BAB 2
LANDASAN TEORI
2.1. Jaringan Syaraf Tiruan
Jaringan Syaraf Tiruan (artifical neural network) adalah cabang dari Kecerdasan Buatan (Artificial Intelligence). Jaringan Syaraf Tiruan merupakan sistem komputasi yang arsitektur dan operasinya diilhami dari pengetahuan tentang sel saraf biologis di dalam otak. Model jaringan syaraf ditunjukkan dengan kemampuannya dalam emulasi, analisis, prediksi dan asosiasi. Kemampuan yang dimiliki jaringan syaraf tiruan dapat digunakan untuk belajar dan menghasilkan aturan atau operasi dari beberapa contoh atau input yang dimasukkan dan membuat prediksi tentang kemungkinan output yang akan muncul atau menyimpan karakteristik input yang
diberikan kepada jaringan syaraf tiruan. (Astuti, 2009)
Proses informasi terjadi pada banyak elemen (neuron) , kemudian sinyal dikirim ke neuron-neuron melalui penghubung. Setiap penghubung antar neuron
memiliki bobot yang akan memperkuat atau memperlemah sinyal. Untuk menentukan
output, biasanya setiap neuron menggunakan fungsi aktivasi yang dikenakan pada
jumlah input yang akan diterima. Selanjutnya output akan dibandingkan dengan suatu batas ambang yang telah ditentukan. (Siang, 2005)
Jaringan Syaraf Tiruan ditentukan oleh 3 hal :
a. Pola hubungan antar neuron (yang menjadi arsitekturnya).
b. Metode penentuan bobot dalam koneksi (disebut sebagai proses latihan, pembelajaran, atau Algoritma ).
c. Fungsi aktivasi. (Siang, 2005)
Gambar dari struktur neuron jaringan syaraf tiruan yang terdiri dari input,
Gambar 2.1 Struktur Neuron Jaringan Syaraf Tiruan
Arsitektur jaringan syaraf tiruan terdiri dari tiga lapisan penyusun (layer) , yaitu: a. Lapisan masukan (input layer)
Merupakan lapisan yang terdiri dari beberapa neuron yang akan menerima sinyal dari luar dan kemudian meneruskan ke neuron-neuron lain dalam jaringan. b. Lapisan tersembunyi (hidden layer)
Berfungsi meningkatkan kemampuan jaringan dalam memecahkan masalah. Konsekuensi dari adanya lapisan ini adalah pelatihan menjadi makin sulit atau lama.
c. Lapisan keluaran (output layer)
Merupakan lapisan yang menyalurkan sinyal-sinyal keluaran hasil pemrosesan jaringan. Lapisan ini terdiri dari sejumlah neuron. (Siahaan, 2011)
2.3. Fungsi Aktivasi
Karakteristik yang harus dimiliki fungsi aktivasi adalah kontinu, diferensiabel, dan tidak menurun secara monoton. Fungsi aktivasi diharapkan dapat mendekati nilai-nilai
maksimum dan minimum secara baik. Berikut ini adalah fungsi aktivasi yang sering digunakan dalam jaringan syaraf tiruan yaitu: (Puspitaningrum, 2006)
a. Fungsi Sigmoid Biner
Fungsi sigmoid biner memiliki nilai pada range 0 sampai 1. Oleh karena itu, fungsi ini sering digunakan untuk jaringan syaraf yang membutuhkan nilai output
yang terletak pada interval 0 sampai 1. Namun fungsi ini juga digunakan oleh jaringan syaraf yang nilai output-nya 0 atau 1. (Hermawan, 2006)
Fungsi sigmoid biner dirumuskan sebagai:
dengan :
Berikut adalah ilustrasi dari fungsi sigmoid biner dengan range antara 0 sampai 1.
Gambar 2.2 Ilustrasi fungsi sigmoid biner dengan range (0,1)
b. Fungsi Sigmoid Bipolar
Fungsi bipolar hampir sama dengan fungsi sigmoid biner, hanya saja output dari fungsi ini memiliki range antara 1 sampai -1. (Hermawan, 2006)
Fungsi sigmoid bipolar dirumuskan sebagai:
dengan
Berikut adalah ilustrasi dari fungsi sigmoid bipolar dengan range antara 1 sampai -1.
Gambar 2.3 Ilustrasi fungsi sigmoid bipolar dengan range (-1,1)
2.4. Pelatihan Jaringan Syaraf Tiruan
Jaringan syaraf tiruan belajar dari pengalaman. Pengalaman didapat dari adanya pelatihan, dimana pelatihan merupakan proses belajar JST yang dilakukan dengan menyesuaikan bobot terkoneksi jaringan. Proses yang biasanya dilakukan pada pembelajaran meliputi:
a. Perhitungan output.
b. Membandingkan output dengan target yang diinginkan. c. Menyesuaikan bobot dan mengulang prosesnya.
Proses belajar JST dibagi menjadi dua:
1. Belajar dengan pengawasan (Supervised learning)
Metode pembelajaran ini terjadi jika output yang diharapkan telah diketahui atau ditetapkan sebelumnya. Saat proses pembelajaran berlangsung, satu pola
input akan diberikan ke satu neuron pada lapisan output. Lapisan output ini akan membangkitkan pola output yang nantinya akan dicocokkan dengan pola output
targetnya. Apabila terjadi perbedaan antara pola output hasil pembelajaran dengan pola target, maka disini akan muncul error. Jika nilai error masih cukup besar, hal ini berarti masih perlu dilakukan lebih banyak pembelajaran lagi.
2. Belajar tanpa pengawasan (Unsupervised learning).
unit-unit yang hampir sama dengan suatu area tertentu. Pembelajaran ini biasanya sangat cocok untuk pengelompokan (klasifikasi) pola. (Hermawan, 2006)
2.5. Algoritma Jaringan Syaraf Tiruan
Penggunaan Jaringan Saraf Tiruan dalam menyelesaikan suatu permasalahan akan dipengaruhi oleh permasalahan yang akan diselesaikan. Beberapa permasalahan yang dapat diselesaikan dengan Jaringan Syaraf Tiruan, antara lain: pengenalan pola dan optimisasi. Dalam hal ini diperlukan keputusan dalam memilih algoritma terbaik untuk menyelesaikan masalah.
Beberapa algoritma Jaringan Syaraf Tiruan tersebut antara lain : a. Algoritma Kohonen
b. Algoritma Fractal
c. Algoritma Learning Vector Quantization
d. Algoritma Cyclic
e. Algoritma Alternating Projection
f. Algoritma Hammimg
g. Algoritma Feedforwad Banyak Lapis
h. Algoritma Bidirectional Associative Memory.
2.6. Bidirectional Associative Memory (BAM)
Bidirectional Associative Memory (BAM) adalah model jaringan syaraf tiruan yang
memiliki 2 lapisan (layer) dan terhubung penuh dari satu lapisan ke lapisan yang lainnya.
Pada jaringan ini dimungkinkan adanya hubungan timbal balik antara lapisan
input dan lapisan output. Namun demikian, bobot yang menghubungkan antara satu
neuron (n) di satu lapisan dengan neuron (m) di lapisan lainnya akan sama dengan bobot yang menghubungkan neuron (m) ke neuron (n). Bisa dikatakan bahwa, matriks bobot yang menghubungkan neuron-neuron pada lapisan output ke lapisan input sama dengan transpose matriks bobot neuron-neuron yang menghubungkan lapisan input
Arsitektur Algoritma Bidirectional Associative Memory (BAM) : 2. Hitung matriks bobot dari lapisan X ke lapisan Y
4. Tentukan nilai yi dengan membandingkan nilai y_ini dengan threshold
Jika y_ini >= maka yi = 1
Jika y_ini < maka yi = -1
5. Balik arah, cari nilai x_ini
T
6. Tentukan nilai xi dengan membandingkan nilai x_inj dengan threshold
Jika x_inj >= maka xj = 1
Jika x_inj < maka xj = -1
7. Jika niai xi dan yj masih belum stabil, maka ulangi langkah 2-6.
Keterangan :
Wij : Matriks bobot hubungan i ke-j xi : sinyal masukan ke-i
x_ini : masukan hasil olahan ke-i y_inj : keluaran hasil olahan ke-j
: nilai ambang
2.7. Learning Vector Quantization (LVQ)
Learning Vector Quantization (LVQ) adalah salah satu metode pembelajaran pada
lapisan kompetitif dengan pengawasan (terawasi). Suatu lapisan kompetitif akan secara otomatis belajar untuk mengklasifikasikan input. Kelas-kelas yang didapatkan sebagai hasil dari lapisan kompetitif ini hanya tergantung pada jarak antara input. Jika beberapa input mendekati sama, maka lapisan kompetitif akan meletakkan input
tersebut ke dalam kelas yang sama.
Arsitektur Algoritma Learning Vector Quantization (LVQ) :
Dimana X1, Xi,...¸ Xn adalah input, W11, Wij,..., Wrm adalah bobot dan Y1, Yj,..., Ym
adalah output.
Gambar 2.5 Arsitektur jaringan LVQ
Algoritma Pelatihan LVQ: 1. Tetapkan :
a. Bobot awal variabel input ke–j menuju ke kelas (cluster) ke-i : Wij , dengan i =
1, 2, .., n; dan j = 1, 2, .., m b. Maksimum epoch : MaxEpoh
c. Parameter learning rate,
d. Pengukuran learning rate
e. Minimal learning rate yang diperbolehkan : Min
2. Masukkan :
b. Target berupa kelas Tk , dengan k = 1, 2, .., n
3. Tetapkan kondisi awal : epoch = 0;err = 1.
4. Kerjakan jika : (epoch MaxEpoch) dan ( Min)
a. Epoch = epoch + 1;
b. Kerjakan untuk i = 1 sampai n
i. Tentukan J sedemikian hingga |Xi – Wj| minimum; dengan j = 1, 2, .. , n
ii. Perbaiki Wj dengan ketentuan :
Jika T = Cj maka :
Wj(baru) = Wj(lama) + (Xi – Wj(lama))
Jika T Cj maka :
Wj(baru) = Wj(lama)-(Xi – Wj(lama))
c. Kurangi nilai .
Pengurangan bisa dilakukan dengan = - (lama) ; atau
dengan cara : = * (lama)
Setelah dilakukan pelatihan, akan diperoleh bobot-bobot akhir (W). Bobot-bobot ini nantinya akan digunakan untuk untuk pengujian terhadap data-data.
Algoritma Pengujian LVQ :
1. Masukkan data yang akan diuji, misal X ij ; dengan i = 1, 2,.., np ; dan j = 1, 2, ..,
m.
2. Kerjakan untuk i = 1 sampai dengan np
Tentukan J sedemikian hingga |Xi – Wj| minimum (Cj), dengan J = 1,2,.., n.
(Astuti, 2009)
2.8. Saluran Pencernaan
Sistem saluran cerna, lambung, dan usus adalah pintu gerbang masuk zat-zat gizi dari makanan, vitamin, mineral, dan cairan yang memasuki tubuh. Produk-produk hasil dari pencernaan yang bermanfaat bagi tubuh melintasi selaput lendir (mukosa) usus untuk masuk ke aliran darah dan getah-bening (limfe).
2.9. Struktur Lambung-Usus
2.9.1. Lambung
Lambung merupakan suatu tabung elastis, yang lebar dan lunak dengan isi kosong ca 1,5l. Sesudah makan, lambung dapat diperbesar sampai 30 cm panjangnya dengan volume 3-4 liter. (Tjay, 2005)
Lambung dibagi dalam tiga bagian, yakni bagian atas (fundus), bagian tengah
(corpus), dan bagian bawah (antrum) yang meliputi pelepasan lambung (pylorus).
Dinding lambung terdiri dari 3 lapis, yang luar bersifat membujur, yang tengah sirkuler, dan yang paling dalam otot polos lurik. Fungsi lambung adalah sebagai penampung makanan dan di tempat inilah makanan dicampur secara intensif dengan
getah lambung.
Selain pencernaan mekanik, pada lambung terjadi pencernaan kimiawi dengan bantuan senyawa kimia yang dihasilkan lambung. Hasil pencernaan makanan di lambung secara mekanik dan kimiawi akan menjadikan makanan menjadi bubur yang disebut bubur kim.
2.9.2. Usus halus
Usus halus merupakan suatu tabung yang kompleks, berlipat-lipat, dan membentang dari pylorus hingga katup ileosekal. Panjang usus halus pada orang hidup sekitar 12 kaki (3.6 m) dan hampir 22 kaki (6,6 m) pada cadaver (akibat relaksasi). (Price, 2006) Otot yang melapisi usus halus mempunyai dua lapisan: lapisan luar terdiri atas serabut longitudinal yang lebih tipis, dan lapisan dalam terdiri atas serabut-serabut sirkular. Usus halus mempunyai dua fungsi utama :
1. Pencernaan, yaitu proses pemecahan makanan menjadi bentuk yang dapat tercerna melalui kerja berbagai enzim dalam saluran gastrointestinal.
2.9.3. Usus besar
Colon atau usus besar 1,5 m panjangnya dan memiliki daya absorpsi kuat untuk
cairan. Di sini banyak air yang tertinggal, bersama air, natrium dan mineral diserap kembali. Usus besar memiliki berbagai fungsi yang semuanya berkaitan dengan proses akhir isi usus. Fungsi usus besar yang paling penting adalah absorpsi air dan elektrolit. Sisa makanan yang mengandung zat-zat yang tidak dapat dicerna dikeluarkan melalui dubur (anus) sebagai tinja. Selain itu tinja juga mengandung sel-sel jonjot yang sudah mati, kuman, dan sedikit air.
2.10. Penyakit Saluran Lambung-Usus
Di saluran lambung-usus dapat timbul berbagai gangguan yang ada kaitannya dengan proses pencernaan, resorpsi bahan gizi, perjalanan isi usus yang terlampau cepat (diare) atau terlampau lambat (konstipasi), serta infeksi usus oleh mikroorganisme.
Penyakit saluran cerna yang paling sering terjadi adalah radang kerongkongan
(reflux oesophagitis), radang mukosa lambung (gastritis), tukak lambung-usus (ulcus
pepticum), dankanker lambung-usus. Sebelum membahas obat-obat yang digunakan
untuk mengobati penyakit-penyakit tersebut, maka akan dijelaskan secara singkat
gejala-gejala yang sering dialami penyakit tersebut. (Tjay, 2005) 1. Radang Kerongkongan (reflux oesophagitis)
Kerongkongan tahan terhadap ludah, tetapi peka terhadap getah lambung dan getah duodenum. Bila otot pada mulut lambung tidak tertutup dengan sempurna maka dapat terjadi aliran balik dari isi lambung. Jika hal ini terus terjadi dalam jangka waktu yang panjang maka mukosanya dapat dirusak oleh asam lambung dan dapat menimbulkan luka (erosi) yang akan menyebabkan peradangan
Gejala-gejalanya: a. Perasaan terbakar
b. Perih di belakang tulang dada disebabkan luka-luka mukosa yang bersentuhan dengan makanan atau minuman yang merangsang (sari buah, minuman bersoda)
c. Perasaan asam atau pahit di mulut.
2. Radang Lambung (gastritis)
Gastritis merupakan suatu keadaan peradangan atau pendarahan mukosa
lambung. Bila mukosa lambung sering kali atau dalam waktu yang cukup lama bersentuhan dengan aliran balik getah duodenum yang bersifat alkalis, peradangan akan sangat mungkin terjadi dan akhirnya malah berubah menjadi tukak lambung.
Gejala-gejalanya :
a. Adanya gangguan pada pencernaan. b. Nyeri lambung.
c. Muntah-muntah akibat luka kecil di selaput lender. d. Adakalanya terjadi pendarahan.
3. Tukak lambung-usus (ulcus pepticum)
Selain gastritis masih terdapat banyak penyakit yang memegang peranan pada terjadinya tukak lambung-usus. Tukak lambung menyebabkan berlubangnya dinding lambung sehingga isi lambung jatuh di rongga perut. Sebagian besar tukak lambung ini disebabkan oleh infeksi bakteri jenis tertentu.
Gejala-gejalanya :
a. Perih di lambung 15-60 menit setelah makan. b. Pendarahan lambung.
c. Anemia.
4. Kanker Lambung
Kanker lambung adalah sejenis kanker saluran cerna dengan insiden paling tinggi. Kanker lambung atau dikenal sebagai gastric cancer merupakan kanker yang berawal pada bagian lambung. Secara global, kanker lambung merupakan penyebab kematian akibat kanker urutan ke-2 bagi pria maupun wanita.
Gejala-gejalanya : a. Muntah-muntah.
b. Keluar BAB dengan warna hitam pekat. c. Kehilangan berat badan mendadak. d. Sakit kronis pada bagian perut.
2.11. Obat Pencernaan
Obat-obat pencernaan digunakan untuk membantu proses pencernaan di seluruh lambung-usus. Obat yang sering kali digunakan adalah asam hidroklorida, antasida
untuk menetralkan asam lambung, zat penghambat sekresi asam, antibiotika, obat penenang, obat pembantu. Jadi tujuan pemberian obat adalah bukan untuk
menghilangkan penyakit melainkan untuk meringankan, atau mencegah penyakit berdasarkan gejalanya. (Tjay, 2005)
1. Antasida
Zat pengikat asam atau antasida (anti = lawan, acidus = asam) adalah basa-basa lemah yang digunakan untuk mengikat secara kimiawi dan menetralkan asam lambung. Penggunaannya bermacam-macam, selain pada tukak lambung-usus, juga pada indigesti dan rasa “terbakar”, dan pada gastritis. Obat ini mampu mengurangi rasa nyeri di lambung dengan cepat (dalam beberapa menit). Efeknya bertahan 20-60 menit bila diminum pada perut kosong dan sampai 3 jam bila diminum 1 jam sesudah makan.
2. Antibiotika
3. Obat Penenang
