BAB IV
PEMROGRAMAN DINAMIS
Pemrograman dinamis ini pertama kali dikembangkan oleh seorang ilmuwan benama Richard Bellman pada tahun 1957. Apabila dalam riset operasional yang lain, memiliki formulasi standar untuk memecahkan masalah, maka dalam pemrograman dinamis ini tidak ada formulasi yang standar, artinya setiap masalah dalam pemrograman dinamis memerlukan pola pendekatan atau penyelesaian yang berbeda satu dengan lainnya. Oleh karena itu perlu berlatih soal sebanyak mungkin untuk mendapatkan banyak bentuk penyelesaian kasus yang berbeda-beda.
Pemrograman dinamis adalah teknik matematik yang dapat diterapkan pada berbagai jenis persoalan. Ia dapat digunakan untuk menyelesaikan pesoalan dalam area seperti alokasi, pemuatan kargo, penggantian, pembuatan jadwal, dan inventory. Meskipun demikian, program dinamik adalah 'pendekatan' untuk penyelesaian persoalan dan bukan algoritma tunggal yang dapat digunakan untuk menyelesaikan semua jenis persoalan. Jadi, diperlukan algoritma terpisah untuk menyelesaikan setiap jenis persoalan.
Pendekatan program dinamik meliputi optimisasi proses keputusan multi tahap, yaitu membagi suatu persoalan ke dalam tahap-tahap atau sub problem dan kemudian menyelesaikan sub problem itu secara berurutan sampai persoalan awal akhirnya dapat diselesaikan. Jantung pendekatan program dinamik adalah asas optimalitas Bellman yang mengatakan bahwa suatu kebijaksanaan optimal mempunyai sifat bahwa apapun keadaan awal atau keputusan awal,keputusan tersisa harus merupakan kebijaksanaan optimal terhadap keadaan yang dihasilkan keputusan pertama.
Karakteristik Persoalan Program Dinamis
B.1 Model Pemrogram Dinamis
Persoalan Stagecoach
Jenis persoalan yang agak berbeda yang dapat diselesaikan menggunakan pemrograman dinamik adalah persoalan stagecoach. Dalam beberapa hal ia menyerupai persoalan alokasi, tetapi cukup berbeda untuk disajikan. Dalam realitanya, ini adalah pesoalan menentukan rute optimal melalui jaringan.
Pada jaman dahulu, seorang pedagang yang bertempat tinggal di Pantai Timur Amerika Serikat akan melakukan perjalanan ke Pantai Barat dengan kereta tingkat. Harga asuransi perjalanan akan mencerminkan rute yang paling aman. Yaitu makin murah polis, makin aman rutenya. Gambar 13 mengilustrasikan berbagai rute dan harga polis untuk bepergian dari suatu negara ke negara bagian yang lain. Tujuan kita adalah mencari rute yang paling aman dari state 1dalam tahap 1 sampai state 10 dalam tahap 5. Nomer dalam lingkaran menyajikan state mana yang dapat ia lalui. Bilangan pada anak panah dari satu state ke state lainnya bersesuaian dengan harga polis. Bila Cij menyatakan harga polis dari state –i ke state-j maka :
C12 = 2 C25 = 8 C58 = 4 C810 = 6
C13 = 3 C26 = 7 C59 = 6 C910 = 5
C14 = 5 C27 = 4 C68 = 11
C35 = 6 C69 = 9
C36 = 9 C78 = 15
C37 = 8 C79 = 13
C45 = 9
C46 = 7
C47 = 3
Gambar 13. Contoh persoalan jaringan rute.
Masalahnya adalah menentukan rute yang paling aman dari state 1 sampai state 10. Ini sama saja dengan menentukan rute yang meminimumkan harga polis. Alasan yang diperlukan untuk mendapatkan penyelesaian program dinamik disajikan dalam langkah-langkah berikut.
Langkah 1
Kita mulai dengan mengandaikan bahwa pedagang telah sampai pada tahap 4. Misalkan untuk sementara ia berada dalam state 8. Manakah jalan termurah untuk mencapai state 10? Karenahanya terdapat satu rute, maka biaya termurah dari state 8 ke state 10 adalah 6 unit. Misalkan f4(8)= 6 menyatakan biaya minimum, dan misalkan d4(8) = 10 menyatakan state berikut di mana iaharus pergi dari state8.
Tetapi misalkan dalam stage4 ia berada dalam state9. Biaya minimum dari state9 ke 10 adalah f4 (9) = 5 dan d4 (9) = 10. Jadi, bila ia sampai pada state 8 atau 9 dalam stage 4,keputusan terbaik adalah pergi ke state 10 karena ini hanyalah satu-satunya rute. Hasil ini memang trivial,tetapi diperlukan untuk menyelesaikan keseluruhan program dinamik. Tabel 19 menyajikan keseluruhan hasil di atas.
Tabel 19. Keputusan optimal tahap 4 – 5
x | 8 | 9 |
f4(x) d4(x) | 6 10 | 5 10 |
Langkah 2
Kita mundur satu langkah dan andaikan pegadang sekarang sampai pada state 5,6, atau 7 ingin meminimumkan biaya untuk sampai state 10 melewati salah satu satate dalam tahap 4. Bila ia telah sampai pada state 5, ia perlu menyelediki:
Untuk harga minimum. Harga-harga ini adalah
Biaya minimum dari state 5 ke satet 10 melalui salah satu state pada tahap 4 adalah 10 dan ini dinyatakan dengan : f3(5) = 10
Rute optimal dari 5 adalah 8. Misalkan d3(5) = 8 menyatakan rute optimal ini.
Dengan cara yang sama, bila kita sampai pada state 6 dalam tahap 3, biaya minimum dari state 6 ke state 10 dengan melewati salah satu state dalam tahap 4 adalah :
F3(6) = min = = 18
d3(7) = 9.
Dalam setiap kasus, f3 (x) menyajikan biaya minimum untuk pergi dari state x ke state 10 ; d3 (x) adalah state optimal untuk pergi dari state x. Kebijaksanaan optimal dari setiap state dalam tahap 3 diberikan dalam Tabel 20
Tabel 20. Kebijaksanaan optimal, tahap 3 – 5
x | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 |
f4(x) d4(x) f3(x) d3(x) |
10 8 |
14 9 |
18 9 | 6 10 | 5 10 |
Langkah 3
Sekarang kita menuju ke tahap 2 di mana pedagang secara teoritis berada dalam state 2, 3, atau 4.Bila ia berada dalam state 2, ia hanya perlu menyelidiki dua jumlahan untuk menentukan biaya minimum dari state 2 ke state 10 dengan melewati tahap 3 dan 4, karena ia hanya dapat melalui tiga state dalam tahap 3, dan biaya minimum untuk masing-masing darinya telah dihitung dalam langkah 2.
Jadi, ia dapat pergi ke state 10 dengan melalui state 5 dengan biaya minimum 8 + f3(5) = 8 + 10 = 18
atau melalui state 6 dengan biaya minimum
7 + f3(6) = 7 + 14 = 21
atau melalui state 7 dengan biaya minimum
4 + f3(7) = 4 + 18 = 22
Jadi,
= min
d2(2) = 5
dengan cara yang sama
d2(3) = 5
dengan cara yang sama
d1(1)= 3
Ringkasan lengkap kebijaksanaan optimal dari state 1 ke state 10 diberikan dalam Tabel 21.
Tabel 21. Kebijakan optimal
x | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 |
f4(x) d4(x) f3(x) d3(x) f2(x) d2(x) f1(x) d1(x) |
19 3 |
18 5 |
16 5 |
19 5 |
10 8 |
14 9 |
18 9 | 6 10 | 5 10 |
Dari Tabel 21. kita melihat bahwa biaya minimum dari state 1 ke state 10 adalah 19 dan rute optimalnya adalah :
1® 3 ®5 ®8 ®10
Perusahaan angkutan omega merupakan jasa tranportasi yang melayani perjalanan dari Yogyakarta ke bandung jalur yang dapat di lalui di tunjukkan dalam diagram berikut :
Dalam diagram di atas angka dalam lingkran menunjukkan kota yang di lalui dari angka 1 (Yogyakarta) dan berahir di angka 10 (bandung) garis menunjukkan rute antara satu daerah dengan daerah lain dan angka diatas menunjukkan biaya dalam ribu. Karena suatu hal ongkos perjalanan dari kota 2, 3, dan 4 menuju kota 5 dan 6 masing-masing naik 65% dari ongkos biasanya. Analisa permasalahan diatas dengan menentukkan rute yang harus di pilih dengan cost minmal.
STAGE 4
S | F 4 * (S) | X4 * |
7 | 8 | 10 |
8 | 9 | 10 |
9 | 6 | 10 |
STAGE 3
X3
S | F3 (S,X3) = CSX3 + F4 *(X3) | F3*(S) | X3* | ||
7 | 8 | 9 | |||
5 | 14 | 13 | 13 | 8 | |
6 | 10 | 11 | 10 | 8 |
STAGE 2
X2 S | F2 (S, X2) = CSX2 + F3 *(X2) | F2*(S) | X2* | |
5 | 6 | |||
2 | 19 | 16 | 16,65 | 6 |
3 | 14 | 17 | 13,65 | 5 |
4 | 15 | 13 | 13,65 | 6 |
STAGE 1
X2 S | F1 (S, X2) = CSX2 + F3 *(X2) | F1*(S) | X1* | ||
2 | 3 | 4 | |||
1 | 22,65 | 22,65 | 22,65 | 22,65 | 4 |
Berdasarkan hasil diatas rute yang dipilih
1® 4 ® 6® 8® 10 degan biaya ongkos biaya :
9 + 3,65 + 6 + 5 + 1 + 9 = Rp 22,65
Gambar 14. Tabel peng-input-an data
Gambar 15. Solusi optimal
Pada Gambar 15 dapat dilihat bahwa solusi optimal dari permasalahan transportasi di atas adalah dari node 1® 4 ® 6® 8® 10 dengan biaya Rp 22,65
Pemrograman dinamis adalah teknik matematik yang dapat diterapkan pada berbagai jenis persoalan. Ia dapat digunakan untuk menyelesaikan pesoalan dalam area seperti alokasi, pemuatan kargo, penggantian, pembuatan jadwal, dan inventory. Meskipun demikian, program dinamik adalah 'pendekatan' untuk penyelesaian persoalan dan bukan algoritma tunggal yang dapat digunakan untuk menyelesaikan semua jenis persoalan. Jadi, diperlukan algoritma terpisah untuk menyelesaikan setiap jenis persoalan
Pendekatan program dinamik meliputi optimisasi proses keputusan multitahap, yaitu membagi suatu persoalan ke dalam tahap-tahap atau sub problem dan kemudian menyelesaikan sub problem itu secara berurutan sampai persoalan awal akhirnya dapat diselesaikan.
Dengan menggunakan program WinQSB dan menggunakan hitungan manual tentang Pemrograman dinamis. Untuk mendapatkan ongkos minimal Rp 22,65 maka rute yang harus dipilih yaitu 1® 4 ® 6® 8® 10.
BAB VI
TEORI PERMAINAN
"Game Theory" merupakan sebuah pendekatan terhadap kemungkinan strategi yang akan dipakai, yang disusun secara matematis agar bisa diterima secara logis dan rasional. Game Theory digunakan untuk mencari strategi terbaik dalam suatu aktivitas, dimana setiap pemain didalamnya sama-sama mencapai utilitas tertinggi. Penerapannya banyak dilakukan di berbagai disiplin ilmu seperti biologi, militer, politik, diplomasi, ilmu sosial, dll.
Dalam aplikasi bisnis, Game Theory hampir sama dengan Decision Tree dalam tujuannya untuk menentukan keputusan terbaik, hanya saja Game Theory memperhitungkan langkah yang akan diambil oleh pemain lainnya (non-parametric). Seperti kita ketahui, setiap pemain bisnis pasti selalu memikirkan rencana baru yang strategic untuk mencapai payoff tujuannya. Masalahnya adalah, ketika pemain lainnya juga mengambil rencana yang sama maka rencana
yang awalnya strategic dapat menjadi tidak bekerja sama sekali atau bahkan merugikan. Parahnya lagi, ini berlaku bagi semua pemain didalamnya.
Teori permainan pertama kali dikembangkan oleh ilmuan Prancis bernama Emile Borel ini, secara umum digunakan untuk menyelesaikan masalah yang berkaitan dengan tindakan sebuah unit bisnis (misalnya) untuk memenangkan persaingan dalam usaha yang digelutinya. Seperti diketahui, bahwa dalam praktek sehari-hari, setiap unit usaha atau organisasi pada umumnya harus berhadapan dengan para pesaing. Untuk memenangkan persaingan itulah, diperlukan analisis dan pemilihan strategi pemasaran tepat, khususnya strategi bersaing yang paling optimal bagi unit usaha atau organisasi yang bersangkutan.
Teori permainan (game theory) adalah bagian dari ilmu pengetahuan yang berkaitan dengan pembuatan keputusan pada saat dua pihak atau lebih berada dalam kondisi persaingan atau konflik. Pihak-pihak yang bersaing ini diasumsikan :
Dalam teori permainan lawan disebut sebagai pemain (player). Hasil (outcomes/ payoffs) dari sejumlah permainan diringkaskan sebagai fungsi dari strategi yang berbeda-beda dari setiap pemain.
Faktor-faktor yang mempengaruhi penggunaan model yaitu :
Jika jumlah kerugian dan keuntungan dari permainannya adalah nol, disebut sebagai permainan sejumlah
nol (zero-sum game) atau permainan berjumlah konstan () sebaliknya disebut sebagai permainan berjumlah bukan nol (non-zero-sum game).
Pada praktikum teori permainan ini yang akan dibahas model two- person zero-sum game dan penyelesaian persoalan mixed-strategy game dengan metode grafis dan program linier.
Two- Person Zero-Sum Game
Ada dua jenis Two-zero person game yaitu :
Pada pure –strategy game, pemain yang akan memaksimumkan (pada contoh adalah pemain A) akan mengidentifikasi strategi yang optimumnya dengan menggunakan kriteria maksimum, sedangkan pemain yang akan meminimumkan (pemain B) akan mengidentifikasi strategi optimumnya dengan menggunakan criteria minimaks, maka permainan telah terpecahkan. (untuk menguji hal ini, nilai tersebut harus merupakan nilaimaksimum bagi kolom yang bersangkutan, dan sekaligus merupakann nilai minimum bagi baris yang bersangkutan). Dalam kasus seperti ini maka telah mencapai titik keseimbangan. Titik ini dikenal dengan titik sadel (saddle point ).
Jika nilai maksimin tidak sama dengan nilai minimaks, maka titik keseimbangan tidak akan dapattercapai. Hal ini berarti bahwa saddle pointnya tidak ada dan permainan tidak dapat diselesaikan dengan strategi murni.
Contoh :
Dua buah perusahaan mempunyai strategi yang berbeda untuk menarik konsumen, perusahaan A mempunyai 2 buah strategi dan perusahaan B mempunyai 3 buah strategi.Stuktur strategi dan payoff-nya adalah sebagai berikut:
Tabel 1 : Contoh pemasalahan pure strategy game B minimum B1 B2 B3 A A1 3 4 4 3 Maksimum A2 9 5 6 5 maksimin 9 5 6 Minimaks Pengertian dari persoalan diatas adalah :
Konklusi dari kriteria maksimin dan kriteria minimaks sebagai berikut :
Kriteria maksimin (untuk pemain yang memaksimumkan)
Dapatkan nilai minimum dari masing-masing baris. Nilai terbesar (nilai maksimum) dari nilai-nilaiminimum ini adalah nilai maksimin. Dengan demikian, maka untuk permainan denagn strategi murni ini, strategi optimumnya adalah baris tempat nilai maksimin tersebut.
Kriteria minimaks (untuk pemain yang meminimumkan)
Dapatkan nilai maksimum pada masing-masing kolom. Nilai terkecil (nilai minimum) dari nilai-nilaimaksimum ini adalah nilai minimaks. Dengan demikian, maka untuk permainan dengan strategi murni ini, strategi optimumnya adalah kolom tempat nilai minimaks terletak.
b. Mixed-strategy game
Mixed-strategy game digunakan pada pemainan yang tidak mempunyai saddle point, ada beberapa cara untuk menyelesaikan persoalan ini diantaranya dengan cara grafis dan program linier.Solusi grafis dari permainan (2 x N) atau (M x 2) Pemecahan grafis hanya dapat diterapkan jika salah seorang pemain mempunyai 2 strategi. Jika keduanya mempunyai lebih dari 2 strategi, maka dapat diselesaikan setelah strategi yang didominasi strategi lain dihilangkan.
Formulasi matematis untuk solusi grafis
Tabel 2 : Formulasi matematis
B | |||||
y1 | y2 | ….. | yn | ||
A | x1 | a11 | a12 | ….. | a1n |
x2=1-x1 | a12 | a22 | ….. | a2n |
Diasumsikan permainan ini tidak mempunyai titik sadel. Karena A memiliki 2 strategi, disimpulkan bahwa x2=1 –x1;x1 _ 0, x2 _ 0. hasil yang bersesuaian dari strategi murni B diketahui.
Tabel 3 : Hasil yang diperkirakan A
Strategi murni B | Hasil yang diperkirakan A |
1 | (a11 – a21) x1 + a21 |
2 | (a12 – a22) x1 + a22 |
. . . | |
n | (a1n – a2n) x1 + a2n |
Contoh :
Tabel 4 : Contoh permasalahan mixed- strategy game
B | |||||
1 | 2 | 3 | 4 | ||
A | 1 | 2 | 2 | 3 | -1 |
2 | 4 | 3 | 2 | 6 |
Hasil yang diperkirakan A yang bersesuaian dengan strategi murni B diketahui sebagai berikut :
Tabel 5 : hasil yang diperkirakan A
Strategi murni B | Hasil yang diperkirakan A |
1 | -2x1+ 4 |
2 | - x1 + 3 |
3 | x1 + 2 |
4 | 7x1 + 6 |
Empat garis lurus ini digambar seperti gambar di bawah
4+6+51+42 maksimin+33+2y1=5/2+1X1=0X1= 1/2x1=1-1-2
Gambar 1: Pemecahan optimal dengan metode grafik
Maksimin terjadi di x*1 = ½. Ini merupaka titik potong antara garis 2, 3 dan 4.Akibatnya, strategi optimal Aadalah (x*1 = ½, x*2 = ½), dan nilai permainan ini diperoleh dengan mensubsitusikan x1 kedalam persamaan dari salah satu garis sehingga diperoleh:
Untuk menentukan strategi optimal B, perlu dicatat bahwa 3 garis melalui titik maksimin. Ini adalah indikasi bahwa B dapat mencampur ketiga strategi ini. Setiap 2 buah baris memiliki tanda yang berlawanan untuk kemiringan mereka mendefinisikan pemecahan optimum alternatif. Jadi dari 3 kombinasi (2,3), (2,4), dan(3,4). Kombinasi (2,4) harus dikeluarkan sebagai pemecahan yang tidak optimal Kombinasi pertama (2,3) menyiratkan bahwa 1 4 0* *y = y = . Konsekuensinya, y3=1-y2 dan hasil rat-arata B yang bersesuaian dengan strategi murni A adalah :
Strategi murni AHasil yang diperkirakanB1-y2+ 32y2 + 2
Jadi*y 2 (yang bersesuaian dengan titik minimaks) dapat ditentukan dari 2 3 2 2
Ini memberikan*y 2 =1/2. dengan memsubsitusikan*y 2 =1/2 dan hasil yang diperkirakan B, nilai minimaks adalah 5/2, yang sama dengan nilai permainan v* yang diperkirakan.
Kombinasi lainnya bisa diselesaikan dengan cara yang sama untuk memperoleh pemecahan optimal alternatif. Pemecahan permainan (M x N) dengan programa linier
Contoh :
B Minimum12313-1-3-3A 2-33-1-33-4-33-4Maksimum 333
Karena nilai maksimin adalah -3 terdapat kemungkinan bahwa nilai permainan ini adalah negatif atau nol. Jadi konstanta K, yang setidaknya sama dengan nilai negatif dari nilai maksimin tersebut, ditambahkan kesemua elemen dari matriks ini: yaitu K_ 3 . diasumsikan K = 5 matrik diatas menjadi :
B 1231842A 22843128Masalah linier B diketahui
Maksimumkan w = y1 + y2 + y3
Dengan batasan
8y1 + 4y2 + 2y3 ≤ 1
1y1 + 2y2 + 4y3 ≤ 1
1y1 + 2y2 + 8y3 ≤ 1
y1, y2 ,y3 ≥ 0
Dengan cara yang sama dengan penyelesaian permasalahan programa linier pada praktikum sebelumnya,diperoleh iterasi optimal :
Tabel 6 : penyelesaian optimal dengan programa linier
DasarY1Y2Y3S1S2S3PemecahanW0005/4911/1961/1445/196Y11001/7-1/14-1/141/14Y2010-3/9831/196-1/1411/196Y3001-1/98-3/981/75/49
Jadi, untuk masalah semula :
Strategi optimal untuk A diperoleh dari pemecahan dual dari masalah diatas, ini jadi :
Z = w = 45/196, X1 = 5/49, X2 = 11/196, X3 = 1/14
X1*=X1/2 =20/45, X2*= X2/Z = 11/45, X3*= X3/Z = 14/45
PERMASALAHAN
Pengusaha A dan B merebut pasar, mereka saling bersaing dengan menggunakan informasi pasar yang di peroleh riset pemasaran. A dapat memilih 4 daerah potensial dan B memilih 2 daerah potensial. Jika B memilih daerah 1 maka, keuntungan bagi A di daerah 1,2,3 berturut-turut adalah 3, 10, 3 sedangkan jika saat B memilih daerah 4 , maka A akan rugi 2, sedangkan jika B memilih daerah 2 maka keuntungan bagi A didaerah 1,2,3 dan 4 adalah sebanyak 4,6,2,6
Pengusaha B | Minimum | ||||
Daerah pemasaran | 1 | 2 | |||
1 | 3 | 4 | 3 | ||
Pengusaha A | 2 | 10 | 6 | 6 | maksimin |
3 | 3 | 2 | 2 | ||
4 | -2 | 6 | -2 | ||
Maksimum | 10 | 6 | Saddle point | ||
minimaks |
Gambar 2: Kotak dialog problem specification
Gambar 3 : Tabel peng-infut-an data
Gambar 4 : Solusi optimal
"Game Theory" merupakan sebuah pendekatan terhadap kemungkinan strategi yang akan dipakai, yang disusun secara matematis agar bisa diterima secara logis dan rasional. Game Theory digunakan untuk mencari strategi terbaik dalam suatu aktivitas, dimana setiap pemain didalamnya sama-sama mencapai utilitas tertinggi. Penerapannya banyak dilakukan di berbagai disiplin ilmu seperti biologi, militer, politik, diplomasi, ilmu sosial, dll
Dalam aplikasi bisnis, Game Theory hampir sama dengan Decision Tree dalam tujuannya untuk menentukan keputusan terbaik, hanya saja Game Theory memperhitungkan langkah yang akan diambil oleh pemain lainnya ( non-parametric )
Teori permainan pertama kali dikembangkan oleh ilmuan Prancis bernama Emile Borel ini, secara umum digunakan untuk menyelesaikan masalah yang berkaitan dengan tindakan sebuah unit bisnis (misalnya) untuk memenangkan persaingan dalam usaha yang digelutinya
Dengan menggunakan program WinQSB dan menggunakan hitungan manual tentang Teori permainan, Strategi yang harus di lakukan atau yang harus di pilih oleh perusahaan A dan B untuk mendapatkan keuntungna yang maksimum adalah perusahaan A harus memlih daerah pemasaran 2, dan perusaah B juga memelilih daerah pemasaran 2.