KONSEP NEURAL NETWORK

Abstrak

Neural Network merupakan kategori ilmu Soft Computing. Neural Network sebenarnya mengadopsi dari kemampuan otak manusia yang mampu memberikan stimulasi/rangsangan, melakukan proses, dan memberikan output. Output diperoleh dari variasi stimulasi dan proses yang terjadi di dalam otak manusia. Kemampuan manusia dalam memproses informasi merupakan hasil kompleksitas proses di dalam otak. Misalnya, yang terjadi pada anak-anak, mereka mampu belajar untuk melakukan pengenalan meskipun mereka tidak mengetahui algoritma apa yang digunakan. Kekuatan komputasi yang luar biasa dari otak manusia ini merupakan sebuah keunggulan di dalam kajian ilmu pengetahuan.

Kata kunci : neural network, jaringan, saraf

Pendahuluan

Artificial neural network (ANN) adalah peranti lunak dan keras yang berusaha menyamai pola pemrosesan dari otak manusia, ANN juga disebut simulated neural network (SNN), atau umumnya hanya disebut neural network (NN)), adalah jaringan dari sekelompok unit pemroses kecil yang dimodelkan berdasarkan jaringan saraf manusia. ANN merupakan sistem adaptif yang dapat mengubah strukturnya untuk memecahkan masalah berdasarkan informasi eksternal maupun internal yang mengalir melalui jaringan tersebut. Oleh karena sifatnya yang adaptif, ANN juga sering disebut dengan jaringan adaptif.

Tinjauan Pustaka

Bahasa Inggris: artificial neural network (ANN), atau juga disebut simulated neural network (SNN), atau umumnya hanya disebut neural network (NN)), adalah jaringan dari sekelompok unit pemroses kecil yang dimodelkan berdasarkan sistem saraf manusia. 

Prosedur

Metode yang digunakan dalam pembahasan ini adalah metode dekstriptif yang bertujuan membuat dekskriptif secara sistematis, faktual dan akurat mengenai fakta. Pembahasan ini juga menggunakan metode studi pustaka dimana digunakan untuk mencari dari berbagai sumber.

Pembahasan

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

                    Gambar 2.3 Struktur Neuron pada otak manusia

Dari gambar di atas, bisa dilihat ada beberapa bagian dari otak manusia, yaitu:

a.       Dendrit (Dendrites) berfungsi untuk mengirimkan impuls yang diterima ke badan sel syaraf.

b.       Akson (Axon) berfungsi untuk mengirimkan impuls dari badan sel ke jaringan lain

c.       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 Neural 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.

                                                                              Gambar 2.4 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.

a.       Input, berfungsi seperti dendrite

b.       Output, berfungsi seperti akson

c.       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.

Peran Neural Network Dalam Aspek Kehidupan

                Neural Network pada umumnya digunakan untuk tugas atau pekerjaan yang kurang praktis jika dikerjakan secara manual. Kegunaan Dalam Kehidupan Nyata :

·         Perkiraan Fungsi, atau Analisis Regresi, termasuk prediksi time series dan modeling.

·         Klasifikasi,   termasuk   pengenalan   pola   dan   pengenalan   urutan,   serta   pengambil keputusan dalam pengurutan.

·         Pengolahan data, termasuk penyaringan, pengelompokan, dan kompresi.

·         Robotik.

Bidang-bidang penelitian yang memanfaatkan jaringan saraf tiruan diantaranya.

·         Aeorospace

Autopilot pesawat terbang, simulasi jalur penerbangan, system kendali pesawat, perbaikan autopilot dan simulasi komponen pesawat.

·         Otomotif

Sistem kendali otomatis mobil.

·         Keuangan dan Perbankan

Pendeteksian uang palsu, evaluator aplikasi kredit, pengidentifikasian pola-pola data pasar saham.

·         Pertahanan (Militer)

Pengendali senjata, pendeteksi bom, penelusuran target, pembedaan objek, pengendali sensor, sonar, radar, dan pengolahan sinyal citra yang meliputi kompresi data, ektrasksi bagian istimewa dan penghilangan derau, pengenalan sinyal atau citra.

·         Elektronik

Pembuatan perangkat keras yang bias mengimplementasikan jaringan saraf tiruan secara efisien (pendesainan VLSI), machine vision, pengontrol gerakan dan penglihatan robot, sintesis suara.

·         Broadcast

Pencarian klip berita melalui pengenalan wajah.

Fungsi dari Neural Network diantaranya adalah:

a.       Pengklasifikasian pola

b.       Memetakan pola yang didapat dari input ke dalam pola baru pada output

c.       Penyimpan pola yang akan dipanggil kembali

d.       Memetakan pola-pola yang sejenis

e.       Pengoptimasi permasalahan

f.        Prediksi

Kelebihan

·         Mampu mengakuisisi pengetahuan walau tidak ada kepastian

·         Mampu melakukan generalisasi dan ekstraksi dari suatu pola data tertentu ANN dapat menciptakan suatu pola pengetahuan melalui pengaturan diri atau kemampuan belajar (self organizing)

·         Memiliki fault tolerance, gangguan dapat dianggap sebagai noise saja

·         Kemampuan perhitungan secara paralel sehingga proses lebih singkat

Kekurangan

·         Kurang mampu untuk melakukan operasi operasi numerik dengan presisi tinggi

·         Kurang mampu melakukan operasi algoritma aritmatik, operasi logika dan simbolis

·         Lamanya proses training yang mungkin terjadi dalam waktu yang sangat lama untuk jumlah data yang besar

http://sciffleaf.blogspot.co.id/2016/10/artificial-neural-network-dan-contoh.html

https://socs.binus.ac.id/2012/07/26/konsep-neural-network/