Matriks dan Graf di ℝ
                                                                                Contoh 2.C.4
Perhatikan graf �  di bawah ini
Gambar 2.C.4 Graf Berarah Berbobot Graf  pada  Gambar  2.C.4  di  atas  adalah  graf  berarah
� = � , ,  dengan
� = { , , }  dan = { , , , , , },  serta  bobot-bobot  dari  setiap
busurnya adalah , = ;
, = ; , = .
Selanjutnya, dijelaskan tentang definisi lintasan dalam graf dan beberapa konsep  yang  berhubungan  dengan  lintasan,  untuk  mendefinisikan  graf
terhubung kuat.
Definisi  2.C.6 Diberikan
� = �,  yang merupakan graf berarah dengan � = { , , … , }. Suatu lintasan � dalam � adalah suatu barisan berhingga
busur ,
, , , … ,
−
,  dengan  ,
+
untuk suatu dan
= , , … , − .
a
1
3 2
c b
Lintasan
� yang dimaksudkan dalam Definisi 2.C.6 dapat direpresentasikan
dengan → →
→ . Titik   disebut sebagai titik awal lintasan dan titik disebut sebagai titik akhir lintasan.
Definisi  2.C.7 Untuk  suatu  lintasan
� pada suatu graf berarah berbobot �, panjang lintasan didefinisikan sebagai banyaknya busur yang menyusun
� dan dinotasikan dengan
|�| .
Definisi 2.C.8 Rudhito, 2016
Suatu  lintasan disebut  sirkuit jika titik awal  dan titik akhirnya sama.  Sirkuit elementer  adalah  sirkuit  yang  titik-titiknya  muncul  tidak  lebih  dari  sekali,
kecuali titik awal yang muncul tepat dua kali.
Definisi 2.C.9
Suatu graf
berarah � = �,   dengan  � =
{ , , … , } dikatakan terhubung kuat jika untuk setiap  , �, ≠  terdapat
suatu lintasan dari i ke j.
Definisi 2.C.10 Rudhito, 2016
Suatu graf yang memuat sirkuit disebut graf siklik, sedangkan suatu graf yang tidak memuat sirkuit disebut graf taksiklik.
1
3 2
Contoh 2.C.5
Perhatikan graf �  di bawah ini
Gambar 2.C.5 Graf Berarah �
Graf pada Gambar 5 di atas adalah graf berarah � = � ,
, dengan � =
{ , , } dan = { , , , , , , , , , , , }. Dalam graf berarah
�  terdapat barisan busur 2,1,1,1,1,2,2,3 yang merupakan lintasan dalam � . Lintasan ini dapat direpresentasikan dengan  → → → → . Busur
ini mempunyai panjang 4 karena tersusun aas 4 busur. Lintasan
→ → → → → →  merupakan sirkuit dengan panjang 6. Lintasan
→ → →  merupakan suatu sirkuit elementer dengan panjang 3.
Pada graf berarah �  setiap titik yang berbeda selalu terdapat suatu lintasan,
sehingga graf berarah �  terhubung kuat.
Selanjutnya,  dijelaskan  mengenai  hubungan  antara  matriks  dan  graf berarah  berbobot  yang  terhubung  kuat  di
ℝ
max
.  Penjelasan  diawali  dengan PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
definisi graf bobot atau graf preseden, yang merupakan graf dari suatu matriks dalam
ℝ
max
.
Definisi  2.C.11 Graf  Bobot  Precedence  Graph,  Schutter,  1996  dalam
Rudhito, 2016 Diberikan
ℝ
� ×
. Graf bobot  atau preseden dari A adalah graf berarah berbobot
� = �,   dengan  � = { , , … , }  dan  = { , |
, = ≠ ɛ}.
Contoh 2.C.6
Diberikan matriks = [
ɛ −
ɛ ]
Graf  bobot  dari  matriks merupakan  graf  berarah  berbobot
� =
�,   dengan  himpunan  titik  � = { , , }  dan  himpunan  busur =
{ , , , , , , , , , , , , , },  seperti  yang  disajikan  dalam Gambar 2.C.6
. Perhatikan  sebaliknya  bahwa  untuk  setiap  graf  berarah  berbobot
� =
�,  selalu dapat didefinisikan suatu matriks ℝ
� ×
dengan = {
, , ,
ɛ, ,
Matriks   ini disebut sebagai  matriks  bobot  dari  graf �
dan graf berarah berbobot tersebut merupakan graf bobot dari  . Berikut disajikan gambar graf
berarah  berbobot  yang  bersesuaian  dengan  matriks pada  contoh  yang
diberikan di atas. PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
Gambar 2.C.6 Graf Berarah Berbobot Contoh 2.C.6
Selanjutnya, dijelaskan pula mengenai konsep lintasan dan sirkuit pada graf preseden.
Definisi 2.C.12 Diberikan graf berarah berbobot
� = �,  dengan � =
{ , , … , }. Bobot suatu lintasan � = → → →  didefinisikan sebagai
jumlahan bobot busur-busur yang menyusun � dan dinotasikan dengan |�| .
Definisi 2.C.13 Rudhito, 2016
Untuk matriks ℝ
� ×
, obot suatu lintasan � = → → →  dalam
graf  bobot �
adalah |�| =
,
+
,
+ +
,
−
.  Bobot  rata-rata lintasan
�, dinotasikan dengan |�̅|, didefinisikan sebagai
|�|
. |�|  dengan
operasi perkalian dan pembagian pada bilangan real. 1
3 1
2 -1
1
3 2
2 PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
Contoh 2.C.7 Perhatikan graf berarah berbobot pada Contoh 2.C.6 berikut.
Gambar 2.C.7 Graf Berarah Berbobot Contoh 2.C.6
Panjang  suatu  lintasan � = → → → →   adalah  |�| = .  Bobot
lintasan � adalah
|�| = , +
, + , +
, =
+ +
+ = − + + +
= Bobot rata-rata lintasan
� adalah  |�̅|=
|�|
. |�| =
=
Selanjutnya, dijelaskan mengenai hubungan antara elemen ke-st matriks ℝ
� ×
berpangkat  k  dengan  bobot  lintasan  dari  simpul  t  ke  s  pada  graf preseden
� .
1 3
1 2
-1
1
3 2
2 PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
Diberikan matriks ℝ
� ×
, jika �, maka unsur ke-st dari matriks
⊗
adalah
⊗
= max
≤ , ,…,
−
≤ ,
−
+ +
,
+
,
= max
≤ , ,…,
−
≤ .
+
.
+ +
,
−
untuk setiap s, t. Diketahui  bahwa
.
+
.
+ +
,
−
adalah  bobot  lintasan  dengan panjang k, dengan t sebagai titik awal dan s sebagai titik akhirnya dalam graf
� .  Oleh  karena  itu,
⊗
adalah  bobot  maksimum  semua  lintasan dalam
� dengan panjang k, dengan t sebagai titik awal dan s sebagai titik
akhirnya. Namun, apabila tidak ada lintasan dengan panjang k dari t ke s, maka bobot maksimum didefinisikan sama dengan
ɛ.
Contoh 2.C.8
Diberikan  matriks = [
ɛ −
ɛ
]  dari  Contoh  2.C.6.  Bobot  maksimum
semua  lintasan  dalam �
dengan  panjang =  ditentukan oleh elemen-
elemen
⊗
, dengan
⊗
= [ ].
Dari matriks di atas, dapat diperoleh
⊗
= . Ini berarti bobot maksimum semua lintasan dalam
� dengan panjang 3 yang berawal dari simpul 3 dan
berakhir di simpul 1 adalah 5. Hal ini karena
⊗
= max  + + , + + PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
= max  + + , + + = max ,
= Hal ini sesuai dengan yang terlihat dari graf preseden, bahwa  ada 2 lintasan
dengan panjang 3 yang berawal dari simpul 3 dan berakhir di simpul 1,yaitu → → →  dan  → → → .  Berikut  adalah  masing-masing  bobot
untuk setiap lintasan. Bobot untuk lintasan
→ → →   adalah |�| =
, + , +
, =
+ +
= + + =
Bobot untuk lintasan → → →   adalah
|�| = , +
, + ,
= +
+ = + +
= Dari semua bobot lintasan tersebut, diperoleh bobot maksimum 5.
Selanjutnya,  dijelaskan  mengenai  bobot  rata-rata  maksimum  untuk sirkuit  elementer,  dengan  maksimum  diambil  atas  semua  sirkuit  elementer
dalam suatu graf. PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
Diberikan  matriks ℝ
� ×
,  dengan  graf  bobotnya �
= �, . Bobot  maksimum  dari  semua  sirkuit  yang  memiliki  panjang  k  dengan  titik  i
sebagai  titik  awal  dan  titik  akhir  dalam  GA  dinotasikan  sebagai
⊗
. Maksimum  dari  bobot  maksimum  semua  sirkuit  yang  memiliki  panjang  k
dengan titik i sebagai titik awal dan titik akhir dalam GA atas seluruh titik i adalah
⊕
= ⊗
= �
⊗
dan  bobot  rata-ratanya  adalah �
⊗
. Kemudian, diambil maksimum atas sirkuit dengan panjang
, yaitu semua  sirkuit  elementer,  diperoleh  suatu  rumus  untuk  bobot  rata-rata
maksimum sirkuit elementer dalam GA, yang dinotasikan dengan �
max
, yaitu
�
max
=⊕
=
�
⊗
Suatu sirkuit dalam graf G yang mempunyai bobot rata-rata sama dengan bobot rata-rata maksimum sirkuit elementer disebut sebagai sirkuit kritis. Suatu
graf  G  yang  terdiri  dari  semua  sirkuit  kritis  disebut  graf  kritis  dari  G,  yang dinotasikan dengan
�
�
.
Contoh 2.C.9
Diberikan  matriks = [
− ɛ
ɛ ],  dengan  graf  berarah  berbobot  GA
adalah sebagai berikut. PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
1
1 3
1 -2
1
1
3 2
2
3 1
1 2
Gambar 2.C.8 Graf Berarah Berbobot Contoh 2.C.9
Akan  ditentukan  bobot  rata-rata  maksimum  sirkuit  elementer  dalam  GA �
max
tersebut.
Diperhatikan  bahwa
⊗
= [ ]  dan
⊗
= [ ],  sehingga
diperoleh �
= , �
⊗
= , dan �
⊗
= . Bobot rata-rata maksimum sirkuit elementer adalah
�
max
=⊕
=
�
⊗
= max ,
, =
Berdasarkan  hasil  perhitungan  di  atas, �
max
= ,  sehingga  sirkuit  kritis pada  graf  preseden  GA  adalah
→ →   dan  → → .  Maka  graf kritis
�
�
dari sirkuit kritis adalah
Gambar 2.C.9 Graf Kritis Contoh 2.C.9
Teorema 2.C.1 Baccelli, et.al., dalam Rudhito, 2016
Diberikan ℝ
� ×
.  Jika  semua  sirkuit  dalam  GA  mempunyai  bobot  tak positif, maka
∀� ,
⊗
�
max
⊕ ⊕ … ⊕
⊗
−
Bukti: Karena banyak titik dalam GA adalah n, maka semua lintasan dengan panjang
� tersusun dari k sirkuit dengan jumlah panjang seluruh sirkuit kurang dari
p dan satu lintasan dengan panjang kurang dari n. Ini berarti untuk setiap
� dan  untuk  setiap
, { , , … , },  terdapat
{ , , … , },  sehingga
⊗
�
=
⊗
+ ∑
⊗ ,
dengan − ,
, dan
= , , , … Karena semua sirkuit mempunyai bobot tidak positif, maka untuk setiap
� dan untuk setiap
, { , , … , }, berlaku
⊗
�
⊗
dengan − .
Akibatnya ∀�
,
⊗
�
max
⊕ … ⊕
⊗
−
. Karena untuk setiap matriks
ℝ
� ×
berlaku ⊕
max
, maka ∀�
,
⊗
�
max
⊕ ⊕ … ⊕
⊗
−
.
Berdasarkan  Teorema  2.C.1  di  atas,  maka  dapat  didefinisikan  operasi
bintang  unntuk matriks berikut ini. PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
Definisi  2.C.14 Diberikan  suatu  matriks
ℝ
� ×
,  dengan  semua  sirkuit dalam GA berbobot tidak positif, maka didefinisikan
∗
≔ ⊕ ⊕ … ⊕
⊗
⊕
⊗
−
⊕ … dan
+
≔ ⊗
∗
                