Pengertian bobot dalam algoritma Dijkstra

Saat ini sudah banyak algoritma yang bisa digunakan untuk menemukan pencarian rute terpendek, dan tidak bisa di pungkiri Djikstra masih menjadi salah satu yang populer dari sekian banyak algoritma tersebut. Pada postingan kali ini kita akan membahas mendetail mulai dari apa itu algoritma djikstra dan dan bagaimana cara kerja algoritma djikstra.

Pengertian bobot dalam algoritma Dijkstra
Edsger Dijkstra

Algortima ini ditemukan oleh Edsger W. Dikstra dan di publikasi pada tahun 1959 pada sebuah jurnal Numerische Mathematik yang berjudul “A Note on Two Problems in Connexion with Graphs“[1]. Algoritma ini sering digambarkan sebagai algoritma greedy (tamak). Sebagai contoh, ada pada buku Algorithmics (Brassard and Bratley [1988, pp. 87-92])

Djikstra merupakan salah satu varian bentuk algoritma popular dalam pemecahan persoalan terkait masalah optimasi pencarian  lintasan terpendek sebuah lintasan yang mempunyai panjang minimum dari verteks a ke z dalam graph berbobot, bobot tersebut adalah bilangan positif jadi tidak dapat dilalui oleh node negatif. Namun jika terjadi demikian, maka penyelesaian yang diberikan adalah infiniti (Tak Hingga). Pada algoritma Dijkstra, node digunakan karena algoritma Dijkstra menggunakan graph berarah untuk penentuan rute listasan terpendek. Berikut Pseudo Code dan Flowchart Algoritma Djikstra:

Pengertian bobot dalam algoritma Dijkstra
Djikstra Flowchart

Pseudo Code

Implementasi Djikstra

Algoritma ini bertujuan untuk menemukan jalur terpendek berdasarkan bobot terkecil dari satu titik ke titk lainnya. Misalnya titik mengambarkan gedung dan garis menggambarkan jalan, maka algoritma Dijkstra melakukan kalkulasi terhadap semua kemungkinan bobot terkecil dari setiap titik.

Pengertian bobot dalam algoritma Dijkstra

Pertama-tama tentukan titik mana yang akan menjadikan node awal, lalu beri bobot jarak pada node pertama ke node terdekat satu persatu, Dijkstra akan melakukan pengembangan pencarian dari satu titik ke titik lain dan ke titik selanjutnya tahap demi tahap inilah urutan logika dari algoritma Dijkstra :

  1. Beri nilai bobot (jarak) untuk setiap titik ke titik lainnya, lalu set nilai 0 pada node awal dan nilai tak hingga terhadap node lain (belum terisi)
  2. Set semua node “Belum Terjamah” dan set node awal sebagai “Node keberangkatan”
  3. Dari no keberangkatan, pertimbangkan node tetangga yang belum terjamah dan hitung jaraknya dari titik keberangkatan. Sebagai contoh, jika titik keberangkatan A ke B memiliki bobot jarak 6 dan dari B ke node C berjarak 2, maka jarak ke C melewati B menjadi 6+2=8. Jika jarak ini lebih kecil dari jarak sebelumnya (yang telah terekam sebelumnya) hapus data lama, simpan ulang data jarak dengan jarak yang baru.
  4. Saat kita selesai mempertimbangkan setiap jarak terhadap node tetangga, tandai node yang telah terjamah sebagai “Node terjamah”. Node terjamah tidak akan pernah di cek kembali, jarak yang disimpan adalah jarak terakhir dan yang paling minimal bobotnya.
  5. Set “Node belum terjamah” dengan jarak terkecil (dari node keberangkatan) sebagai “Node Keberangkatan” selajutnya dan lanjutkan dengan kembali ke step 3

Note : Bahkan menurut Andrew Goldberg, peneliti utama di Microsoft Research Silicon Valley, mengatakan ada banyak alasan mengapa peneliti terus mempelajari masalah pencarian jalan terpendek.

Jalan terpendek adalah masalah optimasi yang relevan untuk berbagai macam aplikasi, seperti jaringan routing, game, desain sirkuit, dan pemetaan,” – Goldberg. “Industri selalu datang dengan aplikasi baru sepanjang waktu, membuat parameter yang berbeda untuk tiap masalah.

Teknologi dengan lebih banyak kecepatan dan kapasitas memungkinkan kita untuk memecahkan masalah yang lebih besar, sehingga dalam lingkup masalah jalan terpendek maka akan selalu ada optimasi.

Semoga Bermanfaat ! 😉

Daftar Pustaka

Algoritme Dijkstra, (sesuai penemunya  Edsger Dijkstra), adalah sebuah algoritma yang dipakai dalam memecahkan permasalahan jarak terpendek (shortest path problem) untuk sebuah graf berarah (directed graph).

Algoritma ini dioublikasikan pada tahun 1959  jurnal Numerische Mathematik yang berjudul “A Note on Two Problems in Connexion with Graphs” dan dianggap sebagai algoritma greedy.

Permasalahan rute terpendek dari sebuah titik ke akhir titik lain adalah sebuah masalah klasik optimasi yang banyak digunakan untuk menguji sebuah algoritma yang diusulkan. Permasalahan rute terpendek dianggap cukup baik untuk mewakili masalah optimisasi, karena permasalahannya mudah dimengerti (hanya menjumlahkan seluruh edge yang dilalui) namun memiliki banyak pilihan solusi.

Menurut Andrew Goldberg peneliti Microsoft Research Silicon Valley, mengatakan ada banyak alasan mengapa peneliti terus mempelajari masalah pencarian jalan terpendek. “Jalan terpendek adalah masalah optimasi yang relevan untuk berbagai macam aplikasi, seperti jaringan routing, game, desain sirkuit, dan pemetaan”.

Diskripsi matematis untuk grafik dapat diwakili G = {V. E}, yang berarti sebuah grafik (G) didefenisikan oleh satu set simpul (Vertex = V) dan koleksi Edge (E).

Algoritma Dijkstra bekerja dengan membuat jalur ke satu simpul optimal pada setiap langkah. Jadi pada langkah ke n, setidaknya ada n node yang sudah kita tahu jalur terpendek. Langkah-langkah algoritma Dijkstra dapat dilakukan dengan  langkah-langkah berikut:

  1. Tentukan titik mana yang akan menjadi node awal, lalu beri bobot jarak pada node pertama ke node terdekat satu per satu, Dijkstra akan melakukan pengembangan pencarian dari satu titik ke titik lain dan ke titik selanjutnya tahap demi tahap.
  2. Beri nilai bobot (jarak) untuk setiap titik ke titik lainnya, lalu set nilai 0 pada node awal dan nilai tak hingga terhadap node lain (belum terisi) 2.
  3. Set semua node yang belum dilalui  dan set node awal sebagai “Node keberangkatan”
  4. Dari node keberangkatan, pertimbangkan node tetangga yang belum dilalui dan hitung jaraknya dari titik keberangkatan. Jika jarak ini lebih kecil dari jarak sebelumnya (yang telah terekam sebelumnya) hapus data lama, simpan ulang data jarak dengan jarak yang baru
  5. Saat kita selesai mempertimbangkan setiap jarak terhadap node tetangga, tandai node yang telah dilalui sebagai “Node dilewati”. Node yang dilewati tidak akan pernah di cek kembali, jarak yang disimpan adalah jarak terakhir dan yang paling minimal bobotnya.
  6. Set “Node belum dilewati” dengan jarak terkecil (dari node keberangkatan) sebagai “Node Keberangkatan” selanjutnya dan ulangi langkah e.

Sebagai contoh hitunglah Jarak terdekat dari V1 ke V7 pada gambar berikut ini.

Pengertian bobot dalam algoritma Dijkstra

Hasil setiap stepnya dapat dilihat pada tabel berikut ini.

Pengertian bobot dalam algoritma Dijkstra

Dengan demikian jarak terpendek dari V1 ke V7 adalah 16 dengan jalur V1->V2->V3->V5->V6->V7

Algoritma Dijkstra ditemukan oleh Edsger W. Dijkstra 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 adalah sebagai berikut :

  1. Pada awalnya pilih vertex dengan bobot yang terendah dari vertex yang belum dipilih, diinisialisasikan dengan ‘0’ dan yang sudah terpilih diinisialisasikan dengan ‘1’.

  2. 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.

  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

  7. terpilih merupakan rangkaian yang menunjukkan lintasan terpendek.

  8. Begitu seterusnya hingga semua vertex terpilih.

Pseudocode Algoritma Dijkstra

function Dijkstra(Graph, source): for each vertex v in Graph: // Initializations dist[v] := infinity ; // Unknown distance function from // source to v previous[v] := undefined ; // Previous node in optimal path end for // from source dist[source] := 0 ; // Distance from source to source Q := the set of all nodes in Graph ; // All nodes in the graph are // unoptimized - thus are in Q while Q is not empty: // The main loop u := vertex in Q with smallest distance in dist[] ; // Start node in first case remove u from Q ; if dist[u] = infinity: break ; // all remaining vertices are end if // inaccessible from source for each neighbor v of u: // where v has not yet been // removed from Q. alt := dist[u] + dist_between(u, v) ; if alt < dist[v]: // Relax (u,v,a) dist[v] := alt ; previous[v] := u ; decrease-key v in Q; // Reorder v in the Queue end if end for end while return dist;