BAB 2 LANDASAN TEORI Graf Definisi Graf

Transkripsi

1 BAB 2 LANDASAN TEORI 2.1. Graf Definisi Graf Teori Graf merupakan suatu diagram yang memuat informasi tertentu jika diinterpretasikan secara tepat. Dalam kehidupan sehari-hari graf digunakan untuk mengambarkan berbagai macam struktur yang ada. Tujuannya adalah sebagai visualisasi objek-objek agar lebih mudah dimengerti. Beberapa contoh graf yang sering dijumpai, antara lain struktur organisasi, bagan alir, pengambilan mata kuliah, peta, rangkaian listrik, dan lain-lain (Hendardi, A. 2012). Banyak sekali struktur yang bisa dipresentasikan dengan graf, dan banyak masalah yang bisa diselesaikan dengan graf. Sering kali graf digunakan untuk mempresentasikan suatu jaringan. Misalkan jaringan jalan raya dengan kota sebagai simpul (vertex) dan jalan yang menghubungkan setiap kota sebagai sisi (edge) dan bobotnya (weight) adalah panjang dari jalan tersebut. Secara matematis graf mendefinisikan sebagai pasangan himpunan (V, E), ditulis dengan notasi G= (V, E), yang dalam hal ini V adalah himpunan tidak kosong dari simpulsimpul (vertex atau node) dan E adalah himpunan sisi (edge) yang menghubungkan sepasang simpul (Munir, R. 2009) Simpul (vertex) pada graf dapat dinyatakan dengan huruf, bilangan atau gabungan keduanya. Sedangkan sisi-sisi yang menghubungkan simpul u dengan simpul v dinyatakan dengan pasangan (u, v) atau dinyatakan dengan lambang ee 1, ee 2, ee 3 dan seterusnya Teori Dasar Graf Graf G didefinisikan sebagai pasangan himpunan (V,E), ditulis dengan notasi G=(V,E), yang dalam hal ini V adalah himpunan tidak kosong dari simpul-simpul dan E adalah himpunan sisi yang menghubungkan sepasang simpul (Munir, R. 2005). Garis yang hanya berhubungan dengan satu titik ujung disebut loop. Dua garis berbeda yang menghubungkan titik yang sama disebut garis paralel. Dua titik dikatakan berhubungan (adjacent) jika garis menghubungkan keduanya. Titik yang tidak memiliki

2 garis yang berhubungan dengannya disebut titik terasing (isolating point). Graf yang tidak memiliki titik (sehingga tidak mewakili garis) disebut garis kosong. Jika semua garisnya berarah, maka grafnya disebut graf berarah (directed graph), atau sering disingkat digraph. Jika semua garisnya tidak berarah, maka grafnya disebut graf tak berarah (undirected graph). Sehinga dapat ditinjau dari arahnya, graf dapat dibagi menjadi dua yaitu graf berarah dan graf tidak berarah Graf Berarah (Directed Graf = Digraph) Pada graf berarah, arah sisi/urutan ikut diperhatikan. Dalam suatu graf, lintasan (path) adalah urutan simpul, atau sisi yang dibentuk untuk bergerak dari satu simpul ke simpul yang lain. Dalam graf berarah, titik akhir dari sebuah busur akan menjadi titik awal dari busur berikutnya. Sirkuit adalah lintasan yang memiliki simpul awal dan akhir yang sama. Panjang lintasan adalah banyaknya sisi yang dilalui lintasan tersebut. Suatu Graf berarah G terdiri dari himpunan titik-titik V(G) {vv 1, vv 2, }, himpunan garis-garis E(G) {ee 1, ee 2, }, dan suatu fungsi yang mengawankan setiap garis dalam E(G) ke suatu pasangan berurutan titik (vv ii, vv jj ). Jika ee kk = (vv ii, vv jj ) adalah suatu garis dalam G, maka vv ii disebut titik awal ee kk dan vv jj disebut titik akhir ee kk. Arah garis adalah dari vv ii ke vv jj. Jumlah garis yang keluar dari titik vv ii disebut derajat keluar (out degree) titik vv ii yang disimbolkan dengan dd + (vv ii ), sedangkan jumlah garis yang menuju ke titik vv ii disebut derajat masuk (in degree) titik vv ii, yang disimbolkan dengan dd (vv ii ). Titik terasing adalah titik dalam G dimana derajat keluar dan derajat masuknya adalah 0. Titik pendant (tergantung) adalah titik dalam G dimana derajat masuk dan derajat keluarnya adalah 1. Dua garis berarah dikatakan paralel jika keduanya memiliki titik awal dan titik akhir yang sama. Contoh: V2 V1 e4 V3 e5 e6 e7 V6 e8 V5 V4 e9 Gambar 2.1 Graf Berarah

3 Tentukan: a. Himpunan titik-titik, himpunan garis-garis, dan fungsi perkawanan. b. Derajat masuk dan derajat keluar tiap titik. c. Titik terasing dan titik pendant. d. Garis paralel. Penyelesaian: a. V(G) = { vv 1, vv 2, vv 3, vv 4, vv 5, vv 6 } E(G) = { ee 1, ee 2, ee 3, ee 4, ee 5, ee 6, ee 7, ee 8, ee 9 } Fungsi mengawankan garis-garis dengan pasangan titik-titik berikut ee 1 dengan (vv 1, vv 2 ) ee 2 dengan (vv 4, vv 1 ) ee 3 dengan (vv 1, vv 4 ) ee 4 dengan (vv 1, vv 3 ) ee 5 dengan (vv 3, vv 3 ) ee 6 dengan (vv 3, vv 4 ) ee 7 dengan (vv 3, vv 5 ) ee 8 dengan (vv 5, vv 4 ) ee 9 dengan (vv 5, vv 4 ) b. dd + (vv 1 ) = 3 dd (vv 1 ) = 1 dd + (vv 2 ) = 0 dd (vv 2 ) = 1 dd + (vv 3 ) = 3 dd (vv 3 ) = 2 dd + (vv 4 ) = 1 dd (vv 4 ) = 4 dd + (vv 5 ) = 2 dd (vv 5 ) = 1 dd + (vv 6 ) = 0 dd (vv 6 ) = 0 Dapat dilihat bahwa dalam setiap graf berarah, ii dd + (vv ii ) = ii dd (vv ii ) c. Titik terasing adalah vv 6. Titik pendant vv 2. d. Garis paralel adalah ee 8 dan ee 9, dapat dilihat bahwa ee 2 dan ee 3 bukanlah garis paralel karena arahnya berbeda Path Berarah dan Sirkuit Berarah Pengertian walk, path, dan sirkuit dalam graf berarah sama dengan walk, path dan sirkuit dalam graf tak berarah. Hanya saja dalam graf berarah, perjalanan yang dilakukan harus

4 mengikuti arah garis. Untuk membedakan dengan graf tak berarah, maka walk, path berarah, dan sirkuit dalam graf berarah disebut walk berarah, path berarah, dan sirkuit berarah. Suatu graf berarah yang tidak memuat sirkuit berarah disebut Asiklik (Siang, J.J. 2009). Contoh: Ada 4 macam golongan darah, masing-masing A, B, AB, dan O. Darah golongan O dapat diberikan kepada semua golongan. Darah golongan A dan B dapat diberikan ke golongannya sendiri atau ke golongan O. Darah golongan AB hanya dapat diberikan pada pasien dengan golongan darah AB. Gambarkan graf berarah untuk menyatakan keadaan tersebut. Anggaplah garis dari vv ii ke vv jj menyatakan bahwa darah dari vv ii dapat diberikan pada vv jj. Apakah graf Asiklik? Penyelesaian: Graf berarah menyatakan keadaan transfusi darah yang mungkin dilakukan. Dapat dilihat bahwa dalam graf berarah tersebut tidak ada sirkuit berarah sehingga grafnya Asiklik. AB A B O Gambar 2.2 Path berarah Graf Berarah Terhubung Suatu graf tak berarah disebut terhubung jika ada walk yang menghubungkan setiap dua titiknya. Pengertian itu berlaku juga bagi graf berarah. Berdasarkan arah garisnya, dalam graf berarah dikenal dua jenis keterhubungan, yaitu terhubung kuat dan terhubung lemah. Misalkan G adalah suatu graf berarah dan v, w adalah sembarang 2 titik dalam G. G disebut terhubung kuat jika ada path berarah dari v ke w. G disebut terhubung lemah, jika G tidak terhubung kuat, tetapi graf tak berarah yang bersesuaian dengan G terhubung.

5 Contoh: Manakah di antara graf-graf pada Gambar 2.3.yang terhubung kuat dan yang terhubung lemah? V1 V1 e4 e4 V2 e5 V3 e6 V4 V2 e5 V3 e6 V4 GG 1 GG 2 Gambar 2.3 Graf berarah terhubung Penyelesaian: Dalam GG 1, setiap dua titik dapat dihubungkan dengan path berarah sehingga graf berarah GG 1 adalah graf terhubung kuat. Sebaliknya dalam GG 2, tidak ada path berarah yang menghubungkan vv 4 ke vv 3. Akan tetapi, jika semua arah garis dihilangkan (sehingga GG 2 menjadi graf tidak berarah), maka GG 2 merupakan graf yang terhubung. Jadi, GG 2 merupakan graf terhubung lemah Isomorfisma dalam Graf Berarah Pengertian isomorfisma dalam graf berarah sama dengan isomorfisma pada graf tak berarah. Hanya saja pada isomorfisma graf berarah, korespondensi dibuat dengan memperhatikan arah garis. Contoh Tunjukkan bahwa graf GG 1 pada Gambar 2.4 isomorfis dengan GG 2, sedangkan GG 3 tidak isomorfis dengan GG 1 V1 V2 V1 V1 V2 V3 V3 V4 G1 V5 V2 V3 G2 V4 V5 V4 G3 V5 Gambar 2.4 Isomofisma dalam Graf Berarah

6 Penyelesaian: Untuk membuktikan bahwa GG 1 isomorfis dengan GG 2, maka harus dibuat fungsi g : V(GG 1 ) V(GG 2 ) dan h : E(GG 1 ) E(GG 2 ) yang mempertahankan titik-titik ujung serta arah garis. Dalam GG 1, ada 4 garis yang keluar dari VV 3. Titik yang memiliki sifat seperti itu dalam GG 2 adalah titik vv 1, sehingga dibuat fungsi g sedemikian hingga g(vv 3 ) = vv 1, g(vv 1 ) = vv 2, g(vv 2 ) = vv 3, g(vv 5 ) = vv 4, dan g(vv 4 ) = vv 5 fungsi h adalah sebagai berikut: h ((vv 1, vv 2 )) = (vv 2, vv 3 ) ; h ((vv 2, vv 5 )) = (vv 3, vv 4 ) h ((vv 5, vv 4 )) = (vv 4, vv 5 ) ; h ((vv 4, vv 1 )) = (vv 5, vv 2 ) h ((vv 3, vv 1 )) = (vv 1, vv 2 ) ; h ((vv 3, vv 2 )) = (vv 1, vv 3 ) h ((vv 3, vv 5 )) = (vv 1, vv 4 ) ; h ((vv 3, vv 4 )) = (vv 1, vv 5 ) pada fungsi g dan h dapat dilihat bahwa GG 1 isomorfis dengan GG 2. Selanjutnya, akan dibuktikan bahwa GG 3 tidak isomorfis dengan GG 1. Dalam GG 3, ada garis (vv 1, vv 4 ) dan (vv 4, vv 1 ). Jika GG 1 isomorfis dengan GG 3, maka harus ada fungsi h GG 3 GG 1 demikian, sehingga h(vv 1, vv 4 ) dan h(vv 4, vv 1 ) merupakan garis-garis dalam GG 1 (dengan kata lain, ada titik vv ii dan vv jj dalam GG 1 demikian, sehingga ada garis dari vv ii ke vv jj dan dari vv jj ke vv ii ). Dalam GG 1 tidak ada garis seperti itu sehingga GG 3 tidak isomorfis dengan GG Graf Tak Berarah (Undirected Graph) Suatu graf G terdiri dari dua himpunan yang berhingga, yaitu himpunan simpul-simpul tak kosong (V(G)) dan himpunan jalur-jalur (E(G)). Jika semua jalurnya tidak berarah, maka grafnya disebut graf tak berarah (Siang, J.J. 2009) Graf Bipartite (Bipartite Graph) Suatu graf G disebut Graf Bipartite apabila V(G) merupakan gabungan dari dua himpunan tak kosong vv 1 dan vv 2 dan setiap garis dalam G menghubungkan suatu titik dalam vv 1 dengan titik dalam vv 3. Apabila dalam Graf Bipartite setiap titik dalam vv 1 berhubungan dengan setiap titik dalam vv 2, maka grafnya disebut Graf Bipartite lengkap. Jika vv 1 terdiri dari m titik dan vv 2 terdiri dari n titik, maka Graf Bipartite lengkapnya sering diberi simbol KK mm,nn.

7 Contoh : Tentukan mana di antara graf-graf pada Gambar 2.5 yang merupakan Graf Bipartite dan Bipartite Lengkap. e4 e5 e6 v3 (a) v4 v5 v3 (b) v4 v6 e6 v5 e5 v4 (c) e4 v3 v4 e5 e4 (d) v5 e6 v3 Gambar 2.5 Graf Bipartite Penyelesaian: a. Jelas bahwa titik-titik grafnya terbagi menjadi dua bagian, yaitu vv 1 = {vv 1, vv 2, vv 3 } dan vv 2 = {vv 4, vv 5 }. Setiap titik dalam vv 1 dihubungkan dengan setiap titik dalam vv 2 sehingga grafnya merupakan KK 3,2. b. Hanya merupakan Graf Bipartite saja karena titik-titik dalam graf terbagi menjadi dua bagian, yaitu vv 1 = {vv 1, vv 3 } dan vv 2 = {vv 2, vv 4 }. Akan tetapi tidak semua titik dalam vv 1 dihubungkan dengan semua titik dalam vv 2 (vv 1 tidak dihubungkan dengan vv 4 ). c. Dengan pengaturan letak titik-titiknya, maka graf gambar (c) dapat digambarkan sebagai graf. v3 e4 v4 e5 v5 e6 v6 Gambar 2.6 Graf Bipartite Tampak bahwa titik-titiknya terbagi menjadi dua bagian, yaitu vv 1 = {vv 1, vv 3, vv 5 } dan vv 2 = {vv 2, vv 4, vv 6 }. Setiap menghubungkan sebuah titik dalam vv 1 dengan sebuah titik dalam vv 2 sehingga grafnya merupakan Graf Bipartite. d. Bila dilihat bahwa meskipun tampil berbeda, sebenarnya graf pada Gambar 2.5 bagian (d) sama dengan graf pada Gambar 2.5 bagian (a) sehingga graf pada Gambar 2.5 bagian (d) adalah KK 3,2.

8 Posisi titik-titik dalam penggambaran graf kadang-kadang mempengaruhi pandangan, seperti halnya pada Gambar 2.5 bagian (c) dan (d). Dalam kedua graf tersebut, semua titik tampaknya terhubung dan tidak dapat dipisahkan walaupun kenyataannya tidaklah demikian. Oleh karena itu harus jeli dalam menentukan apakah suatu graf merupakan Graf Bipartite SubGraf Konsep subgraf sama dengan konsep himpunan bagian. Dalam teori himpunan, himpunan A dikatakan merupakan himpunan bagian B bila hanya setiap anggota A merupakan B. Oleh karena graf merupakan himpunan yang terdiri dari titik dan garis, maka H dikatakan subgraf G, jika semua titik dan garis H juga merupakan titik dan garis dalam G. Secara formal, subgraf dapat didefinisikan sebagai berikut. Misalkan G adalah suatu graf. Graf H dikatakn subgraf G bila dan hanya bila a. V(H) V(G) b. E(H) E(G) c. Setiap garis dalam H memiliki titik ujung yang sama dengan garis tersebut dalam G. Dari definisi tersebut ada beberapa hal yang dapat diturunkan 1. Sebuah titik dalam G merupakan subgraf G. 2. Sebuah garis dalam G bersama-sama dengan titik-titik ujungnya merupakan subgraf G. 3. Dalam subgraf berlaku sifat transitif, jika H adalah subgraf G dan G adalah subgraf K, maka K adalah subgraf K. Contoh: Gambarlah semua Subgraf yang mungkin dibentuk dari graf G pada Gambar 2.7. Gambar 2.7 Sub Graf Penyelesaian: G terdiri dari dua titik dan dua garis. Subgraf G yang mungkin dibentuk terdiri dari satu atau dua titik dan 0, satu atau dua garis. Semua Subgraf G yang mungkin dibuat dapat digambarkan sebagai berikut:

9 Jumlah garis = 0 Jumlah garis = 1 Jumlah garis = 2 Gambar 2.8 Sub-Graf dari Gambar Derajat (Degree) Misalkan v adalah titik dalam suatu graf G. derajat titik v (simbol d(v)) adalah jumlah garis yang berhubungan dengan titik v dan garis suatu loop dihitung dua kali. Derajat total G adalah jumlah derajat semua titik dalam G. Contoh: Tentukan derajat tiap-tiap titik dalam graf pada Gambar 2.9. Berapa derajat totalnya v3 e4 v5 v4 v6 e5 Gambar 2.9 Derajat (Degree) Penyelesaian: d (vv 1 ) = 4 garis yang berhubungan dengan vv 1 adalah ee 2, ee 3 dan loop ee 1 yang dihitung dua kali.

10 d (vv 2 ) = 2 garis yang berhubungan dengan vv 2 adalah ee 2 dan ee 3. d (vv 3 ) dan d (vv 5 ) = 1 karena garis yang berhubungan dengan vv 3 dan vv 5 adalah ee 4. d (vv 4 ) = 2 garis yang berhubungan dengan vv 4 adalah loop ee 5 yang dihitung dua kali. d (vv 6 ) = 0 karena tidak ada garis yang berhubungan dengan vv 6. 6 Derajat total = ii=1 dd (vv ii ) = = Path dan Sirkuit Misalkan G adalah suatu graf. Misalkan pula v dan w adalah dua titik dalam G. Suatu Walk dari v dan w adalah barisan titik-titik berhubungan dan garis secara berselang-selang, diawali dari titik v dan diakhiri pada titik w. Walk dengan panjang n dan v ke w dituliskan sebagai berikut vv 0 ee 1 vv 1 ee 2 vv 2 vv nn 1 ee nn vv nn dengan vv 0 = v, vv nn = w, vv jj 1, dan vv ii adalah titik-titik ujung garis ee jj. Path dengan panjang n dari v ke w adalah walk dari v ke w yang semua garisnya berbeda. Path dari v ke w dituliskan sebagai v = vv 0 ee 1 vv 1 ee 2 vv 2 vv nn 1 ee nn vv nn = w dengan ee ii w untuk i j. Walk v w v = v0 vn-1 en vn = w vj-1 dan vi adalah titik-titik ujung garis ei Semua garis berbeda Path v w Semua titik berbeda Titik awal dan akhir Sama (v0 = vn) Path sederhana v w Sirkuit Titik awal dan akhir Sama (v0 = vn) Semua titik berbeda Kecuali v0 = vn Sirkuit sederhana Gambar 2.10 Bagan Alur Path dan Sirkuit Path sederhana dengan panjang n dan v ke w adalah path dari v ke w berbentuk v = vv 0 ee 1 vv 1 ee 2 vv 2 vv nn 1 ee nn vv nn = w dengan ee ii w untuk i j dan vv kk vv mm untuk k m. Sirkuit dengan panjang n adalah path yang dimulai dan diakhiri pada titik yang sama. Sirkuit adalah path yang berbentuk v = vv 0 ee 1 vv 1 ee 2 vv 2 vv nn 1 ee nn vv nn = w dengan vv 0 = vv nn. Sirkuit sederhana dengan panjang n adalah Sirkuit yang semua titiknya berbeda. Sirkuit sederhana berbentuk v = vv 0 ee 1 vv 1 ee 2 vv 2 vv nn 1 ee nn vv nn = w dengan ee ii ee jj untuk i j dan vv kk vv mm untuk k m, kecuali vv 0 = vv nn.

11 Sirkuit Euler Sirkuit Euler adalah Sirkuit yang melalui tiap sisi dalam graf tepat satu kali (Siang, J.J. 2009) Untuk mengenang ahli matematika Leonhard Euler yang berhasil memperkenalkan graf untuk memecahkan masalah tujuh jembatan Koningsberg pada tahun Kota Koningberg dibangun pada pertemuan dua cabang sungai Pregel. Kota tersebut terdiri dari sebuah pulau di tengah-tengah dan tujuh jembatan yang mengelilinginya. Gambar 2.11 Jembatan Konigsberg Graf Terhubung dan Tidak Terhubung Misalkan G adalah suatu Graf. Dua titik v dan w dalam G dikatakan terhubung hanya ada walk dari v ke w. Graf G dikatakan terhubung bila hanya setiap dua titik dalam G terhubung. Graf G dikatakan tidak terhubung bila ada dua titik dalam G yang tidak terhubung. Contoh Tentukan mana di antara graf pada Gambar 2.12 yang merupakan Sirkuit Euler. carilah rute perjalanan kelilingnya v3 4 e4 e5 v4 e6 v5 v6 v6 e4 v5 e4 v e8 e7 v5 e6 e5 v3 e8 e7 e6 e5 v9 3 2 v8 v7 v4 e9 (a) Gambar 2.12 Graf terhubung dan Graf tak terhubung (b) v4 (c)

12 Penyelesaian: a. d(vv 2 ) = d(vv 3 ) = d(vv 4 ) = d(vv 6 ) = d(vv 10 ) = 2 d(vv 5 ) = 4 d(vv 7 ) = d(vv 8 ) = d(vv 9 ) = 3 d(vv 1 ) = 5 karena ada titik yang berderajat ganjil, maka (a) bukanlah Sirkuit Euler. b. Meskipun semua titiknya berderajat dua (genap), tetapi grafnya tidak terhubung. Jadi, (b) bukanlah Sirkuit Euler. c. d(vv 1 ) = d(vv 3 ) = 2 d(vv 2 ) = d(vv 4 ) = d(vv 5 ) = 4 karna graf (c) terhubung dan semua titiknya berderajat genap, maka (c) merupakan Sirkuit Euler Sirkuit Hamilton Suatu graf terhubung G disebut Sirkuit Hamilton bila ada sirkuit yang mengunjungi setiap titiknya tepat satu kali kecuali titik awal yang sama dengan titik akhirnya. Perhatikan perbedaaan Sirkuit Euler dan Sirkuit Hamilton. Dalam Sirkuit Euler, semua garis harus dilalui tepat satu kali, sedangkan semua titiknya boleh dikunjungi lebih dari satu kali. Sebaliknya, dalam Sirkuit Hamilton semua titik harus dikunjungi tepat satu kali dan tidak harus melalui semua garis. Dalam Sirkuit Euler, yang dipentingkan adalah garisnya. Sebaliknya dalam Sirkuit Hamilton, yang dipentingkan adalah kunjungan pada titiknya(munir, R. 2009) Representasi Graf dalam Matriks Matriks dapat digunakan untuk menyatakan suatu graf. Hal itu sangat membantu untuk membuat program komputer yang berhubungan dengan graf. Dengan menyatakan graf sebagai suatu matriks, maka perhitungan-perhitungan yang diperlukan dapat dilakukan dengan mudah. Kesulitan utama dalam mempresentasikan graf dalam suatu matriks adalah keterbatasan matriks untuk mencakup semua informasi yang ada dalam graf. Akibatnya, ada bermacam-macam matriks untuk menyatakan suatu graf tertentu. Tiap-tiap matriks

13 tersebut memiliki keuntungan yang berbeda-beda saat menyaring informasi yang dibutuhkan pada graf Representasi Graf Tak Berarah dalam Matriks Matriks Hubung Matriks Hubung (Adjacency Matrix) digunakan untuk menyatakan graf dengan cara menyatakannya dalam jumlah garis yang menghubungkan titik-titiknya. Jumlah baris (kolom) matriks hubung sama dengan jumlah titik dalam graf. Misalkan G adalah graf tak berarah dengan titik-titik vv 1, vv 2, vv nn ( n berhingga). Matriks hubung yang sesuai dengan graf G adalah matriks A = (aa iiii ) dengan aa iiii = jumlah garis yang menghubungkan titik vv ii dengan titik vv jj, i, j = 1, 2,, nn Matriks Biner Misalkan G adalah graf tanpa loop dengan n titik vv 1, vv 2,, vv nn dan k garis ee 1, ee 2, ee kk. Matriks Biner yang sesuai dengan graf G adalah matriks A berukuran n x k yang elemennya adalah aa iiii 1 jika titik v i berhubungan dengan garis e j 0 jika titik v i tidak berhubungan dengan garis e j Nama Matriks Biner diambil dari sifat matriks yang hanya berisi bilangan 0 atau 1 saja. Matriks Biner kadang-kadang disebut matriks (0-1) atau matriks insidensi (incidence matrix) Matriks Sirkuit Misalkan G adalah graf yang memuat q buah sirkuit sederhana dan e buah garis. Matriks sirkuit A = (aa iiii ) yang bersesuaian dengan G adalah matriks yang terdiri dari q baris dan e kolom dengan elemen. aa iiii 1 jika sirkuit ke-i memuat garis ke-j 0 jika sirkuit ke-i tidak memuat garis ke-j

14 Representasi Graf Berarah dalam Matriks Cara menyatakan graf berarah dalam matriks sebenarnya tidak jauh berbeda dengan cara menyatakan graf tak berarah dalam suatu matriks. Perbedaannya hanya terletak pada keikutsertaan informasi tentang arah garis yang terdapat dalam graf berarah Matriks Hubung Matriks Hubung untuk menyatakan suatu graf berarah banyak dipakai dalam berbagai disiplin ilmu berbeda-beda sehingga nama yang dimiliki berbeda-beda pula. Dalam Teori Otomata, matriks hubung dikenal dengan nama matriks transisi, yang dalam konsep relasi disebut matriks relasi dalam jaringan disebut matrik koneksi, dan lain-lain. Misalkan G adalah graf berarah yang terdiri dari n titik tanpa garis paralel. Matriks Hubung yang sesuai dengan graf G adalah matriks bujur sangkar n x n, A = (aa iiii ) dengan aa iiii 1 jika ada garis v i ke titik v j 0 jika tidak ada garis v i ke titik v j Matriks Sirkuit Untuk menyatakan graf berarah ke dalam Matriks Sirkuit, perlu diperhatikan arah garis pembentuk sirkuitnya. Misalkan G adalah graf berarah dengan e buah garis dan q buah sirkuit atau Sirkuit Berarah. Sembarang arah orientasi (searah/berlawanan dengan arah jarum jam) diberikan ke tiap-tiap sirkuit. Matriks Sirkuit yang bersesuaian dengan graf G adalah matriks A = (aa iiii ) dengan aa iiii 1 jika sirkuit ke-i memuat garis ke-j dan arah garis ke-j sama dengan arah orientasi -1 jika sirkuit ke-i memuat garis ke-j dan arah garis ke-j berlawanan dengan arah orientasi 0 jika sirkuit ke-i tidak memuat garis ke-j Perbedaan Matriks Sirkuit untuk menyatakan graf berarah dan tidak berarah terletak pada tanda negatif pada elemen matriks, yang menyatakan bahwa garis yang

15 bersesuaian memiliki arah yang berlawanan dengan arah orientasi yang didefinisikan. Orientasi yang diberlakukan pada setiap sirkuit dapat dibuat sembarang sehingga suatu graf berarah dapat dinyatakan dengan beberapa Matriks Sirkuit yang berbeda 2.4. Algoritma Floyd-Warshall Algoritma Floyd-Warshall adalah sebuah algoritma analisis graf untuk mencari bobot minimum dari graf berarah. Algoritma Floyd-Warshall adalah matriks hubung graf berarah berlabel, dan keluarannya adalah path terpendek dari semua titik ke titik yang lain (Kamayudi, A. 2009). Dalam usaha untuk mencari path terpendek, Algoritma Warshall memulai iterasi dari titik awalnya kemudian memperpanjang path dengan mengevaluasi titik demi titik hingga mencapai titik tujuan dengan jumlah bobot yang seminimum mungkin. Misalkan WW 0 adalah matriks hubung graf berarah berlebel mula-mula. WW adalah matriks hubung minimal dengan WW iiii = path terpendek dari titik vv ii ke vv jj. [4] Algoritma Warshall untuk mencari path terpendek adalah sebagai berikut 1. W = WW 0 2. Untuk k = 1 hingga n, lakukan: Untuk i = 1 hingga n, lakukan Untuk j = 1 hingga n lakukan Jika W[i, j] > W[i, k] + W[k, j], maka Tukar W[i, j] dengan W[i, k] + W[k, j] 3 WW = W Dalam iterasinya untuk mencari path terpendek, Algoritma Warshall membentuk n matriks sesuai dengan iterasi-k. Hal ini menyebabkan waktu prosesnya lambat, terutama untuk n yang besar. Meskipun waktu prosesnya bukanlah yang tercepat, Algoritma Warshall sering dipergunakan untuk menghitung path terpendek karena kesederhanaannya. Program implementasinya Algoritma Warshall sangat mudah dibuat Algoritma Johnson Algoritma Johnson adalah dapat digunakan untuk graf yang berbobot negatif dan untuk menyelesaikan masalah lintasan terpendek di setiap titik ke semua titik lain. Langkah awal penyelesaian (Noviandi, E. 2012).

16 Algoritma Johnson adalah mengonstruksi graf yang baru dengan menambahkan graf baru pada graf dan memberi bobot sisi yang keluar dari titik baru tersebut dengan 0. Langkah selanjutnya adalah mencari lintasan terpendek dari titik baru ke semua titik lain. Lintasan Terpendek tersebut digunakan untuk mengubah bobot semua sisi pada graf baru agar bobot semula bernilai positif. Setelah itu dicari lintasan terpendek dari tiap titik ke semua titik lain dengan mengubah hasilnya dengan menggunakan hasil dari perhitungan berupa matriks. Dari matriks ini dapat diketahui panjang lintasan terpendek dari titik ke semua titik lain. Langkah Algoritma Johnson adalah sebagai berikut 1. Mengostruksi graf baru G, dengan cara menambahkan titik baru sehingga V = V + {s} dan E + {(s,v)v di V} 2. Setiap titik v di V 0 w (s, v) w (v, s) 3. Menjalankan Algoritma Bellman-Ford pada graf baru a. jika terdapat bobot negatif maka selesai b. jika tidak terdapat bobot negatif maka hitung d(s, v), v V 4. Setiap (u, v) di E W(u, v) = w(u, v) + d (s, v) d(s, v) 5. Setiap v di V, dijalankan Algoritma Djikstra untuk menghitung d(u, v) 6. D = d(u, v) 7. Setiap (u, v) di V ; d(u, v) = d(u, v) + d(sv) d(s, u) 8. D = d(u, v) Keterangan w(s,v) = bobot sisi dari s ke v. d(s,v) = panjang lintasan terpendek dari s ke v. w(u,v) = bobot sisi baru dari u ke v. d(u,v) = panjang lintasan terpendek dari u ke v dan yang dihutung adalah bobot sisi baru (w). d(u,v) = panjang lintasan terpendek dari u ke v. D = matriks hasil perhitungan lintasan terpendek dari tiap-tiap pasangan titik dan bobot sisi yang digunakan adalah w. D = matriks hasil akhir dari perhitungan.

17 Dalam Algoritma Johnson terdapat dua Algoritma untuk penyelesainnya, yaitu Algoritma Bellman-Ford dan Algoritma Djikstra Algoritma Bellman-Ford Algoritma Bellman-Ford menghitung jarak terpendek (dari satu sumber) pada sebuah graf berbobot. Maksudnya dari satu sumber ialah bahwa ia menghitung semua jarak terpendek yang berawal dari satu vertex. Algoritma Dijkstra dapat lebih cepat mencari hal yang sama dengan syarat tidak ada (edge) yang berbobot negatif, maka Algoritma Bellman-Ford hanya digunakan jika ada sisi berbobot negatif Algoritma Dijkstra Algoritma Dijkstra ditemukan oleh Edsger W. Dijkstra yang merupakan salah satu varian bentuk algoritma populer dalam pemecahan persoalan yang terkait dengan masalah optimasi dan bersifat sederhana. Algoritma ini menyelesaikan masalah untuk mencari lintasan terpendek ( sebuah lintasan yang mempunyai panjang minimum) dari vertex a ke vertex z dalam graf berbobot, bobot tersebut adalah bilangan positif jadi tidak dapat dilalui oleh vertex negatif. Dalam mencari solusi, Algoritma Dijkstra menggunakan prinsip greedy, yaitu mencari solusi optimum pada setiap langkah yang dilalui dengan tujuan untuk mendapatkan solusi optimum pada langkah selanjutnya yang akan mengarah pada solusi terbaik. Algoritma ini mencari panjang lintasan terpendek dari vertex a ke z dalam sebuah graf berbobot. Langkah-langkah dalam menentukan lintasan terpendek pada Algoritma Dijkstra yaitu: 1. Pada awalnya pilih vertex dengan bobot yang terendah dari vertex yang belum dipilih, diinisialisasikan dengan 0 dan yang sudah terpilih diinisialisasikan dengan Bentuk tabel yang terdiri dari vertex, status, bobot. Lengkapi kolom bobot yang diperoleh dari jarak vertex sumber ke semua vertex yang langsung terhubung dengan vertex sumber tersebut. 3. Jika vertex sumber ditemukan maka tetapkan sebagai vertex terpilih. 4. Tetapkan vertex terpilih dengan label permanen dan perbaharui vertex yang langsung terhubung.

18 5. Tentukan vertex sementara yang terhubung pada vertex yang sudah terpilih sebelumnya dan merupakan bobot terkecil dilihat dari tabel dan tentukan sebagai vertex terpilih berikutnya. 6. Apakah vertex yang terpilih merupakan vertex tujuan? Jika ya, maka kumpulan vertex terpilih merupakan rangkaian yang menunjukkan lintasan terpendek. 7. Begitu seterusnya hingga semua vertex terpilih JAVA Java adalah bahasa pemrograman yang bersifat open source yang dikembangkan oleh Sun Microsistems sejak tahun 1991 (Hakim,R. & Ir.Sutarno, M.Si. 2009). Bahasa ini dikembangkan dengan model yang mirip dengan bahasa C++ dan Smalltalk, namun dirancang agar lebih mudah dipakai dan platform independent, yaitu dapat dijalankan di berbagai jenis sistem operasi dan arsitektur komputer. Java sendiri merupakan bahasa pemrograman yang berbasis objek, maksudnya adalah semua aspek yang terdapat pada Java adalah objek, sehingga memudahkan untuk mendesain, membuat dan mengembangkan program Java dengan cepat. Kelebihan ini membuat program Java menjadi mudah untuk digunakan oleh banyak orang. Pada Tahun 1996, Sun Microsistems secara resmi merilis versi awal Java yang kemudian terus berkembang hingga muncul JDK 1.1 (Java Development Kit versi 1.1). Perkembangan terus dilakukan hingga muncul versi baru yang disebut Java 2. Perubahan utama antara versi sebelumnya adalah adanya Swing yang merupakan teknologi Graphical User Interface (GUI) yang mampu menghasilkan aplikasi desktop yang benar-benar baik. Dalam penelitian ini penulis menggunakan Java versi The Java 2 Platform, Standart Edition (J2SE) yang merupakan Teknologi Java edisi standar, yang digunakan untuk penerapan Teknologi Java pada komputer desktop. Versi ini menyediakan lingkungan pengembangan yang kaya fitur, stabil, aman dan mendukung konektivitas basis data, rancangan antarmuka pemakai, masukan/keluaran, dan pemrograman jaringan UML (Unified Modeling Language) Unified Modeling Language (UML) tidak mendefinisiskan proses standar tetapi dimaksudkan untuk menjadi berguna dengan proses perkembangan berulang (Dharwiyanti,

19 S & R.S. Wahyono. 2003). Hal ini dimaksudkan untuk mendukung proses perkembangan dengan Object Oriented. UML menyimpan informasi tentang struktur statis dan perilaku dinamis suatu sistem. Perilaku Dinamis mendefinisikan sejarah objek dari waktu ke waktu dan komunikasi antara objek-objek untuk mencapai tujuan. UML terdiri atas pengelompokan diagram-diagram sistem menurut aspek atau sudut pandang tertentu. Diagram adalah yang menggambarkan permasalahan maupun solusi dari permasalahan suatu model. UML mempunyai 13 diagram, diantaranya Use Case Diagram, Class Diagram, Package Diagram, Object Diagram, Sequence Diagram, Collaboration Diagram, StatiChart Diagram, Activity Diagram, Deployment Diagram, Component Diagram, Composite Structure Diagram, Interaction Overview Diagram, Timing Diagram. Tetapi yang sering digunakan adalah Use Case Diagram, Activity Diagram, Sequence Diagram, dan Class Diagram Use Case Diagram (Diagram Pengguna Keadaan) Use Case Diagram menggambarkan fungsionalitas yang diharapkan dari sebuah sistem. Dalam pembuatan Use Case Diagram, yang ditekankan adalah apa yang diperbuat sistem, dan bukan bagaimana. Sebuah Use Case mempresentasikan sebuah interaksi antara aktor dengan sistem. Berikut beberapa simbol yang digunakan pada Use Case Diagram di antaranya terdapat pada Tabel 2.1. Tabel 2.1 Simbol Pada Use Case Diagram Simbol Nama Simbol Kegunaan Sebagai subjek yang Aktor berinteraksi atau menggunakan sistem Sebagai kegiatan yang dapat Use Case Use Case dilakukan oleh pengguna pada sistem Sebagai penghubung antara Asosiasi aktor dan Use Case yang dilakukan Sebagai penghubung antara Include Use Case yang membutuhkan Use Case << include >> yang lain Sistem Sistem Sebagai cakupan Wilayah Sistem

20 Activity Diagram (Diagram Aktivitas) Activity Diagram menggambarkan berbagai alur aktivitas dalam sistem yang sedang dirancang, bagaimana masing-masing alur berawal, decision yang mungkin terjadi, dan bagaimana mereka berakhir. Sebuah aktivitas dapat direalisasikan oleh satu Use Case atau lebih. Aktivitas menggambarkan proses yang berjalan, sementara Use Case menggambarkan bagaimana aktor menggunakan sistem untuk melakukan aktivitas. Berikut ini beberapa simbol yang digunakan pada Activity diagram dapat dilihat pada Tabel 2.2. Tabel 2.2 Simbol pada Activity Diagram Simbol Nama Simbol Kegunaan Inisial node Awal aktivitas Action Final Node Action Control Flow Decision Exception handler Akhir Aktivitas Sebagai aktivitas yang dilakukan oleh sistem Sebagai penghubung urutan aktivitas Merupakan aktivitas pengecekan kondisi Menunjukkan kondisi pengecualian apabila suatu action tidak dapat dilakukan Class Diagram (Diagram Kelas) Class adalah sebuah spesifikasi yang jika diinstansiasi akan menghasilkan sebuah objek dan merupakan inti dari pengembangan dan desain berorientasi objek. Class menggambarkan keadaan (atribut/property) suatu sistem, sekaligus menawarkan layanan untuk memanipulasi keadaan tersebut (metode/fungsi). Class Digram menggambarkan struktur dan deskripsi class, package, dan objek beserta hubungan satu sama lain seperti containment, pewarisan, asosiasi, dan lain-lain. Berikut ini beberapa simbol yang digunakan pesa Class Diagram. Dapat dilihat pada Tabel 2.3.

21 Tabel 2.3 Simbol Pada Class Diagram Simbol Nama Simbol Kegunaan Class Sebagai kelas yang digunakan pada sistem Class <<use>> Generalization Usage Menunjukkan hubungan inheritance antar kelas Menunjukkan hubungan penggunaan suatu kelas dengan kelas yang lain Sequence Diagram (Diagram Rangkaian) Sequence Diagram menggambarkan interaksi antar-objek di dalam dan sekitar sistem (termasuk pengguna, display, dan sebagainya) berupa message yang digambarkan terhadap waktu. Sequence Diagram terdiri atas dimensi vertikal (waktu) dan dimensi horizontal (objek-objek yang terkait). Sequence Diagram biasa digunakan untuk mengambarkan skenario atau rangkaian langkah-langkah yang dilakukan sebagai tanggapan dari sebuah event untuk menghasilkan output tertentu. Berikut ini beberapa simbol yang digunakan pada Sequence Diagram dapat dilihat pada Tabel 2.4. Tabel 2.4 Tabel simbol pada Sequence Diagram Simbol Nama Simbol Kegunaan Sebagai subjek yang Actor menggunakan sistem Lifeline Life line Bagian dari sistem yang melakukan aktivitas pemrosesan data Message Alur data yang diproses oleh sistem 2.8. Flowchart Flowchart adalah suatu diagram alur (flow) yang menunjukan (flow) di dalam program atau prosedur sistem secara logika (Suarga, 2012). Pada diagram alur, dapat dilihat secara jelas arus pengendalian algoritma, yakni bagaimana rangkaian pelaksanaan kegiatan program tersebut. Suatu diagram alur akan memberi gambaran dua dimensi berupa simbol-

22 simbol yang masing-masing simbol tersebut telah ditetapkan lebih dahulu fungsi dan atrinya. yaitu : Dua di antara beberapa Flowchart yang menggambarkan proses dengan komputer, 1. Sistem Flowchart Diagram Alur Sistem (Sistem Flowchart) merupakan bagan yang menunjukkan arus pekerjaan secara keseluruhan dari sistem. Bagan ini menjelaskan urutan dari prosedurprosedur yang ada di dalam sistem. 2. Program Flowchart Diagram Alur Program (Program Flowchart) merupakan bagan yang menjelaskan secara rinci langkah-langkah dari proses program. Pada Tebel 2.5 menunjukkan seperangkat simbol diagram alur beserta fungsi dan manfaat yang digunakan dalam pembuatan langkah algoritma pemrograman. Tabel 2.5. Simbol-Simbol Flowchart No Simbol Flowchart Keterangan Simbol 1 Start Komponen yang berfungsi untuk mengawali dan mengakhiri suatu proses 2 Data/Hasil Komponen yang mewakili input dan output 3 Sub Proses Komponen yang menyatakan subproses/subprogram 4 Proses Komponen yang menyatakan setiap hasil dari pengolahan proses. 5 Looping Komponen yang berfunsi untuk menyatakan perulangan /melakukan berulang-ulang. 6 Decision Komponen yang berfunsi untuk menyatakan dua kemungkinan yang bernilai True dan False. 7 Connector Komponen yang berfungsi untuk menghubungkan halaman yang sama/one page connector, ataupun halaman yang berbeda/two page connector. 8 Alur Komponen yang berfungsi untuk menghubungkan simbol-simbol sebagai arahnya.