Artificial Neural Network (ANN)

Artificial Neural Network (ANN)

Pengenalan Neural Network

Cakupan cabang ilmu kecerdasan buatan atau Artificial Intelegen sangat luas, dan erat kaitannya dengan disiplin ilmu yang lainnya. Hal tersebut dapat dilihat dari banyaknya aplikasi yang dibuat berdasarkan hasil dari kombinasi berbagai ilmu. Sama halnya dengan peralatan medis yang digunakan berbentuk aplikasi. Sudah berkembang banyak aplikasi yang dibuat dari hasil perpaduan ilmu kecerdasan buatan dan ilmu kedokteran atau ilmu biologi.

Neural Network masuk ke dalam kategori ilmu Soft Computing. Neural Network sebenarnya mengambil konsep dari kemampuan otak manusia yang mampu memberikan suatu stimulasi atau suatu rangsangan, melakukan proses, dan memberikan output. Output diperoleh melalui berbagai stimulasi dan proses yang terjadi dalam otak manusia. Misal, terjadi pada anak-anak, mereka dapat belajar untuk melakukan pengenalan meskipun mereka tidak mengetahui algoritma yang digunakan. Kekuatan otak manusia yang luar biasa ini merupakan sebuah keunggulan dalam kajian ilmu pengetahuan.

Beberapa fungsi dari Neural Network adalah:

  • Mengelompokan pola
  • Memetakan pola yang didapat dari input ke dalam output dalam bentuk pola yang baru
  • Menyimpan pola yang akan dipanggil kembali
  • Memetakan pola-pola yang sejenis
  • Mengoptimasi permasalahan
  • Membuat prediksi

Sejarah Neural Network

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

McCulloch & Pitts, penemu pertama Neural Network
Gambar 1 McCulloch & Pitts, penemu pertama Neural Network

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

Perceptron
Gambar 2 Perceptron

Keberhasilan perceptron dalam pengklasifikasian pola tertentu ini tidak sepenuhnya sempurna, masih ditemukan juga beberapa keterbatasan didalamnya. Perceptron tidak mampu untuk menyelesaikan permasalahan XOR (exclusive-OR). Penilaian terhadap keterbatasan neural network ini membuat penelitian di bidang ini sempat mati selama kurang lebih 15 tahun. Namun demikian, perceptron berhasil menjadi sebuah dasar untuk penelitian-penelitian selanjutnya di bidang neural network. Pengkajian terhadap neural network mulai berkembang lagi selanjutnya di awal tahun 1980-an. Para peneliti banyak menemukan bidang interest baru pada domain ilmu neural network. Penelitian terakhir diantaranya adalah mesin Boltzmann, jaringan Hopfield, model pembelajaran kompetitif, multilayer network, dan teori model resonansi adaptif.

Untuk saat ini, Neural Network sudah dapat diterapkan pada beberapa task, diantaranya classification, recognition, approximation, prediction, clusterization, memory simulation dan banyak task-task berbeda yang lainnya, dimana jumlahnya semakin bertambah seiring berjalannya waktu.

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.

    Struktur Neuron pada otak manusia
    Gambar 3 Struktur Neuron pada otak manusia

    Dari gambar di atas, dapat 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 Neurol 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.

    Struktur ANN
    Gambar 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 nilai threshold, 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.

  3. Arsitektur ANN

    Setiap neuron dapat memiliki beberapa masukan dan mempunnyai satu keluaran. Jalur masukan pada suatu neuron bisa berisi data mentah atau data hasil olahan neuron sebelumnya. Sedangkan hasil keluaran suatu neutron dapat berupa hasil akhir atau berupa bahan masukkan bagi neutron berikutnya. Jaringan neuron buatan terdiri atas kumpulan grup neuron yang tersusun dalam lapisan. Gambar di bawah ini menunjukkan struktur umum jaringan syaraf buatan yang bersifat feedfordward(data proses pada satu arah).

    Arsitektur ANN
    Gambar 5 Arsitektur ANN

Salah satu contoh adalah :

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.

Kesimpulan

Artificial Neuron Network (Jaringan Syaraf Tiruan) [ANN] adalah system kmputasi dimana arsitektur dan operasinya diambil dari pengetahuan tentang sel syaraf biologi dalam otak manusia, ANN merupakan model yang meniru cara kerja jaringan neural biologis. Otak manusia (juga hewan) terdiri atas sel-sel yang disebut neuron, dibandingkan dengan sel-sel lain yang selalu memproduksi dirinya sebelum akhirnya mati, neuron memiliki keistimewaan, yaitu tidak pernah mati. Hal ini menyebabkan informasi yang tersimpan di dalamnya dapat bertahan. Otak manusia merupakan kumpulan dari jaringan-jaringan neuron, kecepatan proses setiap jaringan ini sebenarnya jauh leih kecil dibandingkan dengan kecepatan proses computer yang ada saat ini. Namun karena otak terdiri atas jutaan jaringan yang bekerjasama secara pararel (simultan), maka otak dapat menyelesaikan pekerjaan yang jauh lebih kompleks dibandingkan dengan apa yang dapat dikerjakan oleh komputer yang semata-mata hanya mengandalkan kecepatan. Struktur pemrosesan paralel ini merupakan bagian lain yang menarik dari jaringan neural, yang juga dapat ditiru untuk diimplementasikan pada computer.

Referensi:

  • http://socs.binus.ac.id/2012/07/26/konsep-neural-network/
  • http://www.metode-algoritma.com/2013/06/jaringan-syaraf-tiruan-jst.html
loading...