Analisa Algoritma

1. Analisa Algoritma Algoritma rekursif dan relasi rekurensi

2. Deskripsi • Materi ini membahas tentang algoritma rekursif beserta relasi rekurensnya

3. Tujuan Instruksional Khusus (TIK)‏ • Menjelaskan algoritma rekursif dengan studi kasus menara hanoi dan faktorial beserta perhitungan kompleksitasnya • Menyelesaikan relasi rekurens linier dan koefisien konstan • Meyelesaikan relasi rekurens dengan teorema master

4. Rekursif • Bentuk rekursif : • Suatu subrutin/fungsi/ prosedur yang memanggil dirinya sendiri. • Bentuk dimana pemanggilan subrutin terdapat dalam body subrutin • Dengan rekursi, program akan lebih mudah dilihat • Bentuk rekursi bertujuan untuk : • menyederhanakan penulisan program • menggantikan bentuk iterasi • Syarat bentuk rekursif: • ada kondisi terminal (basis) • subroutine call yang melibatkan parameter yang nilainya menuju kondisi terminal (recurrence)

5. Menghitung kompleksitas : Studi kasus Faktorial Function Faktorial (input n : integer) → integer {menghasilkan nilai n!, n tidak negatif} Algoritma If n=0 then Return Else Return n*faktorial (n-1) Endif • Kompleksitas waktu : • untuk kasus basis, tidak ada operasi perkalian → (0) • untuk kasus rekurens, kompleksitas waktu diukur dari jumlah perkalian (1) ditambah kompleksitas waktu untuk faktorial (n-1)

6. Kompleksitas waktu T(n)=1+T(n-1) =T(n)=1+1+T(n-2)=2+T(n-2) =T(n)=2+1+T(n-3)=3+T(n-3) = … = … = n+T(0) = n + 0 Jadi T(n) = n T(n)∈ O(n)

7. Kasus 2 : Menara hanoi Bagaimana memindahkan seluruh piringan tersebut ke sebuah tiang yang lain (dari A ke B); setiap kali hanya satu piringan yang boleh dipindahkan, tetapi tidak boleh ada piringan besar di atas piringan kecil. Ada tiang perantara C. Kata pendeta, jika pemindahan berhasil dilakukan, maka DUNIA KIAMAT !!! A B C

8. Algoritma Procedure Hanoi (input n, A, B, C:integer) Algoritma If n=1 then Write (‘Pindahkan piringan dari’,A,’ke’,B) Else Hanoi(n-1,A,C,B) Writeln(‘Pindahkan piringan dari’,A,’ke’,B) Hanoi(n-1,C,B,A) Endif Relasi Rekurens

10. T(n)=2n+1adalah jumlah seluruh perpindahan piringan dari satu tiang ke tiang lainnya. • Bila terdapat 64 tumpukan piringan da perpindahan 1 piringan butuh waktu 1 detik, maka waktu yang dibutuhkan : detik 264−1 detik = 10.446.744.073.709.551.615 detik = kira-kira 600 milyar tahun (???!!!)

11. Kompleksitas algoritma rekursif • Untuk mengetahui kompleksitas bentuk rekursif, maka T(n)harus diubah dalam bentuk yang bukan rekursif • Bagaimana mengubah bentuk rekursif ke non rekursif ? Ada dua macam cara untuk menyelesaikan masalah ini, yaitu cara coba-coba dan dengan relasi rekurens

12. Contoh cara coba coba Cara ini agak sulit dan perlu pengalaman. Dalam beberapa problem Yang sederhana bisa diselesaikan dengan mudah.

13. Cara Relasi Rekurensi • Merubah T(n)  xnT(n-1)  xn-1 Contoh T(n)=T(n-1)+T(n-2)  xn=xn-1+xn-2  xn-xn-1-xn-2=0 Klasifikasi • Linier vs non linier • Homogen vs non homogen • Koefisien konstan vs non konstan

14. Klasifikasi • Linier vs non linier • Homogen vs non homogen • Koefisien konstan vs non konstan • Yang akan dibahas Relasi rekurens Linier dan koefisien konstan

15. Klasifikasi Relasi Rekurensi :homogen vs non homogen Relasi rekurensi a0xn+ a1xn−1 + + ak xn−k= f(n) untuk n ≥ k untuk suatu fungsi f(n) dan (k + 1) buah bilangan real a0, a1, a2, …, akdan ak≠ 0. • Tergolong homogen jika f(n) = 0 • Tergolong tidak homogen jika f(n)  0

16. Klasifikasi relasi rekurensi Relasi Rekurensi linier homogen dengan koefisien konstan, berderajat 1 • Contoh: • 2xn+ xn−1 = 0 • xn− xn−4 = n + 3 • xn= xn−2 +xn-12 • xn= xn−2 +nxn-12 Relasi Rekurensi linier nonhomogen dengan koefisien konstan, berderajat 4 Relasi Rekurensi nonlinier homogen dengan koefisien konstan, berderajat 2 Relasi Rekurensi nonlinier homogen dengan koefisien tidak konstan, berderajat 2

17. Solusi Relasi Rekurensi Linier Homogen • Perhatikan relasi rekurensi berikut: xn= xn-1 + xn-2, untuk n > 1 dengan x1=1, x0 = 1 • Jika Anda ingin mencari x1000, maka perlu mencari x999, x998, dan seterusnya sampai x1,x0 • Untuk mencari nilai xn dengan cepat, relasi tersebut perlu diubah ke bentuk eksplisit. • Bentuk eksplisit ini merupakan solusi relasi rekurensi tersebut. • Cara mencari solusi relasi rekurensi linier homogen dan nonhomogen berbeda

18. Solusi Relasi Rekurensi Linier Homogen Tahapan: • Bentuk: a0xn+ a1xn−1 + … + ak xn−k= 0, n ≥ k diubah ke bentuk persamaan karakteristik: a0λk + a1 λk-1 + … + ak-1λ + ak = 0 2. Cari akar-akar karakteristiknya: r1, r2, r3…dst berikut multiplisitasnya (m1, m2, .. dst) 3. Solusi yang dicari adalah • 4. b1,1, b1,2 … dicari dengan melakukan substitusi persamaan dengan syarat awal yang diketahui

19. Contoh • Tentukan solusi umum untuk relasi rekurensi xn= xn-1 + xn-2, untuk n > 1 • Persamaan karakteristik dari relasi rekurensi: 2 -  - 1 = 0 • Didapatkan akar-akar karakteristiknya: 1 = (1+5)/2 dengan pengulangan m1 = 1 dan 2 = (1-5)/2 dengan pengulangan m2 = 1 • Maka solusi umumnya:

20. Contoh • Tentukan solusi untuk relasi rekurensi xn= xn-1 + xn-2, untuk n > 1 dengan syarat awal x1=1 dan x0=0 • Dari solusi umum: • dimasukkan syarat awal x1=1 dan x0=0. Diperoleh: dan A + B = 0 • Dari kedua persamaan ini diperoleh A=1/5 dan B=-1/5 • Maka solusi yang dicari adalah

21. Contoh 9 • Tentukan solusi umum untuk relasi rekurensi 4xn= 20xn-1 - 17xn-2 + 4xn-3, untuk n > 3 • Persamaan karakteristik dari relasi rekurensi: 42 - 202 - 17 - 4 = 0 (2-1) (2 -1) (-4) = 0 • Didapatkan akar-akar karakteristiknya: 1 = 1/2 dengan pengulangan m1 = 2 dan 2 = 4 dengan pengulangan m2 = 1 • Maka solusi umumnya:

22. Solusi Relasi Rekurensi Linier Nonhomogen • Jika tnmemenuhi relasi rekurensi linear tak homogen (*)a0xn+ a1xn–1 + … + ak xn–k= f(n) untuk n ≥ k dan hnadalah solusi umum untuk relasi rekurensi linear homogen yang bersangkutan (**) a0xn+ a1xn–1 + … + ak xn–k= 0 untuk n ≥ k, • maka xn= hn+ tn adalah solusi umum untuk (*). • hndisebut solusi homogen untuk (*) dan tndisebut sebuah solusi partikulir (particular solution) untuk (*)

23. Solusi Relasi Rekurensi Linier Nonhomogen • Solusi partikulir serupa dengan bentuk f(n) • Ada dua bentuk f(n): dengan Ai, i=1,2,… p,b merupakan konstanta 1. 2.

24. Contoh • Tentukan solusi untuk relasi rekurensi xn= 2 xn-1 + 5, untuk n > 0 dengan syarat awal x0=1 • Tahap 1 mencari solusi homogen: • Persamaan karakteristik:  - 2 = 0 • Akar karakteristik:  = 2 • Solusi homogen hn = A 2n • Tahap 2 mencari solusi non homogen

25. Contoh Dari persamaan xn= 2 xn-1 + 5 didapatkan f(n) = 5 Solusi partikulir mengikuti bentuk f(n), dengan p = 0. Maka solusi partikulir tj=  Dari hasil substitusi diperoleh persamaan  - 2  = 5 Persamaan ini memberikan  = -5 Jadi solusi partikulir tn = -5 Solusi umum : xn = hn + tn = A 2n - 5 Dengan memasukkan syarat awal x0 = 1 didapatkan A = 6 sehingga solusi yang dicari adalah xn = 6(2n)- 5

26. Master Theorem Jika diketahui suatu relasi rekurens Dimana f(n) ∈O(nd) dimana d≥0 maka

27. Master theorem (contoh) Diketahui suatu relasi rekurens Dari relasi rekurens di atas, diperoleh a = 2, b = 2, d = 0. sehingga a>bd sehingga T(n) ∈ O(nlog2 2) atau T(n) ∈ O(n)

28. Latihan • Diketahui suatu algoritma rekursif dengan relasi rekurens T(n) =2T(n-1)-T(n-2) untuk n>= 0 =4 untuk n=0 =1 untuk n=1 Carilah solusi non rekursifnya