.ac.id/index.php/HIMSYATECH/article/view/45/40
• Jones, Tim. (2009). Artificial intelligence : a systems approach. Canada : Jones and Bartlett Publishers.
• Kusumadewi, S. (2003). Artificial intelligence (teknik dan aplikasinya). Yogyakarta Graha Ilmu.
• Russel, S and Norvigm P. (2010). Artificial intelligence : a modern approach. Prentice Hall, Second Edition
• Solso R.L, Machlin O.H & Machlin M.K. (2007).Psikologi kognitif, Terjemahan : Rahardanto M. & Batuadji K. Jakarta : Erlangga.
• Poole, David & Mackworth, Alan. (2010). Artificial intelligence : foundations of computational agents. New York : Cambrigde University Press
• Syamsuddin,Aries , PENGANTAR SISTEM PAKAR , 2004, www.IlmuKomputer.Com