Teori Komputasi dan Implementasinya

Teori Komputasi adalah cabang ilmu komputer dan matematika yang membahas apakah dan bagaimanakan suatu masalah dapat dipecahkan pada model komputasi, menggunakan algoritma. Bidang ilmu ini terutama membahas hal terkait komputabilitas dan kompleksitas, dalam kaitannya dengan formalisme komputasi. Terdapat beberapa tokoh yang memberikan pendapatnya mengenai teori komputasi, antara lain John S. Conery 

A computation is a sequence of simple, well-defined steps that lead to the solution of a problem. The problem itself must be defined exactly and unambiguously, and each step in the computation that solves the problem must be described in very specific terms. (John S. Conery, 2010)

Atau jika diartikan maka dapat disimpulkan bahwa, komputasi adalah sebuah urutan langkah sederhana, terdefinisi dengan baik yang mengarah pada pemecahan masalah. Masalahnya sendiri harus didefinisikan secara tepat dan tidak ambigu, dan setiap langkah dalam perhitungan yang memecahkan masalah harus dijelaskan dengan persyaratan yang sangat spesifik.

• Area Ilmu Komputer

1. Ilmu Komputer Teoritikal

• Teori Komputasi
• Teori Informasi dan coding
• Algoritma dan data struktur
• Teori bahasa pemrograman
• Metode formal

      2. Ilmu Komputer Terapan 

• Artificial intelligence
• Arsitektur Komputer dan Engineering
• Computer Performance Analysis 
• Computer graphics and visual
• Computational science 
• Computer networks 
• Concurrent, parallel and distributed systems 
• Databases
• Health informatics
• Information science 
• Software engineering 
• Computer security and cryptography

Teori komputasi berkaitan dengan studi bagaimana persoalan dapat diseleaikan pada sebuah model dengan menggunakan algoritma. Model tersebut dinamakan model komputasi. Teori komputasi dibagi menjadi 3 ranting : 

1. Teori otomata
2. Teori komputabilitas 
3. Teori kompleksitas

Teori otomata mengacu pada definisi dan sifat-sifat model komputasi. Sedangkan Teori komputabilitas bertujuan untuk memeriksa apakah persoalan komutasi dapat dipecahkan pada suatu model komputasi teoritis, dengan kata lain teori komputabilitas mengklarifikasi persoalan sebagai dapat dipecahkan atau persoalan yang tidak dapat dipecahkan. Teori kompleksitas bertujuan untuk mengkaji kebutuhan waktu dan ruang untuk memecahkan persoalan yang diseleaikan dengan pendekatan yang berbeda-beda, dengan kata lain mengklarifikasi persoalan sebagai mudah atau sukar. 

Beberapa model komputasi :

1. Finite State Automata (FSA) / Finite State Machine (FSM) 
2. Push Down Automata (PDA)
3. Mesing Turing (Turing Mesin) atau TM

Di dalam teori komputasi, model komputasi yang sering dipakai adalah Mesin Turing.

Bidang-bidang Computing 

1. Computer Science (CS), fokus pada kajian aspek teoritis dan algoritmis bidang computing hingga aplikasinya.
2. Software Engineering (SE), fokus pada pengembangan (analisis, desain, implementasi, testing), pengopraian, dan pemeliharan perangkat lunak secara sistematis dan terukur.
3. Information System (IS), fokus pada pengintegrasian solusi teknologi informasi dan proses bisnis untuk mempertemukan kebutuhan informasi bisnis suatu enterprise.
4. Computer Engineering (CE), fokus pada desain konstruksi komputer atau sistem berbasis komputer. 
5. Information Technology (IT), fokus pada penggunaan teknologi komuter untuk mempertemukan kebutuhan bisnis, pemerintah, pendidikan, kesehatan, dan organisasi lainnya.

Implementasi Komputasi

• Dalam bidang Fisika

Fisikan komputasi adalah studi implementasi numerik algortima untuk memecahkan masalah di bidang fisika dimana teori kuantitatif yang sudah ada. Dalam fisika, berbagai teori yang berdasarkan permodelan matematika menyediakan prediksi yang akurat mengenai bagaimana sebuah sistem bergerak. Namun seringkali penggunaan permodelan matematika untuk sebuah sistem khusus yang bertujuan untuk menghasilkan prediksi yang bermanfaat tidak bisa dilakukan ketika itu. Hal ini terjadi karena solusi permasalahan tidak memiliki ekspresi bentuk tertutup atau terlalu rumit. dalam banyak kasus perkiraan numerik dibutuhkan.

Fisika komputasi adalah subjek yang berhubungan dengan berbagai perkiraan numerik, perkiraan solusi yang ditulis sebagai sejumlah besar bilangan terbatas (finite) dari operasi matematika sederhana (algoritma), dan komputer digunakan untuk melakukan operasi tersebut dan menghitung solusi dan errornya. 

Banyak perangkat lunak ataupun bahasa yang digunakan, baik MatLab, Visual Basic, Fortran, Open Source Physics (OSP), Labview, Mathematica, dan lain sebagainya digunakan untuk pemahaman dan pencarian solusi numerik dari masalah-masalah pada Fisika komputasi. Suatu yang menjadi fokus perhatioan kita disini adalah penggunaan visual basic sebagai alat bantu dalam pembelajaran dan pencarian solusi Fisika komputasi. Kini komputer bukan hanya digunakan untuk mengolah data praktikum atau membuat dokumen ilmiah, namun dapat digunakan untuk menghitung suatu perhitungan yang rumit.

• Dalam bidang Kimia 

Kimia komputasi adalah cabang kimia yang menggunakan hasil kimia teori yang diterjemahkan ke dalam program komputer untuk menghitung sifat-sifat molekul dan perubahannya maupun melakukan simulasi terhadap sistem-sistem besar (markomolekul seperti protein atau sistem banyak molekul seperti gas, cairan, padatan, dan kristal cair), dan menerapkan program tersebut pada sistem kimia nyata. Contoh sifat-sifat molekul yang dihitung antara lain struktur , energi dan selisih energi, muatan, momen dipol, kereaktifan, frekuensi getaran dan besaran spektroskopi lainnya. 

Istilah kimia teori dapat didefinisikan sebagai deskripsi matematika untuk kimia, sedangkan kimia komputasi biasanya digunakan ketika metode matematika dikembangkan dengan cukup baik untuk dapat digunakan dalam program komputer. Perlu dicatat bahwa kata "tepat" atau "sempurna" tidak muncul disini, karena sedikit sekali aspek kimia yang dapat dihitung secara tepat. Hampir semua aspek kimia dapat digambarkan dalam skema komputasi kualitatif atau kuantitatif hampiran.

Terdapat beberapa pendekatan yang dapat dilakukan :

1. Kajian komputasi dapat dilakukan untuk menemukan titik awal untuk sintesis dalam laboraturium.
2. kajian komputasi dapat digunakan untuk menjelajahi mekanisme reaksi dan menjelaskan pengamatan pada reaksi di laboraturium.
3. Kajian komputasi dapat digunakan untuk memahami sifat dan perubahan pada sistem makroskopis melalui simulasi yang berlandaskan hukum-hukum interaksi yang ada dalam system.

• Dalam Bidang Matematika 

Implementasi komputasi dibidang matematika adalah numerical analysis yaitu sebuah algoritma dipakai untuk menganalisa masalah-masalah matematika. Bidang analisis numerik sudah dikembangkan berabad-abad sebelum penemuan komputer modern. Interpolasi linear sudah digunakan lebih dari 2000 tahun yang lalu. Banyak matematikawan besar dari masa lalu disibukkan oleh analisis numerik, seperti yang terlihat jelas dari nama algoritma penting seperti metode Newton, interpolasi polinomial Lagrange, eliminasi Gauss, atau metode Euler.

Buku-buku besar berisi rumus dan tabel data seperti interpoiasi titik dan koefisien fungsi diciptakan untuk memudahkan perhitungan tangan. Dengan menggunakan tabil ini kita bisa melihat nilai-nilai untuk diisikan ke dalam rumus yang diberikan dan mencapai perkiraan numeris sangat baik untuk beberapa fungsi. Karya utama dalam bidang ini adalahh penerbitan NIST yang disunting oleh Abramovich dan Stegun, sebuah buku setebal 1000 halam lebih. Buku ini berisi banyak seklai rumus yang umum digunakan dan fungsi serta nilai-nilainya dibanyak titik. 

Kalkulator mekanik juga dikembangkan sebagai alat untuk perhitungan tangan. Kalkulator ini berevolusi menjadi komputer elektronik pada tahun 1940. Kemudian ditemukan bahwa komputer juga berguna untuk tujuan administratif. Tetapi penemuan komputer juga mempengaruhi bidang analisis numerik, karena memungkinkan dilakukannya perhitungan yang lebih panjang dan rumit.

• Dalam Bidang Ekonomi 

Implementasi pada ilmu pengetahuan ekonomi adalah mempelajari agent-based computational modeling, computational econometrics dan statistika, komputasi keuangan, computational modeling of dynamic macroeconomic system, pemrograman yang didesain khusus untuk komputasi ekonomi, dan pengembangan alat bantu dalam pendidikan komputasi ekonomi. Kerena dibidang ekonomi pasti memiliki permasalahan yang harus dipecahkan oleh algoritma contohnya adalah teori statistika untuk memecahkan permasalahan keuangan.

Komputasi dapat digunakan untuk memecahan masalah ekonomi, contohnya seperti : Data Mining, dengan data mining sebuah perusahaan dapat memecahkan masalah dengan cara yang seefektif mungkin. Manfaat yang terjadi dengan adanya komputasi ini yaitu, perhitungan kompleks yang bisa mencapai ribuan data dapat dengan mudah dikerjakan manusia dengan bantuan komputer. Hal ini tentunya dapat mengurangi waktu, biaya dan lain sebagainya.

• Dalam Bidang Geografi

Implementasi komputasi geografi adalah mengimplementasi atau mempraktekkan suatu model komputasi didalam faktor geografi, baik secara real maupun virtual. Geografi itu sendiri tidak selalu membahas tentang georafi Bumi dan cuacanya. Geografi yang dimaksud bisa saja berhubungan dengan dunia komputerisasi. Sebagai contoh adalah cloud computing. Cloud Computing didefinisikan sebagai sebuah model komputasi yang memungkinkan kita untuk memperoleh kenyamanan, akses on-demand terhadap kumpulan sumber daya komputasi, yang konfigurasinya dapat dilakukan dengan cepat, dan disertai sedikit usaha untuk mengelola dan berhubungan dengan penyedia layanannya.

• Dalam Bidang Geologi 

Geologi adalah ilmu yang mempelajari bumi, komposisinya, struktur, sifat-sifat fisik, sejarah, dan proses pembentukannya. Dalam ilmu alam, pendekatan ilmu komputasi dapat memberikan berbagai pemahaman baru, melalui penerapan model-model matematika dalam program komputer berdasarkan landasan teori yang telah berkembang, untuk menyelesaikan masalah-masalah nyata dalam ilmu tersebut. Pada bidang geologi teori komputasi biasanya digunakan untuk pertambangan, sebuah sistem komputer digunakan untuk menganalisa bahan-bahan mineral dan barang tambang yang terdapat didalam tanah. 

Referensi :

• https://id.wikipedia.org/wiki/Teori_komputasi
• http://informatika.stei.itb.ac.id/~rinaldi.munir/TeoriKomputasi/2014-2015/IF5110%20-%20Pengantar%20Teori%20Komputasi.pdf
• https://ubiquity.acm.org/article.cfm?id=1889839
• https://dhozkiii24.wordpress.com/2015/03/31/implementasi-komputasi/
• https://hambalisb.wordpress.com/2016/05/07/penerapan-komputasi-modern-pada-bidang-geologi/