Archive for Maret 2016
Pengantar Komputasi Modern : Teori Komputasi dan Implementasi
TEORI
KOMPUTASI
Pada teori ilmu computer dan
matematika, teori komputasi adalah cabang yang berhubungan dengan bagaimana
masalah dapat dipecahkan pada sebuah model komputasi secara efisien menggunakan
algoritma. Bidang ini terbagi menjadi tiga fokus besar yaitu bahasa dan teori
otomata, teori rekursi dan teori kompleksitas komputasi, yang mana tertaut
terhadap pertanyaan “apa dasar dan batasan kemampuan komputer?”
Dalam rangka melakukan penelitian
yang rinci mengenai komputasi, ilmuwan komputer bekerja dengan matematika
abstrak komputer yang disebut dengan model komputasi. Terdapat beberapa model
yang digunakan, namun yang paling umum dipelajari adalah Mesin Turing. Mesin
Turing dipelajari oleh para ilmuwan komputer karena itu sederhana untuk di
formulasi, dapat di analisis dan digunakan untuk membuktikan hasil, dan karena
itu mewakili banyak anggapan model komputasi yang paling mungkin. Mungkin
kemampuan kapasitas memori yang tidak terbatas merupakan sesuatu yang tidak
dapat terwujud, namun setiap masalah yang mungkin dipecahkan yang diselesaikan
oleh Mesin Turing akan selalu hanya memerlukan jumlah memori yang terbatas.
Sehingga pada dasarnya, setiap masalah yang dapat diselesaikan (diputuskan)
oleh Mesin Turing dapat diselesaikan oleh komputer yang memiliki jumlah memori
yang terbatas.
Teori Komputasi dapat dianggap
sebagai model penciptaan dari seluruh cabang dalam bidang ilmu komputer
(computer science). Maka dari itu, logika dan matematika digunakan dalam teori
komputasi. Pada abad ini, teori komputasi menjadi disiplin akademik mandiri dan
telah terpisah dari matematika. Beberapa pencetus dalam bidang teori komputasi
adalah Alonzo Church, Kurt Godel, Alan Turing, Stephen Kleene, John von Neumann
dan Claude Shannon.
Cabang
Teori Komputasi
Teori
Otomata
Teori otomata adalah pelajaran
mengenai mesin abstrak dan masalah komputasional yang dapat dipecahkan
menggunakan mesin tersebut. Mesin abstrak inilah yang disebut Otomata. Otomata
berasal dari bahasa Yunani Automata yang berarti sesuatu yang mengerjakan
sesuatu dengan sendirinya. Teori otomata sangat dekat hubungannya dengan Teori
Bahasa Formal, karena otomata sering diklasifikasikan dalam kelas bahasa
formal. Otomata digunakan sebagai model teoritis untuk mesin komputer, dan
digunakan untuk membuktikan perhitungan.
Teori
Bahasa Formal
Teori bahasa
adalah cabang matematika yang bekutat dalam penggambaran bahasa sebagai
sekumpulan operasi pada alfabet. Teori bahasa sangat bertautan dengan Teori
Otomata, dimana otomata digunakan untuk menghasilkan dan mengenali bahasa
formal. Ada beberapa kelas dalam bahasa formal dan setiap di antaranya lebih
kompleks dari kelas sebelumnya. Karea otomata digunakan sebagai model
komputasi, bahasa formal adalah mode spesifikasi yang lebih dipilih untuk semua
masalah yang harus di hitung.
Teori
Komputabilitas
Teori ini secara pokok menangani
persoalan masalah yang mana yang dapat dipecahkan oleh komputer. Pernyataan
bahwa masalah halting (proses yang terhenti-henti) tidak dapat
dipecahkan oleh Mesin Turing adalah salah satu hasil terpenting dalam teori
komputabilitas, sebagaimana menjadi contoh bagi masalah yang konkrit yang
keduanya mudah untuk diformulasi dan tidak mungkin untuk di pecahkan
menggunakan Mesin Turing. Banyak teori komputabilitas yang dibangun pada hasil
masalah halting.
KOMPUTASI
KIMIA
Komputasi kimia adalah cabang dari
kimia yang menggunakan simulasi komputer untuk membantu dalam memecahkan
masalah kimia. Ilmu ini menggunakan metode teori kimia, digabungkan dengan
program komputer yang efisien, untuk menghitung struktur dan susunan dari
molekul dan zat.
Penemuan komputasi kimia berawal
dari sebuah gagasan teoritis pada perhitungan kimia yang dilakukan oleh Walter
Heitler dan Fritz London pada 1927. Penggunaan komputer pada bidang kimia baru
dapat diwujudkan pada beberapa tahun setelahnya, tepatnya 1940.
Bidang
Terapan
Istilah teori kimia dapat diartikan
sebagai penjabaran matematis dari kimia, dimana komputasi kimia biasanya
digunakan ketika metode matematika dikembangkan hingga cukup untuk dapat di otomatisasi
untuk penerapan pada komputer. Pada teori kima, ahli kimia, fisika, dan
matematika mengembangkan algoritma dan program komputer untuk memprediksikan
susunan atom dan molekul dan laju reaksi untuk reaksi kimia. Komputasi kimia,
dalam perbandingannya, dapat secara sederhana menerapkan metodologi dan program
komputer yang ada untuk menelusuri pertanyaan-pertanyaan seputar kimia.
Beberapa perangkat lunak dibidang
kimia antara lain:
1.
CASINO
CASINO merupakan program Monte Carlo
kuantum yang dikembangkan oleh kelompok Teori Zat Padat di laboratorium
Cavendish di Cambridge. CASINO dapat digunakan untuk menjalankan bermacam-macam
Monte Carlo kuantum dan perhitungan Difusi Monte Carlo kuantum untuk baik
sistem periodik maupun non-periodik. Penulis utama program ini adalah
R.J.Needs, M.D.Towler, N.D.Drummond dan P.Lopez Rios.
2.
EMPIRE
EMPIRE merupakan
sebuah program baru untuk orbit molekul semi-empiris yang dirancang untuk
berjalan secara paralel dalam komputer dengan processor ganda dan dalam super komputer
paralel yang besar. EMPIRE dapat menjalankan perhitungan menggunakan orbital s-,
p- dan d- dalam kumpulan basis dengan fungsi inti ke inti dari MNDO.
Perhitungan terbesar yang dapat dijalankan saat ini secara efisien adalah
76.800 atom pada 1024 prosesor.
3.
SIESTA
SIESTA merupakan singkatan dari
Spanish Initiative for Electronic Simulation with Thousands of Atoms, merupakan
metode asli dan penerapan perangkat lunak untuk menampilkan perhitungan
struktur elektronik dan simulasi molekul dinamis ab initio dari molekul
dan solid. SIESTA menggunakan kode fungsi teori densitas yang memperkirakan
unsur-unsur fisik dari sekumpulan atom. Unsur-unsur yang dapat diprediksi
menggunakan kode ini termasuk Kohn-Sham band-structures, densitas
elektron, dan populasi Mulliken.
KOMPUTASI
GEOLOGI
Implementasi komputasi modern dalam
bidang Geologi adalah GIS. Geographic information system (GIS) atau
Sistem Informasi Berbasis Pemetaan dan Geografi adalah sebuah alat bantu
manajemen berupa informasi berbantuan komputer yang berkait erat dengan sistem
pemetaan dan analisis terhadap segala sesuatu serta peristiwa-peristiwa yang
terjadi di muka bumi. GIS lebih dikenal sebagai software tools, misalnya:
ArcInfo, MapInfo, AutoCadMap, Grass, dan masih banyak lagi. Dengan tools yang
sama maka GIS berkaitan dengan proses dan presentasi peta-peta skala kecil
(peta LandUse, Kehutanan), sedangkan LIS berkaitan dengan peta-petaskala besar,
yaitu peta bidang-bidang tanah (land parcels).
GIS berbeda dengan
sistem informasi pada umumnya dan membuatnya berharga bagi perusahaan
milik masyarakat atau perseorangan untuk memberikan penjelasan tentang
suatu peristiwa, membuat peramalan kejadian, dan perencanaan strategis lainnya.
GIS memungkinkan untuk menggambarkan dan menganalisa informasi dengan cara
pandang baru, mengungkap semua keterkaitan yang selama ini tersembunyi,
pola, dan kecenderungannya.
Untuk mendukung suatu Geographic information system (GIS),
pada prinsipnya terdapatdua jenis data, yaitu:
a.
Data spasial
Data yang berkaitan dengan aspek
keruangan dan merupakan data yang menyajikan lokasi geografis atau gambaran
nyata suatu wilayah di permukaan bumi.
Umumnya direpresentasikan berupa grafik, peta, atau pun gambar dengan
format digital dan disimpan dalam bentuk koordinat x,y (vektor) atau dalam
bentuk image (raster) yang memiliki nilai tertentu.
b.
Data non-spasial
Data non-spasial disebut juga data
atribut, yaitu data yang menerangkan keadaan atau informasi-informasi dari
suatu objek (lokasi dan posisi) yang ditunjukkan oleh data spasial. Salah satu
komponen utama dari Geographic information system (GIS) adalah perangkat
lunak (software).
Contoh Tentang Aplikasi GIS Untuk Kegiatan Pemantuan
Budidaya Pertanian.
Sebagai contoh dengan penggunaan
aplikasi GIS kita dapat mengetahui keadaan tanaman, parameter tanah, informasi
mengenai lingkungan tumbuh di lapang, mendeteksi pertumbuhan tanaman, kadar air
tanah dan tanaman, hama dan penyakit tanaman, pemetaan sumber daya, irigasi,
mengetahui kebutuhan pupuk, menentukan posisi lahan, monitoring
lingkungan dan lain sebgainya. GIS juga dapat digunakan
untuk membuat peta persebaran tanaman pangan dalam suatu wilayah,
peta persebaran komoditi hortikultura, jenis tanah, dan lain sebagainya.
Berikut adalah contoh lain
software-software komputasi Geologi:
1. Software 3DStress
Software
3DStress merupakan software interaktif yang dapat digunakan untuk mengamati
tekanan geologi dan pengaruhnya dalam pengembangan dan pengaktifan ulang
patahan dan retakan. Berisi komponen-komponen seperti pola lingkaranMohr dengan
kriteria kesalahan Hokk-Brown, plot
stres - rasio, stereonet dan alat visualisasi 3 dimensi untuk memungkinkan
pengguna menggambarkan situasi hipotetis atau kesalahan dan
fraktur sistem dunia nyata yang kompleks, dan algoritma inversi stres yang
telah dipatenkan. 3DStress
digunakan dalam industri minyak dan gas , dan panas bumi , dan oleh regulator
pengeboran dan pembuangan limbah radioaktif tingkat tinggi.
2.
PyLith
Sebuah kode elemen terbatas untuk
simulasi dinamik dan quasistatic deformasi crustal. Terutama gempa dan gunung
berapi.
3.
Relaxs
Sebuah penyelesaian semi analitik domain
Fourier dan gaya-gaya tubuh yang sebanding untuk menghitung relaksasi
quasitatic peringatan tekanan.
4.
Virtual
Quak
Sebuah batasan elemen kode yang
menampilkan simulasi kesalahan sistem berbasis interaksi tekanan antara elemen
kesalahan untuk memahami prilaku statistika jangka lama.
5.
SELEN
Sebuah program untuk menyelesaikan
“Persamaan tingkat laut”
6.
LithoMop
Sebuah kode elemen terbatas sebagai
solusi dari deformasi visco-elastis/plastic yang didesain untuk masalah
permodelan lithosperik.
7.
Gale
Kode 2D/3D untuk komunitas tektonik
jangka lama. Kode-kode tersebut menyelesaikan masalah-masalah yang berhubungan
dengan orogenesis. Rifting, dan subduksi.
8.
Plasti
Kode 2D ALE yang didonasikan kepada CIG
oleh Sean Willet dan Chris Fuller dari Univeristas Washington. Kode-kode
tersebut dibuat pertama kali di Univeristas Dallhousie di Kanada.
9.
SNA
Lagrangian
yang diperbarui menunjukkan kode berbeda untuk pemodelan sebuah deforming
elasto-visco-plastic terbatas dalam format 3D.
10. Aspect
Kode paralel dengan elemen terbatas
untuk mensimulasikan permasalahan-permasalahan dalam konveksi termal dalam
model format 2D dan 3D, yang terbaru
dalam pengujian alpha.
11. CitcomCU
Kode paralel dengan elemen terbatas yang
memungkinkan permodelan termo-kimia konveksi dalam 3 dimensi domain yang sesuai
untuk konveksi dengan mantel bumi.
12. Ellipsis 3D
Sebuah versi 3D dari kode Ellipsis
dengan elemen terbatas dengan particle dalam sel, sebuah permodelan solid untuk
materi-materi visco-elastoplastic. Metode partikel dalam sel mengkombinasikan
kekuatan-kekuatan dari formulasi Lagrangian dan Eularian untuk para mekanik
selagi melalui batasan-batasan mereka.
13. HC
Penyelesai sirkulasi mantel global
yangmengikuti Hager & O’Connell yang dapat menghitung kecepatan, daya
tarik, geoid untuk distribusi kepadatan sederhana dan kecepatan piringan.
14. SPECFEM3D Cartesian
Mensimulasikan
akustik ( cairan ), elastis (
padat ) , ditambah akustik / elastis , poroelastic atau seismik propagasi
gelombang di setiap jenis sesuai mesh hexahedra ( terstruktur atau tidak . ) software ini memodelkan gelombang
seismik merambat di cekungan sedimen atau model geologi regional lainnya
berikut gempa bumi.
Software ini juga dapat digunakan untuk pengujian non - destruktif
atau untuk akustik laut.
15. SPECFEM3D_GLOBE
Mensimulasikan (benua skala ) seismik propagasi gelombang global dan
regional .
16. AxiSEM
Metode spektral - elemen paralel untuk 3D ( an- ) elastis , anisotropic dan
propagasi gelombang akustik dalam domain bola . software ini membutuhkan model latar belakang axisymmetric dan
berjalan dalam domain komputasi 2D , sehingga mencapai semua yang dibutuhkan frekuensi tertinggi (hingga 2Hz ) di seismologi global.
17. SW4
Mengimplementasikan kemampuan substansial untuk pemodelan seismik 3 - D ,
dengan kondisi permukaan bebas pada batas atas , menyerap kondisi super- kotak
pada batas-batas medan jauh , dan jumlah sewenang-wenang titik kekuatan dan /
atau titik saat hal sumber tensor .
18. SEISMIC_CPML
Seperangkat sebelas open-source Fortran90 program untuk memecahkan dua
dimensi atau tiga dimensi isotropik atau anisotropic elastis , viskoelastik
atau persamaan gelombang poroelastic menggunakan metode finite - perbedaan
dengan Konvolusional atau Auxiliary Perfectly cocok Layer ( C - PML atau ADE
-PML ) kondisi , yang dikembangkan oleh Dimitri Komatitsch dan Roland Martin dari
CNRS , Prancis.
19. SPECFEM1D
Mensimulasikan perambatan gelombang seismik di media heterogen satu dimensi
. Ini adalah kode kecil yang memungkinkan pengguna untuk mempelajari bagaimana
program spektral - unsur ditulis.
20. Paket
perangkat lunak FLEXWIN
Mengotomatisasi masalah pilihan waktu - window untuk seismolog . Ini
beroperasi pada pasang seismogram komponen tunggal diamati dan sintetis ,
mendefinisikan jendela yang mencakup sebanyak dari seismogram yang diberikan, sambil
menghindari bagian-bagian dari gelombang yang didominasi oleh kebisingan.
21. Mineos
Menghitung seismogram sintetik dalam bola simetris bumi
non -rotasi dengan menjumlahkan mode normal.
22. Calypso
Seperangkat kode untuk simulasi dinamo MHD di permukaan bola berputar menggunakan metode ekspansi harmonik bola.
23. MAG
Versi serial kode bola konveksi / magnetoconvection / dinamo berputar , yang
dikembangkan oleh Gary Glatzmaier dan dimodifikasi oleh Uli Christensen dan
Peter Olson .
Literature
Refferences
[1]
https://en.wikipedia.org/wiki/Theory_of_computation
[2]
https://en.wikipedia.org/wiki/Computational_chemistry
[3]
https://en.wikipedia.org/wiki/CASINO
[5]
https://en.wikipedia.org/wiki/SIESTA_(computer_program)
[6]
https://en.wikipedia.org/wiki/List_of_quantum_chemistry_and_solid-state_physics_softwaressss
