Bedah Kasus Algoritma Genetika



Referensi:  Bramantyo, N. (2006). (thesis). Aplikasi Algoritma Genetika untuk Optimasi Desain Resonator Helmholtz Ganda Menggunakan MATLAB 7.0. Universitas Sebelas Maret. Retrieved May 1, 2023, from https://digilib.uns.ac.id/dokumen/detail/6153.




Aplikasi Algoritma Genetika untuk Optimasi Desain Resonator Helmholtz Ganda Menggunakan MATLAB 7.0


1. Abstrak [BACK] 

Telah dilakukan penelitian optimasi desain resonator Helmholtz ganda dengan metode algoritma genetika menggunakan MATLAB 7.0. Penelitian dilakukan dengan merancang karakteristik resonator Helmhotz ganda, kemudian karakteristik tersebut digunakan sebagai fungsi fitness dalam algoritma genetika. Parameter algoritma genetika divariasi untuk mendapatkan fitness terbaik dan dianalisa.

Hasil analisa menunjukkan bahwa parameter terbaik untuk frekuensi (50, 150, 250, 350, 450, 550, 650, 750, 850, 950)Hz adalah Grefenstette(2) (PopSize=80, Pc=045, Pm=0,01), dan desain resonator Helmholtz ganda terbaik untuk frekuensi tersebut  berturut-turut adalah ((V=0,01159m3, L=0,01574m, Sb =0,00032m2, S=0,00281m2), (V=0,00351m3, L=0,00414m, Sb =0,00085m2, S=0,00204m2), (V=0,00145m3, L=0,00020m, Sb =0,00086m2, S=0,00162m2), (V=0,00044m3, L=0,01957m, Sb =0,00086m2, S=0,00160m2), (V=0,00044m3, L=0,00082m, Sb =0,00087m2, S=0,00163m2), (V=0,00018m3, L=0,02137m, Sb =0,00090m2, S=0,00160m2), (V=0,00018m3, L=0,00457m, Sb =0,00079m2, S=0,00163m2), (V=0,00013m3, L=0,00520m, Sb =0,00082m2, S=0,00237m2), (V=0,00009m3, L=0,01293m, Sb =0,00090m2, S=0,00160m2), (V=0,00005m3, L=0,02457m, Sb=0,00067m2, S=0,00160m2)).

 

Kata kunci : Optimasi, resonator Helmholtz ganda, metode algoritma genetika, matlab 7.0

2. Pendahuluan [BACK] 
  • Banyaknya kasus kebisingan yang bisa mengganggu kesehatan, sehingga muncullah alat penyaring bunyi [1], salah satunya resonator helmholtz. 
  • Resonator Helmholtz ganda merupakan suatu resonator bercabang yang mempunyai rongga tertutup pada cabangnya yang disusun sejajar secara paralel[2].
  • Diterapkan Algoritma Genetika untuk mengoptimasi desain resonator Helmholtz ganda tersebut.
  • Tujuannya agar bisa mendapatkan rancangan desain resonator Helmholtz ganda terbaik dengan sifat transmisinya.
  • Permasalahan yang dibahas dibatasi dengan anggapan seluruh energi diserap jedalam resonator tanpa adanya kerugian viskositas.
3. Metodologi Penelitian [BACK] 
  • Tahapan Perancangan Sistem
    


    • Parameter Optimasi dan Variabel input/output
      • Ukuran Populasi (PopSize)
      • Probabilitas Pindah Silang (Pc)
      • Probabilitas Mutasi (Pm)
      1. Jumlah generasi (makgen) 
      2. Fitness threshold (fthreshold) 
      3. Frekuensi (f)
      4. Kecepatan bunyi (c)
    • Fungsi Fitness
      • Model matematika dari koefisien transmisi resonator helmholtz ganda.
      • Optimasi dengan batasan (constrained optimization)
    • Membuat program GA
  • Prosedur Penelitian
    • Dari rentang frekuensi 20-1000 Hz, diambil 10 sampel frekuensi (50, 150, 250, 350, 450, 550, 650, 750, 850, 950) Hz untuk mengecek kelebihan masing-masing parameter optimasi dan sekaligus menunjukkan keberhasilan program optimasi.
    • Parameter optimasi (tabel 1.2) akan dicobakan ke masing-masing frekuensi, dan diulang masing-masingnya sebanyak 50 kali.
    • Penilaian terbaik ditandai dengan fitness mencapai optimal (mendekati 0).
4. Hasil dan Pembahasan [BACK] 
  • Perancangan Optimasi
    Parameter yang digunakan dalam proses optimasi pada algoritma Genetika adalah ukuran populasi (PopSize), Probabilitas pindah-silang (Pc) dan Probabilitas mutasi (Pm). Nilai dari masing-masing parameter harus dipilih secara cermat untuk mendapatkan kerja optimasi yang bagus, dimana disini digunakan dari tiga paramater, seperti tabel berikut

        Kecepatan bunyi di udara (343 ms-1) dipilih sebagai nilai dari (c). Sedangkan untuk frekuensi  (f) dipilih tiga sampel yaitu (50, 500, 1000) Hz. Jumlah generasi yang diterapkan adalah 100. Fthreshold yang disetting untuk 50Hz adalah 1.10-11, untuk frekeuensi 500Hz dan 1000Hz adalah 1. 10‑8.
  • Fungsi Fitness

Dalam penelitian ini, dipilih penjabaran resonator Helmholtz ganda dalam model matematika koefisien transmisi ( Tπ ) sebagai fungsi fitnessnya. Kelebihan dari koefisien transmisi ( Tπ ) adalah kesederhanaannya dalam rumus matematikanya, sehingga tidak begitu rumit bila dijabarkan kembali ke dalam fungsi fitness algoritma genetika.


  • Teknik Algoritma Genetika Standar
    • Pertama dibangkitkan bilangan random dari 0 sampai dengan 1 sebagai bentuk dari matriks [populasi, jumlah gen].
    • Bilangan random tersebut dibulatkan jadi 0 jika <0.5 dan dibulatkan ke 1 jika >0.5, sehingga menjadi bilangan biner.
    • Setelah inisialisasi populasi selesai, dilakukan proses evolusi (gambar 4.2), yang dimulai dengan mendekodekan kromosom kedalam fungsi fitness, dan menghasilkan nilai fitness.
    • Dari nilai fitness didapatkan variabel output yang dicari, dan nilai tersebut di encode ke dalam bentuk kromosom biner kembali
    • Kromosom biner hasil encoding dicocokkan apakah sudah mencapai optimasi/threshold atau belum, jika sudah, program akan berhenti, jika belum maka dilakukan proses reproduksi.
    • Tahap pertamanya, mengkopi kromosom terbaik dari setiap populasi (elitisme)
    • Dilakukan proses pemilihan orang tua dengan roulette wheel selection.
    • Proses reproduksi akan terus berlangsung dan beberapa gen akan mengalami mutasi.
    • Proses selanjutnya mengganti generasi lama dengan baru secara menyeluruh.
    • Generasi baru hasil general replacement dievaluasi, jika optimasi tercapai, maka program berhenti, jika belum maka proses general optimation akan terus berulang sampai tercapai optimasi.

  • Hasil Simulasi

    • Dari tabel dapat disimpulkan bahwa nilai fitness semakin naik untuk frekuensi semakin besar. Terutama mulai frekuensi 750Hz ke atas, parameter De Jong dan Grefenstette(1).

    • Pola seperti itu terbentuk berhubungan dengan karakteristik masing-masing parameter berkaitan dengan ruang solusi.

    • Sehingga untuk menguji optimasi pada frekuensi antara 20Hz – 1000 Hz, parameter optimasi terbaik yang dapat digunakan adalah parameter Grefenstette(2) karena nilai fitness yang didapatkan tidak jauh fluktuasinya.



5. Kesimpulan dan Saran [BACK] 
  • Kesimpulan
    • Tanpa memerlukan perhitungan matematika yang rumit dan waktu yang lama, algoritma genetika menjadi lebih mudah untuk digunakan sebagai metode optimasi.
    • Parameter algoritma genetika terbaik untuk penyaring bunyi pada frekuensi antara 20Hz – 1000Hz yang teramati dalam penelitian ini adalah parameter optimasi Grefenstette(2). Dimana ukuran populasi (popsize) =80, peluang pindah-silang (Pc) = 0,45 dan peluang mutasi (Pm) = 0,01.
    • Untuk dimensi resonator helmholtz ganda terbaik dilihat pada tabel berikut,

  • Saran
    • Pengecekan parameter algoritma genetika lebih banyak lagi, untuk mendapatkan hasil yang benar-benar akurat.

    • Dibuat tampilan program yang siap pakai (plug and play). Sehingga memudahkan setiap peneliti / student dalam penggunaan dan pembelajaran optimasi.

    • Berkoordinasi dengan provider untuk memperoleh parameter yang sesuai dengan standar.

6. Daftar Pustaka  [BACK] 

[1] Brewer, Robert S., 1992: A Physics of Acoustic Filters, The Division of Mathematics and Natural Sciences Reed College.
[2] M. Ihsan Fauzi, 2006: Simulasi Tanggap Frekuensi Resonator Helmholtz dengan Analogi Rangkaian Listrik Menggunakan Perangkat Lunak MATLAB 6.5. Skripsi S1 Universitas Sebelas Maret Surakarta.

7. Video [BACK] 


8. File Download [BACK] 

Tidak ada komentar:

Posting Komentar