ARTIFICIAL INTELLIGENCE
ALGORITMA GENETIKA
9
JUMLAH PERTEMUAN PERTEMUAN : 1 PERTEMUAN PERTEMUAN TUJUAN INSTRUKSIONAL INSTRUKSIONAL KHUSUS KHUSUS : 1. $. (. ).
Mengetahu Mengetahuii konsep konsep asa! asa! a"go!it#a a"go!it#a genetik genetika a Me#aha# Me#aha#ii ha"%ha" &ang &ang penting penting a"a# A"go!it A"go!it#a #a 'enetika 'enetika Mengena" Mengena" sik"us sik"us A"go!it# A"go!it#a a 'enetik 'enetika a Ma#pu #ene!apkan A"go!it#a 'enetika a"a# pe!#asa"ahan pe!#asa"ahan
Materi 9.1
:
Pendahuluan A"go! "go!it it# #a
'enet enetik ika a
#e!u #e!upa pak kan
#eto etoe e
aa" aa"ah ah aap aapti ti,e ,e
*a+an a+ang g &ang &ang
#e#e #e#e*a *ahk hkan an su suat atu u pen* pen*a! a!ia ian n ni"a ni"aii
a"g a"go!it# !it#a a +ias +iasa a
e,o e,o"usi "usi..
igu iguna nak kan
'A
untu untuk k
a"a a"a# # se+u se+uah ah #asa" asa"ah ah
opti# opti#asi asi.. A"g A"go!i o!it# t#a a ini #e!u #e!upak pakan an ana"og ana"ogii a!i a!i p!ose p!oses s geneti genetik k #akh"uk hiup. La#+at "aun #engikuti p!insip se"eksi a"a# atau -siapa &ang kuat ia &ang +e!tahan/. Me#p!esentasikan se+uah Pe"et e"etak ak p!in p!insi sip p asa asa!! sek seka"igu a"igus s pen* pen*ip ipta ta a"go a"go!i !it# t#a a gene geneti tika ka aa" aa"ah ah John John Ho"" Ho""an an. . A"go A"go!i !it# t#a a ini ini +ek +eke!0a e!0a eng engan an se+u se+uah ah popu popu"a "asi si
&ang &ang
te! te!i!i i!i
a!i a!i
ini ini,i ,iu u%i %in ni, i,i iu. u.
Masi Masing ng%# %#as asin ing g
ini,i ini,iu u #e#p! #e#p!ese esenta ntasik sikan an se+uah se+uah so"us so"usii &ang &ang #ungki #ungkin n +agi +agi pe!soa pe!soa"an "an &ang &ang aa. aa. a"a# a"a# kaita kaitan n ini ini ini,i ini,iu u i"a#+ i"a#+ang angka kan n engan se+uah ni"ai 2tness &ang akan igunakan untuk #en*a!i so"usi te!+aik a!i pe!soa"an &ang aa. Se+e"u# 'A apat i0a"ankan #aka se+uah koe &ang sesuai 3!ep!esentati45 3!ep!esentati45 untuk pe!soa"an ha!us i!an*ang. Titik so"usi a"a# !uang !uang pe!#asa pe!#asa"ahan "ahan ikoek ikoekan an a"a# +entuk +entuk k!o#os k!o#oso#6s o#6st!in t!ing g
1)7
ARTIFICIAL INTELLIGENCE
&ang te!i!i atas ko#ponen genetik te!ke*i" &aitu gen. engan teo!i e,o"usi an teo!i genetika i a"a# pene!apan genetika te!ke*i" akan #e"i+atkan +e+e!apa ope!ato! &aitu : a. ope!asi e,o"usi &ang #e"i+atkan p!oses se"eksi 3se"e*tion5 ia"a#n&a. +. Ope!asi genetika &ang #e"i+atkan ope!ato! pin*ah si"ang 3*!osso,e!5 an #utasi 3#utation5. Untuk #e#e!iksa hasi" opti#asi kita #e#+utuhkan 4ungsi 2tness &ang #enanakan ga#+a!an hasi" 3so"usi5 &ang suah ikoekan.
Se"a#a
+e!0a"an
!ep!ouksi
pinah
si"ang
inuk
an
ha!us
#utasi
igunakan
untuk
untuk
#en*iptakan
ketu!unan. Jika 'A iesain se*a!a +aik popu"asi kon,e!gensi an akan iapatkan se+uah so"usi &ang opti#u#. 9.2 Hal-hal yan !entin dala" Al#rit"a Geneti$a
8e+e!apa ha" &ang ha!us i"akukan a"a# 'A aa"ah : a. Mende%ni&i$an indi'idu i#ana #en&etakan sa"ah satu so"usi 3pen&e"esaian5 &ang #ungkin a!i pe!#asa"ahan &ang singkat. +. Mende%ni&i$an nilai %tne&& &ang #e!upakan uku!an +aik% tiakn&a se+uah ini,iu atau +aik%tiakn&a so"usi &ang iapatkan. *. Menentukan p!oses !e"(an$itan !#!ula&i a)al. Ha" ini +iasan&a i"akukan engan #enggunakan pe#+angkitan a*ak sepe!ti !ano#%9a"k. . Menentukan p!oses &ele$&i &ang akan igunakan. e. Menentukan p!oses !er$a)inan &ilan *+r#&&-#'er, an "uta&i en &ang akan igunakan. 9.2.1 Penertian Indi'idu
1)
ARTIFICIAL INTELLIGENCE
Ini,iu #en&atakan sa"ah satu so"usi &ang #ungkin. Ini,iu +isa
ikatakan
sa#a
engan
k!o#oso#
&ang
#e!upakan
ku#pu"an gen. gen ini +isa +ine! ;oat an ko#+inato!ia". 8e+e!apa e2nisi penting &ang pe!"u ipe!hatikan aa"ah se+agai +e!ikut : a. 'enot&pe 3'en5 ni"ai &ang #en&atakan satuan asa! &ang #e#+entuk suatu a!ti te!tentu a"a# satu kesatuan gen &ang ina#akan k!o#oso#. +. A""e"e ni"ai a!i gen. *. K!o#oso# ga+ungan gen%gen &ang #e#+entuk ni"ai te!tentu. . Ini,iu #en&atakan satu ni"ai atau keaaan &ang #en&atakan
sa"ah
satu
so"usi
&ang
#ungkin
a!i
pe!#asa"ahan &ang iangkat. e. Popu"asi #e!upakan seku#pu"an ini,iu &ang akan ip!oses +e!sa#a a"a# satu sik"us p!oses e,o"usi. 4. 'ene!asi #en&atakan satu sik"us p!oses e,o"usi atau satu ite!asi i a"a# 'A. 9.1.2 Nilai itne&& Ni"ai 2tness aa"ah ni"ai &ang #en&atakan +aik%tiakn&a suatu so"usi 3ini,iu5. Ni"ai 2tness ini &ang i0aikan a*uan a"a# #en*apai ni"ai opti#a" a"a# a"go!it#a genetika. 'A +e!tu0uan #en*a!i ini,iu engan ni"ai 2tness &ang pa"ing tinggi. a"a# TSP &ang +e!tu0uan #e#ini#a"kan 0a!ak #aka ni"ai 2tnessn&a aa"ah in,e!si a!i tota" 0a!ak &ang iapatkan.
>>>>%= i#ana = aa"ah tota" 0a!ak a!i 0a"u! &ang iapatkan. 9. /i$lu& Al#rit"a Geneti$a
1)?
ARTIFICIAL INTELLIGENCE
Sik"us 'A ikena"kan pe!ta#a ka"i o"eh a,i 'o"+e!g. 'a#+a!an sik"us te!se+ut apat i"ihat paa ga#+a! .1
Popu"asi a9a"
E,a"uasi @itness
Se"eksi Ini,iu
Rep!ouksi
Popu"asi 8a!u
Ga"(ar 9.1 /i$lu& Al#rit"a Geneti$a #leh 0a'id G#ld(er Sik"us ini ke#uian ike#+angkan o"eh +e+e!apa i"#u9an &ang #enge#+angkan
&aitu
B+ignie9
Mi*ha"e9i*C
&ang
#ena#+ahkan ope!ato! e"itis# an #e#+a"ik p!oses se"eksi Popu"asi sete"ah p!oses !ep!ouksi. E,a"uasi a9a"
Se"eksi Ini,iu
@itness
Popu"asi 8a!u
E"itis#
Rep!ouksi
Ga"(ar 9.2 /i$lu& Al#rit"a Geneti$ yan di!er(arui 9. K#"!#nen ta"a
1)
ARTIFICIAL INTELLIGENCE
D ko#ponen uta#a a"a# A"go!it#a 'enetika &aitu
i0e"askan
se+agai +e!ikut : A. Te$ni$ Pen$#dean Teknik pengkoean aa"ah +agai#ana #engkoekan gen a!i k!o#oso# i#ana gen #e!upakan +agian a!i k!o#oso#. Satu gen
+iasan&a
akan
#e9aki"i
satu
,a!ia+e".
'en
apat
i!ep!esentasikan a"a# +entuk : +it +i"angan !ea" a4ta! atu!an e"e#en pe!#utasi e"e#en p!og!a# atau !ep!esentasi "ainn&a &ang apat ii#p"e#entasikan untuk ope!ato! genetika. engan e#ikian k!o#oso# apat i!ep!esentasikan engan #enggunakan : % % % % % %
St!ing +it : 1>>11 st A!!a& +i"angan !ea" : 7D.7D %7.? .() st E"e#en pe!#utasi : E$ E1> st a4ta! atu!an : R1 R$ R( st E"e#en p!og!a# : 4ungs ta#+ah St!uktu! "ain.
3. Me"(an$it$an P#!ula&i A)al Me#+angkitkan popu"asi a9a" aa"ah p!oses #e#+angkitkan se0u#"ah ini,iu se*a!a a*ak atau p!oseu! te!tentu.
Uku!an
te!gantung paa #asa"ah &ang akan ise"esaikan an 0enis ope!ato! genetika &ang akan ii#p"e#entasikan. Sete"ah uku!an popu"asi itentukan ke#uian i"akukan pe#+angkitan popu"asi a9a". Teknik a"a# pe#+angkitan popu"asi a9a" ini aa +e+e!apa *a!a ianta!an&a aa"ah se+agai +e!ikut : a. Rand#" enerat#r Inti !ano# gene!ato! +i"angan !ano#
untuk
aa"ah ni"ai
#e"i+atkan setiap
pe#+angkitan
gen sesuai engan
1D>
ARTIFICIAL INTELLIGENCE
!ep!esentasi k!o#oso# &ang igunakan. !ano#
gene!ato!
a"a#
pe!#utasi
TSP
se+uah
k!o#oso# kota apat i!ep!esentasikan >.$( >.?$ >.)D >.) >.? >.11 >.D7 >.7 >.?F Posisi I a"a# "ist #enun0ukkan kota I. ni"ai a*ak a"a# posisi I #enentukan u!utan iatangin&a kota I a"a# "intasan TSP. engan kun*i sepe!ti iatas apat itentukan +ah9a ni"ai >.11 aa"ah &ang pa"ing ke*i". Sehingga kota ke%7 #ene#pati u!utan pe!ta#a. >.$( te!ke*i" keua
a!tin&a
kota
ke%1
#ene#pati u!utan ke ua st. Sehingga engan e#ikian a!i kun*i%kun*i !ano# te!se+ut apat itentukan "itasan : 7G1G(GG?G)GG$GD (. Pende$atan tertentu
aa"ah
penggunaan
pe!#utasi
Josephus
a"a#
pe!#asa"ahan ko#+inato!ia" sepe!ti TSP. #isa" aa kota a!i 1 sa#pai
.
Pe!#utasi
"intasan
apat
i"akukan
engan
#enentukan titik a9a" an se"ang. Misa" titik a9a" 7 an se"ang D. Maka "intasan +e!angkat a!i 7 se"ang D a!i kota 7 aa"ah kota $3asu#si kota 1 sa#pai #e#+entuk *i!*u"a! "ist5. Kota $ ihapus a!i "ist. Se"ang D ke#uian
aa"ah . P!oses ini
iu"ang hingga aa satu "intasan a"a# "ist. Hasi" pe!#utasi aa"ah : $ G G ( G ? G ) G G D G 1 G 7. 4. /ele$&i Se"eksi igunakan untuk #e#i"ih ini,iu%ini,iu #ana sa0a &ang akan ipi"ih untuk p!oses ka9in si"ang an #utasi. Se"eksi +e!tu0uan untuk #enapatkan ini,iu &ang #e#i"iki kua"itas
1D1
ARTIFICIAL INTELLIGENCE
&ang +aik. Se+uah inuk &ang +aik iha!apkan #enghasi"kan ketu!unan &ang +aik. Peni"aian +aik tiakn&a se+uah ini,iu apat i"ihat #e"a"ui ni"ai 2tness. Se#akin +aik ni"ai 2tness se+uah ini,iu #enun0ukkan se#akin +aik kua"itasn&a an se#akin +esa! ke#ungkinan untuk te!pi"ih. Pen*a!ian ni"ai 2tness aa"ah "angkah pe!ta#a a"a# p!oses se"eksi. Ni"ai 2tness &ang ipe!o"eh igunakan untuk tahap se"eksi se"an0utn&a.
Masing%#asing
ini,iu
a"a#
se"eksi
akan
#ene!i#a p!o+a+i"itas !ep!ouksi &ang te!gantung paa ni"ai o+&ekti4 i!in&a seni!i te!haap ni"ai o+&ekti4 a!i se#ua ini,iu a"a# se"eksi te!se+ut. Metoe se"eksi &ang akan i+ahas a"a# #ou" ini &aitu #etoe #esin !ou""ete an tu!na#en. 1. Se"eksi #etoe #esin !ou""ete Metoe
se"eksi
#etoe
&ang
na#a
engan
#esin
!ou"ette
ini
#e!upakan
pa"ing see!hana an se!ing ikena" engan
sto*hasti* sa#p"ing 9ith !ep"a*e#ent.
ke!0a
#etoe ini aa"ah se+agai +e!ikut: a. ihitung ni"ai 2tness a!i #asing%#asing ini,iu 34 i#ana i aa"ah ini,iu i ke%1 s6 ke%n5 +. ihitung tota" 2tness se#ua ini,iu *. ihitung p!o+a+i"itas #asing%#asing ini,iu . a!i p!o+a+i"itas te!se+ut ihitung 0atah #asing%#asing ini,iu paa angka 1 sa#pai 1>> e. i+angkitkan +i"angan !ano# anta!a 1 sa#pai 1>> 4. Dari bilangan random yang dihasilkan, ditentukan individu mana yang terpilih dalam proses seleksi.
1D$
ARTIFICIAL INTELLIGENCE
Ga"(ar 9. /ele$&i Met#de R#ullete $. Se"eksi #etoe tu!na#en Paa #etoe se"eksi engan tu!na#en itetapkan suatu ni"ai tou! untuk ini,iu% ini,iu &ang ipi"ih se*a!a !ano# a!i suatu
popu"asi.
Ini,iu%ini,iu
&ang
te!+aik
a"a#
ke"o#pok ini akan ise"eksi se+agai inuk. Pa!a#ete! &ang igunakan paa #etoe ini aa"ah uku!an tou! &ang +e!ni"ai anta!a $ sa#pai N 30u#"ah ini,iu a"a# suatu popu"asi5. 0. 4r#&& O'er Ka9in
si"ang
3*!osso,e!5
aa"ah ua
ope!ato!
a!i
genetika
&ang #e"i+atkan
inuk untuk
k!o#oso#
+a!u. Pinah si"ang #enghasi"kan titik
a"go!it#a #e#+entuk
+a!u
a"a#
1D(
ARTIFICIAL INTELLIGENCE
!uang pen*a!ian &ang siap untuk iu0i. Ope!asi ini tiak se"a"u i"akukan paa se#ua ini,iu &ang aa.
Ini,iu ipi"ih
se*a!a a*ak untuk i"akukan. *!ossing engan P
anta!a >7 s6
>D. Jika pinah si"ang tiak i"akukan #aka ni"ai * a!i inuk akan itu!unkan kepaa ketu!unan. P!insip a!i pinah si"ang ini aa"ah #e"akukan ope!asi 3pe!tuka!an a!it#atika5 paa gen%gen &ang +e!sesuaian a!i ua inuk untuk #enghasi"kan ini,iu +a!u. P!oses *!osso,e! i"akukan paa setiap ini,iu engan p!o+a+i"itas
*!osso,e!
&ang itentukan.
Paa
'a#+a!
$.7
ii"ust!asikan iag!a# a"i! penggunaan p!o+a+i"itas *!ossso,e! paa p!oses *!osso,e!. Ope!ato! *!osso,e! ini +e!gantung paa !ep!esentasi k!o#oso# &ang i"akukan.
Ga"(ar 9. 0iara" alir !r#&e& +r#&'er
1D)
ARTIFICIAL INTELLIGENCE
1.
titik
Npan0ang
posisi
*!osso,e!
k
3k1$...N%15 engan
k!o#oso# ise"eksi se*a!a !ano#. a!ia+e"%
,a!ia+e" ituka! anta! k!o#oso# paa titik te!se+ut untuk #enghasi"kan anak. Paa 'a#+a! $. ii"ust!asikan
Ditentukan probabilitas Cross-Over = 0,9
Ga"(ar 9.5 Ilu&tra&i +r#&'er &atu titi$
$.
1DD
ARTIFICIAL INTELLIGENCE
Paa
*!osso,e!
+an&ak
titik
#
3k1$...N%1 i1$...#5 i engan
posisi
pen&i"angan
Npan0ang
k
k!o#oso#
ise"eksi se*a!a !ano# an tiak ipe!+o"ehkan aa posisi &ang sa#a se!ta iu!utkan naik. a!ia+e"%,a!ia+e" ituka! anta! k!o#oso# paa titik te!se+ut untuk #enghasi"kan anak. Paa 'a#+a! $.? ii"ust!asikan
3pe*ahan5.
ini
i"akukan
engan #enentukan ni"ai ! se+agai +i"angan !ano# "e+ih a!i > an ku!an a!i 1. Se"ain itu 0uga itentukan posisi a!i gen &ang i"akukan *!osso,e! #enggunakan +i"angan !ano#.
Paa
'a#+a!
$.1>
ii"ust!asikan +agai#ana
*!osso,e! a!it#atika +eke!0a. Ni"ai +a!u a!i gen paa anak #engikuti !u#us $.1 an !u#us $.$. x’k!=r.xk!"#-r!.xk! ...................................................................$.#! #
#
$
x’k!=r.xk!"#-r!.xk! ...................................................................$.$! $
$
#
1D7
ARTIFICIAL INTELLIGENCE
Ditentukan %robabilitas Cross-Over $,9 Gambar 9.6 Ilustrasi crossover dua titik
Ditentukan %robabilitas Cross-Over $,9 Gambar 9.7 Ilustrasi crossover lebih dari dua titik
1D
ARTIFICIAL INTELLIGENCE
Gambar 9.8 Crossover Aritmatika
E. Muta&i Ope!ato! +e!ikutn&a paa a"go!it#a genetika aa"ah #utasi gen. Ope!ato! ini +e!pe!an untuk #enggantikan gen &ang hi"ang a!i
popu"asi
aki+at
#un*u"n&a ke#+a"i
p!oses
gen
se"eksi
&ang tiak
&ang
#e#ungkinkan
#un*u" paa
inisia"isasi
popu"asi. K!o#oso# anak i#utasi engan #ena#+ahkan ni"ai !ano# &ang sangat ke*i" 3uku!an
"angkah
#utasi5
engan
p!o+a+i"itas &ang !enah. Pe"uang #utasi 3p5 ie2nisikan # se+agai pe!sentasi a!i 0u#"ah tota" gen paa popu"asi &ang #enga"a#i #utasi. Pe"uang #utasi #engena"ikan +an&akn&a gen +a!u pe"uang
&ang akan #utasi
i#un*u"kan
te!"a"u
ke*i"
untuk
+an&ak
gen
ie,a"uasi. &ang
Jika
#ungkin
+e!guna tiak pe!nah ie,a"uasi. Tetapi +i"a pe"uang #utasi ini te!"a"u
+esa!
#aka
akan
te!"a"u
+an&ak gangguan
a*ak
1D?
ARTIFICIAL INTELLIGENCE
sehingga anak akan kehi"angan ke#i!ipan a!i inukn&a an 0uga
a"go!it#a
kehi"angan
ke#a#puan
untuk
+e"0a!
a!i
histo!i pen*a!ian. Aa +e+e!apa penapat #engenai "a0u #utasi ini. Aa &ang +e!penapat +ah9a "a0u #utasi se+esa! 16n akan #e#+e!ikan hasi" &ang *ukup +aik. Aa 0uga &ang +e!anggapan +ah9a "a0u #utasi tiak te!gantung paa uku!an popu"asin&a. K!o#oso# hasi" #utasi ha!us ipe!iksa apakah #asih +e!aa paa o#ain so"usi an +i"a pe!"u +isa i"akukan pe!+aikan
Ga"(ar 9.9 0iara" alir !r#&e& "uta&i
Paa
'a#+a!
p!o+a+i"itas
.
#utasi
ii"ust!asikan paa
iag!a#
p!oses
a"i!
#utasi.
pengunaan P!oses
&ang
ii"ust!asikan te!se+ut aa"ah *a!a #uah untuk #e"akukan
1D
ARTIFICIAL INTELLIGENCE
#utasi. P!oses #utasi &ang i"akukan tiak ha!us sepe!ti paa
p!oses te!se+ut.
#e"akukan
#utasi
P!oses
paa
gen
&ang
"ain
+isa
engan
se+an&ak p!o+a+i"itas #utasi
0u#"ah gen i#ana posisi gen &ang akan i"akukan #utasi ipi"ih se*a!a a*ak.
1. Mutasi 8ine!
#engganti
satu
atau
+e+e!apa
ni"ai
gen
a!i
k!o#oso#. Langkah%"angkah #utasi ini aa"ah: Hitung 0u#"ah gen paa popu"asi 3pan0ang k!o#oso# ika"ikan engan uku!an
popu"asi5. Pi"ih se*a!a a*ak gen &ang akan i#utasi.
Tentukan k!o#oso# a!i gen &ang te!pi"ih untuk i#utasi.'anti ni"ai gen 3> ke 1 atau 1 ke >5 a!i k!o#oso# &ang akan i#utasi te!se+ut.
$. Mutasi K!o#oso# Pe!#utasi
Gambar 9.10 Proses dan hasil mutasi
17>
ARTIFICIAL INTELLIGENCE
. Eliti&"e Paa pen&e"eksian k!o#oso# i"akukan engan !ano# sehingga tiak aa 0a#inan +ah9a suatu ini,iu +e!ni"ai
ftness
te!tinggi akan se"a"u te!pi"ih #ungkin sa0a ini,iu te!se+ut akan !usak 3ni"ai
ftness%n&a
#enu!un5 ka!ena p!oses pinah si"ang.
Untuk #en0aga aga! ini,iu +e!ni"ai ftness te!se+ut tiak hi"ang se"a#a e,o"usi #aka pe!"u i+uat satu atau +e+e!apa kopin&a. P!oseu! ini ise+ut engan e"itis#e.
LATIHAN Suatu pe!#asa"ahan tentang peta +e!9a!na #e"iputi penentuan 9a!na +agi ae!ah i peta see#ikian sehingga ae!ah &ang +e!ekatan tiak #e#i"iki 9a!na &ang sa#a.
171