Bab 2. Berpikir Komputasional

Tujuan Pembelajaran

Pada bab Berpikir Komputasional, kalian mampu menjelaskan dan menerapkan algoritma standar untuk beberapa persoalan yang disajikan, menjelaskan bagaimana data disimpan dalam struktur data tertentu, dan menentukan strategi yang efektif untuk menyelesaikan persoalan yang sajikan.

Melalui Berpikir komputasional (BK), kalian akan berlatih berpikir seperti seorang ilmuwan Informatika, bukan berpikir seperti komputer karena komputer adalah mesin. Kegiatan utama dalam BK ialah penyelesaian masalah (problem solving), untuk menemukan solusi yang efisien, efektif, dan optimal sehingga solusinya bisa dijalankan oleh manusia maupun mesin. Dengan kata lain, kegiatan dalam BK ialah mencari strategi untuk mengatasi persoalan. Persoalan apa yang akan diselesaikan? Sebetulnya, hampir semua persoalan sehari-hari mengandung konsep komputasi sehingga bisa diselesaikan dengan bantuan mesin komputer. Sebagai contoh, robot yang bertugas melayani penjualan di restoran atau mengantar makanan dan obat untuk pasien di rumah sakit yang sudah dipakai di beberapa negara maju, sistem komputer untuk memantau perkebunan sawit yang siap panen dan sebagainya. Sistem komputer pada pada hakikatnya meniru dunia ini untuk dijadikan dunia digital sehingga bisa membantu atau menggantikan manusia dalam melakukan pekerjaanpekerjaan yang sulit maupun membosankan.
Ada 4 fondasi berpikir komputasional yang dikenal dalam ilmu Informatika, yaitu Abstraksi, Algoritma, Dekomposisi, dan Pola, yang sangat mendasar dan secara garis besar dijelaskan sebagai berikut.

1. Abstraksi, yaitu menyarikan bagian penting dari suatu permasalahan dan mengabaikan yang tidak penting sehingga memudahkan fokus kepada
   solusi.
2. Algoritma, yaitu menuliskan otomasi solusi melalui berpikir algoritmik (langkah-langkah yang terurut) untuk mencapai suatu tujuan (solusi). Jika langkah yang runtut ini diberikan ke komputer dalam bahasa yang dipahami oleh komputer, kalian akan dapat “memerintah” komputer
   mengerjakan langkah tersebut.
3. Dekomposisi dan formulasi persoalan sedemikian rupa sehingga dapat diselesaikan dengan cepat dan efisien serta optimal dengan menggunakan komputer sebagai alat bantu. Persoalan yang sulit apalagi besar akan menjadi mudah jika diselesaikan sebagian-sebagian secara sistematis.
4. Pengenalan pola persoalan (Pattern), generalisasi serta mentransfer proses penyelesaian persoalan ke persoalan lain yang sejenis.

A. Pencarian (Searching)

Hidup adalah pencarian yang tiada henti. Mari, kita berpikir ke pengalaman “mencari” dalam kehidupan sehari-hari. Perhatikan contoh berikut.

1. Pernahkah kalian merasa kebingungan saat mencari sebuah buku di lemari buku kalian? Atau bahkan di perpustakaan? Saat kalian meminta bantuan kepada petugas perpustakaan, mengapa dia dapat menemukan buku yang kalian cari dengan waktu yang lebih singkat?
2. Suatu hari, kalian kehilangan baju seragam yang harus dipakai pada hari itu dan kalian mencarinya. Apa strategi kalian supaya baju tersebut cepat ditemukan?
3. Kalian mengingat sebuah potongan lirik lagu, tetapi tidak ingat judul lagu tersebut. Bagaimana kalian bisa menemukan lagu tersebut dengan cepat?

Apa itu mencari? Mencari adalah menemukan “sesuatu” yang bisa berupa benda, angka, konsep, informasi yang memenuhi kriteria tertentu dalam suatu ruang pencarian. Masalah pencarian sangat umum ditemukan didalam kehidupan, termasuk dalam dunia komputasi. Ketika melakukan suatu pencarian, kalian harus menemukan suatu benda atau objek yang memenuhi kriteria tertentu dari sekumpulan benda atau objek lain. Beberapa contoh dari masalah pencarian yang sering kalian temui ialah sebagai berikut.

1. Mencari buku dengan judul tertentu di rak buku perpustakaan.
2. Mencari pakaian batik seragam kalian di lemari yang berisi semua pakaian
   yang kalian miliki.
3. Mencari dokumen atau web tertentu dengan mesin pencari seperti Google.
   Mencari benda nyata gampang, tinggal kita lihat dan kita cocokkan

Mencari benda nyata gampang, tinggal kita lihat dan kita cocokkan dengan mata. Namun, mencari informasi atau konsep yang tidak kelihatan?
Hmmmmm… Tidak mudah!

Masalah pencarian dapat dibuat dalam bentuk yang lebih formal agar dapat diterapkan pada banyak kasus. Elemen pada masalah pencarian meliputi hal-hal berikut.

1. Sekumpulan benda atau objek.
2. Kriteria dari benda atau objek yang dicari.
3. Pengecekan benda atau objek, untuk memeriksa apakah ia memenuhi kriteria pencarian.

Pertanyaan selanjutnya ialah bagaimana strategi untuk mencari. Banyak cara yang dapat kita lakukan, misalnya: kita dapat mengambil pakaian secara acak dan mengecek apakah pakaian tersebut ialah seragam batik. Cara lain, misalnya dengan memeriksa pakaian dari yang berada paling atas ke paling bawah. Tentunya, ada banyak strategi lain yang dapat kalian gunakan. Ada strategi yang lebih baik daripada strategi yang lain, bergantung pada keadaan benda atau objek tersebut saat pencarian dilakukan. Tentunya, kita akan lebih mudah mencari suatu buku dengan judul tertentu di lemari perpustakaan yang tersusun rapi dengan aturan tertentu dibandingkan dengan mencarinya di sebuah lemari yang berantakan.

B. Pengurutan (Sorting)

Saat merapikan sesuatu, misalnya koleksi buku, kita menyusun buku tersebut dengan menggunakan suatu aturan. Misalnya, jika kita memiliki koleksi buku cerita berseri, kemungkinan besar kita akan menyusunnya secara berurut dari volume pertama hingga volume yang terbaru. Atau, ketika sedang berbaris, kita diminta untuk membentuk barisan berdasarkan tinggi badan. Hal-hal tersebut merupakan sebuah proses pengurutan atau sorting. Proses pengurutan akan menjadi bagian yang tidak terpisahkan dari program komputer atau aplikasi yang sering kita gunakan. Pada aktivitas ini, kita akan melihat bagaimana proses pengurutan dapat dilakukan dengan menggunakan berbagai strategi.
Pelajarilah strateginya!

Pengurutan merupakan suatu permasalahan klasik pada komputasi yang dilakukan untuk mengatur agar suatu kelompok benda, objek, atau entitas diletakkan mengikuti aturan tertentu. Urutan yang paling sederhana misalnya mengurutkan angka secara terurut menaik atau menurun. Biasanya, masalah pengurutan terdiri atas sekumpulan objek yang disusun secara acak yang harus diurutkan. Setelah itu, secara sistematis, posisi objek diperbaiki dengan melakukan pertukaran posisi dua buah objek. Hal ini
dilakukan secara terus-menerus hingga semua posisi objek benar.
Misal, kita memperoleh 5 buah angka acak berikut:

Kita dapat membuat angka tersebut terurut menaik dengan melakukan satu kali pertukaran, yaitu dengan menukar nilai 4 dengan nilai 3. Terdapat 2 langkah penting dalam melakukan sebuah pengurutan. Langkah
pertama ialah melakukan pembandingan. Untuk melakukan pengurutan, dipastikan ada dua buah nilai yang dibandingkan. Pembandingan ini akan menghasilkan bilangan yang lebih besar dari, lebih kecil dari, atau memiliki nilai sama dengan sebuah bilangan lainnya. Langkah kedua ialah melakukan penempatan bilangan setelah melakukan pembandingan. Penempatan bilangan ini dilakukan setelah didapatkan bilangan lebih besar atau lebih kecil (bergantung pada pengurutan yang digunakan).
Terdapat beberapa teknik (algoritma) untuk melakukan pengurutan seperti bubble sort, insertion sort, quick sort, merge sort, dan selection sort. Pada unit ini, hanya akan diberikan penjelasan untuk setiap tiga teknik ialah sebagai berikut. Teknik lainnya dapat kalian pelajari dari referensi yang diberikan.

1. Insertion Sort

Insertion Sort adalah salah satu algoritma yang digunakan untuk permasalaha pengurutan dalam list (daftar objek). Sesuai namanya, insertion sort mengurutkan sebuah list dengan cara menyisipkan elemen satu per satu sesuai dengan urutan besar kecilnya elemen hingga semua elemen menjadi list yang terurut. Misalnya, dalam kasus mengurutkan elemen list dari yang terkecil hingga terbesar (ascending), tahap pertama ialah kita akan membaca suatu elemen dengan elemen yang berdekatan. Apabila elemen yang berdekatan dengan elemen saat ini lebih kecil, elemen yang lebih kecil akan ditukar

dengan elemen yang lebih besar dan dibandingkan kembali dengan elemenelemen sebelumnya yang sudah terurut. Apabila elemen saat ini sudah lebih besar dari elemen sebelumnya, iterasi berhenti. Hal ini dijalankan satu per satu hingga semua list menjadi terurut

Ilustrasi Insert Sort

Gambar di bawah adalah ilustrasi array yang menampung 6 elemen dengan pola yang acak.

C. Tumpukan (Stack) dan Antrean (Queue)

Kita akan mempelajari dua buah konsep cara penyimpanan data/objek dalam sebuah struktur yang akan menentukan urutan pemrosesan data/objek tersebut, yaitu tumpukan (stack) dan antrean (queue). Kedua konsep ini memiliki prosedur yang berbeda dalam menyimpan dan mengeluarkan data. Kedua konsep tersebut masing-masing memiliki peranan yang berbeda dan digunakan pada situasi yang berbeda pula.

Bayangkan sebuah loket di sebuah rumah sakit, di mana para pasien yang akan berobat diminta untuk mendaftar lebih dahulu di loket penerimaan serta mengisi formulir pendaftaran. Setelah formulir tersebut diisi, para pasien akan mengembalikan formulir ke loket dan menunggu dipanggil oleh petugas. Kebetulan, di pagi hari, dokter yang bertugas belum datang sehingga para pasien harus menunggu. Ketika sang dokter tiba, petugas loket akan memanggil para pasien satu per satu untuk mendapat layanan.
Perhatikan sekarang bagaimana urutan pasien itu dipanggil oleh petugas loket.

1. Misalkan, petugas loket menumpuk formulir-formulir tersebut di mana formulir yang baru diterima diletakkan di atas formulir yang sudah diterima sebelumnya, kemudian ketika ketika memanggil pasien, petugas tersebut memanggil dengan urutan mulai dari formulir yang berada di atas tumpukan. Menurut kalian, apakah urutan tersebut adil/sesuai dengan yang diharapkan para pasien? Mengapa?
2. Bagaimana cara petugas menyusun tumpukan formulir dan/atau cara urutan memanggil para pasien dari tumpukan formulir sedemikian rupa sehingga pasien yang datang dan mengisi formulir lebih dulu, akan dipanggil lebih dulu juga (dan sebaliknya)?
   Dalam dunia komputasi/informatika, terkadang, kita perlu untuk menyimpan data/objek dalam suatu urutan tertentu, untuk kemudian/sewaktu-waktu diambil/dikeluarkan kembali, mungkin untuk diproses lebih lanjut atau untuk tujuantujuan lain. Ada dua cara utama kita dapat melakukan penyimpanan ini.
3. Antrean (queue): pada metode ini, objek-objek disimpan dalam metode penyimpanan yang berupa sebuah antrean sehingga objek yang pertama/lebih dulu datang, juga akan lebih dulu keluar/selesai, layaknya sebuah antrean di loket, pintu masuk, dll. Prinsip ini disebut prinsip First In First Out (FIFO). Dalam sebuah antrean orang, misalnya, jelas orang yang pertama datang akan berada di depan antrean, dan harus menjadi yang pertama yang mendapat pelayanan.
4. Tumpukan (stack): pada metode ini, objek-objek disimpan dalam metode penyimpanan yang menyerupai sebuah tumpukan (misal: tumpukan piring). Dengan demikian, objek yang pertama/lebih dulu disimpan justru akan menjadi yang terakhir keluar. Prinsip ini disebut juga Last In First Out (LIFO). Dalam tumpukan piring, misalnya, piring pertama yang diletakkan akan berada di posisi paling bawah, dan jika kita ambil piring satu per satu dari tumpukan itu, tentunya piring yang berada di posisi paling bawah tersebut akan menjadi yang terakhir diambil.

Baik dalam kehidupan sehari-hari maupun dalam dunia informatika, kedua konsep urutan penyimpanan data tersebut memiliki peran dan kegunaan masing-masing. Ada permasalahan-permasalahan/situasi di mana antrean (FIFO) lebih cocok digunakan. Sebaliknya, ada juga permasalahanpermasalahan di mana tumpukan (LIFO) lebih tepat diterapkan. Untuk lebih memahami kedua konsep ini dan bagaimana mereka digunakan, mari, kita lakukan beberapa aktivitas di bawah ini.

Pada aktivitas ini, kalian akan membaca beberapa skenario kondisi, baik dalam dunia sehari-hari maupun dalam dunia informatika. Tugas kalian ialah memikirkan, pada setiap kondisi/skenario tersebut, manakah yang lebih tepat digunakan/lebih relevan menggambarkan situasi tersebut, apakah stack ataukah queue. Berikan penjelasan mengapa kalian memilih jawaban tersebut!

• Mesin printer bertugas untuk mencetak dokumen yang dikirimkan dari sebuah komputer. Satu buah printer dapat terhubung ke beberapa buah komputer sekaligus, dan semuanya dapat mengirim perintah kepada printer tersebut untuk mencetak dokumen yang berbeda-beda. Printer tersebut tentunya hanya bisa mencetak satu buah dokumen dalam satu waktu tertentu, dan mungkin membutuhkan beberapa detik/menit untuk menyelesaikan proses cetak satu dokumen.
  Oleh karena itu, ketika printer sedang sibuk mencetak sebuah dokumen dari sebuah komputer, kemudian datang permintaan mencetak dari beberapa komputer yang lain (yang berbeda). Printer tersebut harus menyimpan dokumen-dokumen yang baru datang tersebut agar nanti dapat dicetak ketika proses pencetakan yang sedang berjalan saat ini sudah selesai. Manakah yang lebih tepat digunakan, stack atau queue untuk penyimpanan dokumen-dokumen yang sedang “menunggu giliran” untuk dicetak tadi?
  
• Di persimpangan jalan, terdapat lampu merah. Apabila lampu merah menyala, mobil-mobil yang datang ke persimpangan tersebut harus berhenti dulu. Ketika lampu berubah menjadi hijau, semua mobil perlahanlahan berjalan kembali dalam urutan tertentu. Manakah yang lebih tepat menggambarkan situasi tersebut?
  
• Ketika menjelajah web/internet, kita menggunakan sebuah browser (misal Firefox, Chrome dll). Terdapat sebuah fitur yang memungkinkan kita untuk bergerak dari satu halaman yang sudah kita kunjungi ke halaman lainnya, yaitu dengan menekan tombol Back dan Forward.
  Misalnya, kita mengunjungi halaman A, kemudian B, lalu C. Jika kita kemudian menekan tombol Back, dari halaman C kita akan kembali ke halaman B. Jika kita tekan lagi tombol Back (pada saat ada di B), kita akan kembali ke A. Jika kemudian kita tekan tombol Forward, kita akan kembali halaman B, dan jika kita tekan sekali lagi tombol Forward, kita akan kembali ke halaman C. Oleh karena itu, aplikasi browser tersebut harus menyimpan (dan mengingat) semua halaman yang sudah pernah kita kunjungi sebelumnya (biasa disebut Riwayat atau History).
  Bentuk penyimpanan yang manakah (stack atau queue) yang paling tepat digunakan untuk menyimpan Riwayat pada browser?
  

• Pada sebuah aplikasi pengolah dokumen, biasanya terdapat fasilitas untuk melakukan Undo dan Redo. Operasi Undo akan membatalkan langkah/tindakan terakhir yang kita lakukan saat mengedit dokumen (misal, jika kita menyadari ada kesalahan pada langkah terakhir kita), sedangkan Redo digunakan untuk mengulang kembali operasi yang baru saja dibatalkan dengan sebuah Undo. Proses Undo dan Redo ini dapat dilakukan sampai
  dengan operasi pertama setelah sebuah dokumen dibuka/disimpan.
  Misalnya, terjadi rangkaian kejadian berikut:
  a. Budi membuka dokumen A
  b. Budi menambahkan judul pada dokumen A
  c. Budi menulis sebuah paragraf pada dokumen A
  d. Budi menambahkan sebuah tabel pada dokumen A
  e. Budi menyisipkan sebuah gambar pada dokumen A
  Apabila kemudian Budi menekan tombol Undo, operasi terakhir (yaitu penambahan gambar) akan dibatalkan sehingga gambar tersebut akan hilang dari dokumen. Jika kemudian Budi menekan tombol Undo sekali lagi, operasi terakhir sebelum itu (yaitu menambahkan tabel) juga akan dibatalkan sehingga tabel tersebut akan hilang dari dokumen. Jika kemudian Budi menekan tombol Redo, operasi Undo yang terakhir (yaitu yang menghilangkan tabel) akan dibatalkan sehingga tabel tersebut akan muncul kembali.
  Jelas bahwa aplikasi perlu untuk menyimpan data-data berupa tindakan/ operasi apa saja yang dilakukan oleh penggunanya dari awal sampai akhir, serta efeknya terhadap dokumen agar dapat memberikan fungsionalitas Undo dan Redo tersebut. Manakah di antara stack dan queue yang lebih tepat digunakan untuk menyimpan operasi-operasi tersebut?