METODE PENCARIAN HEURISTIC (HILL CLIMBING)

LATAR BELAKANG

Heuristic seringkali disebut sebagai lawan dari kata algoritmik dalam dunia pemrograman. Heuristic adalah suatu proses yang mungkin dapat menyelesaikan suatu masalah tetapi tidak ada jaminan bahwa solusi yang dicari selalu dapat ditemukan. Dengan kata lain, heuristic adalah sebuah teknik yang mengembangkan efisiensi dalam proses pencarian, namun dengan kemungkinan mengorbankan kelengkapan (completeness). Sedangkan fungsi heuristik adalah fungsi yang melakukan pemetaan (mapping) dari diskripsi keadaan masalah (problema) ke pengukur kebutuhan, umumnya dipresentasikan berupa angka. Fungsi heuristik digunakan untuk mengevaluasi keadaan-keadaan problema individual dan menentukan seberapa jauh hal tersebut dapat digunakan untuk mendapatkan solusi yang diinginkan. Dalam mempelajari metode-metode pencarian heuristik, kata heuristik diartikan sebagai suatu fungsi yang memberikan suatu nilai berupa biaya perkiraan (estimasi) dari suatu solusi. Ada beberapa macam metode pencarian heuristik, yaitu pembangkitan dan pengujian (Generate and Test), Hill Climbing, Best First Search, Alpha Beta Prunning, Means-End-Anlysis, Constraint Satisfaction, dan Simulated Annealing. Dalam metode pencarian heuristik Hill Climbing, ada dua macam metode heuristik yakni Simple Hill Climbing dan Steepest (Ascent Hill Climbing). Dalam makalah ini, penulis akan membahas mengenai metode heuristik Simple Hill Climbing yang disertai dengan contoh algoritma pada metode tersebut pada saat diterapkan pada suatu permasalahan. 

PENGERTIAN

Metode Hill Climbing hampir sama dengan metode pembangkitan & pengujian (Generate and Test), hanya saja proses pengujian dilakukan dengan menggunakan fungsi heuristik. Pembangkitan keadaan berikutnya sangat tergantung pada feedback dari prosedur pengetesan. Tes yang berupa fungsi heuristik ini akan menunjukkan seberapa baiknya nilai terkaan yang diambil terhadap keadaan-keadaan lainnya yang mungkin. Hill Climbing adalah proses pengujian yang dilakukan dengan menggunakan fungsi heuristik. Pembangkitan keadaan berikutnya sangat tergantung pada feedback dari prosedur pengetesan. Tes yang berupa fungsi heuristik ini akan menunjukkan seberapa baiknya nilai terkaan yang diambil terhadap keadaan-keadaan lainnya yang mungkin. Metode Hill climbing merupakan variasi dari depth-first search. Dengan metode ini, eksplorasi terhadap keputusan dilakukan dengan cara depth-first search dengan mencari path yang bertujuan menurunkan cost untuk menuju kepada goal/keputusan. Yaitu dengan selalu memilih nilai heuristik terkecil. Dalam metode heuristik Hill Climbing, terdapat dua jenis Hill Climbing yang sedikit berbeda, yakni Simple Hill Climbing (Hill Climbing sederhana) dan Steepest-Ascent Hill Climbing (Hill Climbing dengan memilih kemiringan yang paling tajam / curam).

• Dua teknik pencarian dan pelacakan

– Pencarian buta (blind search)

        • Pencarian melebar pertama (Breadth – First Search)

        • Pencarian mendalam pertama (Depth – First Search)

– Pencarian terbimbing (heuristic search)

       • Pendakian Bukit (Hill Climbing)

       • Pencarian Terbaik Pertama (Best First Search)

Pencarian Melebar Pertama (Breadth-First Search)

         • Semua node pada level n akan dikunjungi terlebih dahulu sebelum level n+1

         • Mulai dari akar terus ke level 1 dari kiri ke kanan

         • Kemudian ke level selanjutnya hingga solusi ditemukan

         • Keuntungan

– Tidak akan menemui jalan buntu

– Menjamin ditemukannya solusi (jika solusinya memang ada) dan solusi yang ditemukan pasti

yang paling baik

– Jika ada satu solusi maka bread-first search akan menemukannya

         • Kelemahannya

– Membutuhkan memori yang cukup banyak

– Membutuhkan waktu yang cukup lama

Pencarian mendalam pertama (Depth-First Search)

• Proses pencarian dilakukan pada semua anaknya sebelum dilakukan pencarian ke node-node yang selevel

• Keuntungan

– Memori yang relatif kecil

– Secara kebetulan, akan menemukan solusi tanpa harus menguji lebih banyak lagi

Pencarian Heuristik

• Pencarian buta tidak selalu dapat diterapkan dengan baik

– Waktu aksesnya yang cukup lama

– Besarnya memori yang diperlukan

• Metode heuristic search diharapkan bisa menyelesaikan permasalahan yang lebih besar.

• Metode heuristic search menggunakan suatu fungsi yang menghitung biaya perkiraan (estimasi) dari suatu simpul tertentu menuju ke simpul tujuan disebut fungsi heuristic

• Aplikasi yang menggunakan fungsi heuristic : Google, Deep Blue Chess Machine

• Contoh pada masalah 8 puzzle

Keadaan Awal Tujuan Pencarian Heuristik

• Operator

– Ubin kosong geser ke kanan

– Ubin kosong geser ke kiri

– Ubin kosong geser ke atas

– Ubin kosong geser ke bawah

• Langkah Awal

Gambar

• Langkah Awal hanya 3 operator yang bisa digunakan

– Ubin kosong digeser ke kiri, ke kanan dan ke atas.

• Jika menggunakan pencarian buta, tidak perlu mengetahui operasi apa yang akan dikerjakan (sembarang)

• Pada pencarian heuristik perlu diberikan informasi khusus dalam domain tersebut

• Untuk jumlah ubin yang menempati posisi yang benar jumlah yang lebih tinggi adalah yang lebih diharapkan (lebih baik)

• Untuk jumlah ubin yang menempati posisi yang salah jumlah yang lebih kecil adalah yang diharapkan (lebih baik).

• Menghitung total gerakan yang diperlukan untuk mencapai tujuan jumlah yang lebih kecil adalah yang diharapkan (lebih baik).

Pencarian Heuristik

• Ada 4 metode pencarian heuristik

– Pembangkit & Pengujian (Generate and Test)

– Pendakian Bukit (Hill Climbing)

– Pencarian Terbaik Pertama (Best First Search)

– Simulated Annealing

Pembangkit & Pengujian (Generate and Test)

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

Algoritma:

– Bangkitkan suatu kemungkinan solusi (membangkitkan suatu titik tertentu atau lintasan tertentu dari keadaan awal).

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

– Jika solusi ditemukan, keluar. Jika tidak, ulangi kembali langkah yang pertama.

Contoh : Traveling Salesman Problem (TSP)

Seorang salesman ingin mengunjungi n kota. Jarak antara tiap-tiap kota sudah diketahui. Ingin diketahui rute terpendek dimana setiap kota hanya boleh dikunjungi tepat 1 kali.

Contoh : Traveling Salesman Problem (TSP)

• Generate & test akan membangkitkan semua solusi yang mungkin:

– A – B – C – D

– A – B – D – C

– A – C – B – D

– A – C – D – B, dll

Kelemahan dari Pembangkit & Pengujian (Generate and Test) yaitu ;

– Perlu membangkitkan semua kemungkinan sebelum dilakukan pengujian

– Membutuhkan waktu yang cukup lama dalam pencariannya

Pendakian Bukit (Hill Climbing)

• Metode ini hampir sama dengan metode pembangkitan & pengujian, hanya saja proses pengujian dilakukan dengan menggunakan fungsi heuristik.

• Pembangkitan keadaan berikutnya sangat tergantung pada feedback dari prosedur pengetesan.

• Tes yang berupa fungsi heuristic ini akan menunjukkan seberapa baiknya nilai terkaan yang diambil terhadap keadaan-keadaan lainnya yang mungkin.

Simple Hill Climbing

Algoritma

– Mulai dari keadaan awal, lakukan pengujian: jika merupakan tujuan, maka berhenti; dan jika tidak, lanjutkan dengan keadaan sekarang sebagai keadaan awal.

– Kerjakan langkah-langkah berikut sampai solusinya ditemukan, atau sampai tidak ada operator baru yang akan diaplikasikan pada keadaan sekarang:

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

• 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

• Operator : Tukar kota ke-i dengan kota ke-j (Tk i,j)

• Untuk 4 kota:

– Tk 1,2 : tukar kota ke-1 dengan kota ke-2.

– Tk 1,3 : tukar kota ke-1 dengan kota ke-3.

– Tk 1,4 : tukar kota ke-1 dengan kota ke-4.

– Tk 2,3 : tukar kota ke-2 dengan kota ke-3.

– Tk 2,4 : tukar kota ke-2 dengan kota ke-4.

– Tk 3,4 : tukar kota ke-3 dengan kota ke-4.

• Untuk N kota, akan ada operator sebanyak:

Steepest Ascent Hill Climbing

• Steepest-ascent hill climbing sebenarnya hampir sama dengan simple hill climbing, hanya saja gerakan pencarian tidak dimulai dari posisi paling kiri.

• Gerakan selanjutnya dicari berdasarkan nilai heuristik terbaik.

• Dalam hal ini urutan penggunaan operator tidak menentukan penemuan solusi.

• Steepest-ascent hill climbing sebenarnya hampir sama dengan simple hill climbing, hanya saja gerakan pencarian tidak dimulai dari posisi paling kiri.

• Gerakan selanjutnya dicari berdasarkan nilai heuristik terbaik.

• Dalam hal ini urutan penggunaan operator tidak menentukan penemuan solusi.

Algoritma

• Mulai dari keadaan awal, lakukan pengujian: jika merupakan tujuan, maka berhenti; dan jika tidak, lanjutkan dengan keadaan sekarang sebagai keadaan awal.

• Kerjakan hingga tujuan tercapai atau hingga iterasi tidak memberikan perubahan pada keadaan sekarang.

• Tentukan SUCC sebagai nilai heuristic terbaik dari successorsuccessor.

• Kerjakan untuk tiap operator yang digunakan oleh keadaan sekarang:

• Gunakan operator tersebut dan bentuk keadaan baru.

• Evaluasi keadaan baru tersebut. Jika merupakan tujuan, keluar. Jika bukan, bandingkan nilai heuristiknya dengan SUCC. Jika lebih baik, jadikan nilai heuristic keadaan baru tersebut sebagai SUCC. Namun jika tidak lebih baik, nilai SUCC tidak berubah.

• Jika SUCC lebih baik daripada nilai heuristic keadaan sekarang, ubah node SUCC menjadi keadaan sekarang.

Sumber : https://aiukswkelasgkelompok7.wordpress.com/metode-pencarian-dan-pelacakan/

                http://web.unair.ac.id/admin/file/f_22572_2_Simple_Hill_Climbing.pdf