Sistem Penjadwalan Kuliah dengan Menggunakan Algoritma Genetika Studi Kasus Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara

  PENJADWALAN KULIAH DENGAN MENGGUNAKAN ALGORITMA GENETIKA STUDI KASUS FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA TESIS Oleh: PURWANTO SIMAMORA 097034013/MTE FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2013

  Tugas Akhir ini diajukan untuk melengkapi salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister Teknik (MT)

  Oleh PURWANTO SIMAMORA 097034013/MTE FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2013

  Judul Tesis : PENJADWALAN KULIAH DENGAN MENGGUNAKAN ALGORITMA GENETIKA STUDI KASUS FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA Nama Mahasiswa : Purwanto Simamora Nomor Induk : 097034013 Program Studi : Magister Teknik Elektro

Menyetujui

Komisi Pembimbing,

  (Prof. Drs. Tulus, M.Si., Ph.D.) (Fakhruddin R. Batubara, S.T., M.TI.) Ketua Anggota Sekretaris Program Studi, Dekan, (Drs. Hasdari Helmi, M.T.) (Prof. Dr. Ir. Bustami Syam, MSME) Tanggal Lulus : 10 Oktober 2013

  

PENJADWALAN KULIAH DENGAN MENGGUNAKAN ALGORITMA

GENETIKA STUDI KASUS FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

Oleh:

PURWANTO SIMAMORA

  

NIM: 097034013

Tugas Akhir ini diajukan untuk melengkapi salah satu syarat

untuk memperoleh gelar Magister Teknik

PROGRAM STUDI MAGISTER TEKNIK ELEKTRO

  

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

Sidang meja hijau tanggal 10 bulan Oktober tahun 2013 di depan komisi

penguji:

  1. Prof. Drs. Tulus, M.Si., Ph.D. : Ketua Penguji : __________ 2. Fakhruddin R. Batubara, S.T., M.TI. : Anggota Penguji I : __________ 3. Dr. Benny B. Nasution., Dipl.Ing., M.Eng. : Anggota Penguji II : __________ 4. Fahmi, S.T., M.Sc. : Anggota Penguji III : __________ 5. Dr. Poltak Sihombing, M.Kom. : Anggota Penguji IV : __________

Diketahui Oleh:

Sekretaris,

  

Program Studi Magister Teknik Elektro FT. USU

(Drs. Hasdari Helmi, M.T.)

NIP. 195911301987011001

  Telah Diuji pada Tanggal : 10 Oktober 2013 PANITIA PENGUJI TESIS Ketua : Prof. Drs. Tulus, M.Si., Ph.D Anggota : 1. Fakhruddin R. Batubara, S.T., M.TI.

   2. Dr. Benny B. Nasution., Dipl.Ing., M.Eng 3. Fahmi, S.T., M.Sc.

   4. Dr. Poltak Sihombing, M.Kom

  

ABSTRAK

  Penjadwalan kuliah merupakan suatu kegiatan untuk mengalokasikan sejumlah aktivitas perkuliahan ke dalam slot ruang dan waktu yang telah tersedia. Untuk menghasilkan suatu penjadwalan kuliah yang baik, maka diperlukan komponen penjadwalan antara lain dosen, mata kuliah, mahasiswa, kurikulum, ruang dan waktu. Keterbatasan ruang dan waktu kuliah sering menjadi permasalahan dalam penyusunan jadwal kuliah. Penambahan jumlah mahasiswa, penambahan mata kuliah akibat penerapan kurikulum baru, dan penambahan kegiatan lain di universitas mempengaruhi penggunaan jumlah ruang dan waktu. Sistem penjadwalan kuliah yang diinginkan adalah sistem penjadwalan yang optimal dan cepat untuk mengatasi tiap perubahan yang terjadi. Sistem penjadwalan yang dihasilkan nantinya harus tetap mengatasi keterbatasan pada komponen penjadwalan yaitu jumlah dosen, ruang dan waktu yang tersedia. Penelitian ini menggunakan dua metode dalam menyusun sistem penjadwalan kuliah, yaitu dengan menggunakan algoritma penjadwalan dan tanpa menggunakan algoritma penjadwalan. Kedua metode ini akan digabungkan ke dalam algoritma genetika sehingga diharapkan diperoleh suatu sistem penjadwalan kuliah yang dapat mengurangi jumlah pelanggaran ruang dan waktu. Dari hasil penelitian diperoleh bahwa tanpa menggunakan algoritma penjadwalan, terjadi 2 pelanggaran waktu dan jumlah ruang minimal yang digunakan ada sebanyak 9 ruangan serta konvergen pada generasi ke-127. Tetapi dengan menggunakan algoritma penjadwalan, jumlah pelanggaran yang terjadi tidak terjadi lagi dan penggunaan jumlah ruangan minimal menjadi 8 ruangan serta konvergen pada generasi ke-85. Dengan demikian penjadwalan mata kuliah dengan menggabungkan algoritma penjadwalan dan algoritma genetika merupakan metode yang lebih tepat untuk mengurangi jumlah pelanggaran waktu dan dapat lebih memanfaatkan penggunaan jumlah ruangan seminimal mungkin. Katakunci : Penjadwalan Kuliah, Algoritma genetika, Konvergen, Pelanggaran

  Ruang, Pelanggaran Waktu

  ABSTRACT Scheduling courses is an activity of allocating a number of activities of giving

lectures in an available slot of space and time. To yield good course scheduling, we

need scheduling components such as instructors, subjects, students, curriculum, place, and time. The limited place and time for courses often become a problem in

organizing course schedule. The addition of the number of students, the addition of

subjects because of a new curriculum, and the addition of other activities at the university influence the use of place and time. The intended system of scheduling courses is an optimal and fast scheduling system to cope with every change. The outcome of the scheduling system should be able to cope with the limitation of scheduling components such as the available number of instructors, place, and time. This research used two methods in organizing the scheduling of courses, by using scheduling algorithm and without using scheduling algorithm. These two methods would be combined into genetic algorithm so that it was expected to obtain a system of course scheduling which could reduce a number of violations against place and time. The result of the research showed that scheduling algorithm was not used, two violations would occur and the number of minimal use of rooms would be nine rooms th

and the convergence at the 127 generation. On the other hand, scheduling logarithm

was used, the number of violations would not occur and the use of minimal rooms th

became eight rooms at the 85 generation. Therefore, the scheduling of courses by

combining scheduling algorithm with genetic algorithm was a correct method to reduce the number of violations of place and time and could be more beneficial for the use of the number of rooms as minimal as possible.

  Keywords: Course Scheduling, Genetic Algorithm, Convergence, Violation of Place, Violation of Time

  Puji dan syukur kehadirat Tuhan Yang Maha Esa, atas berkat, rahmat dan karuniaNya sehingga penulis dapat menyelesaikan tesis dengan judul: Sistem

  Penjadwalan Kuliah dengan Menggunakan Algoritma Genetika Studi Kasus Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

  Tesis ini merupakan salah satu syarat yang harus dipenuhi oleh mahasiswa untuk mendapatkan gelar Magister Teknik pada Program Studi Teknik Elektro Universitas Sumatera Utara.

  Penulis banyak mendapat bantuan dan dukungan dari berbagai pihak dalam menyelesaikan tesis ini. Pada kesempatan ini, penulis mengucapkan terima kasih kepada Bapak Prof. Drs. Tulus, M.Si., Ph.D., selaku Ketua Komisi Pembimbing, Bapak Fakhruddin R. Batubara, S.T., M.TI., selaku Pembimbing yang dengan penuh sabar, arif dan bijaksana memberikan bimbingan, dorongan, petunjuk serta arahan kepada penulis. Bapak Dr. Benny B. Nasution, Dipl. Ing., M.Eng., Bapak Fahmi, S.T., M.Sc., dan Bapak Dr. Poltak Sihombing, M.Kom., selaku Pembanding Utama yang telah memberikan kritik dan masukan terhadap tesis.

  Penulis juga mengucapkan terima kasih kepada orang tua penulis, Bapak Drs. Djamiandar Simamora, DFM., M.Pd. dan Ibu Alida Nurbetty Siregar atas doa dan dukungannya. Keluarga dan teman penulis yang telah banyak memberikan semangat dan perhatian serta toleransi sehingga tesis ini selesai. Terselesaikannya penelitian tesis ini juga melibatkan berbagai pihak yaitu: Ketua dan Sekretaris Program Studi Magister Teknik Elektro, serta seluruh staf pengajar dan karyawan Program Studi Magister Teknik Elektro, untuk itu penulis mengucapkan terimakasih atas kontribusi dan bantuannya.

  Penulis menyadari masih ada kekurangan dalam tulisan ini, namun penulis mengharapkan tulisan ini dapat memenuhi persyaratan yang diperlukan untuk suatu tesis dalam Program Studi Magister Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

  Akhir kata penulis mengucapkan terima kasih dan semoga tesis ini dapat berguna bagi semua kita.

  Medan, Oktober 2013 Hormat Saya, Purwanto Simamora

  D A F T A R I S I

  Halaman

  ABSTRAK ..................................................................................................... i-ii KATA PENGANTAR .................................................................................... iii DAFTAR ISI ..................................................................................................... v DAFTAR TABEL ........................................................................................... ix DAFTAR GAMBAR ....................................................................................... xi DAFTAR LAMPIRAN ................................................................................... xii

  BAB I PENDAHULUAN ............................................................................... 1 1.1. Latar Belakang Masalah ................................................................. 1 1.2. Rumusan Masalah ......................................................................... 6 1.3. Batasan Masalah ............................................................................ 6 1.4. Tujuan Penelitian .......................................................................... 7 1.5. Manfaat Penelitian ........................................................................ 7 1.6. Sistematika Penulisan ................................................................... 8 BAB II TINJAUAN PUSTAKA ................................................................... 10 2.1. Penelitian Terkait ........................................................................ 10 2.2. Penjadwalan Kuliah ..................................................................... 12 2.3. Masalah Penjadwalan Kuliah ...................................................... 14 2.4. Persyaratan Penjadwalan ............................................................. 15 2.5. Kesulitan dalam Menyusun Penjadwalan .................................... 16 2.6. Algoritma Genetika ...................................................................... 17 2.6.1. Tahapan Algoritma Genetika ........................................... 18 2.6.2. Komponen Utama Algoritma Genetika ........................... 19 2.7. Pengkodean ................................................................................. 19 2.7.1. Pengkodean Biner ............................................................. 19

  2.7.2. Pengkodean Nilai .............................................................. 20 2.7.3.

  Pengkodean Pohon ........................................................... 21 2.7.4. Pengkodean Permutasi ....................................................... 21 2.8. Inisialisasi Populasi ................................................................... 22 2.9. Operator dalam Algoritma Genetika .......................................... 23 2.9.1.

  Seleksi ............................................................................ 23

  2.9.1.1.Seleksi Roda Roulette ....................................... 23

  2.9.1.2.Seleksi Ranking .................................................. 25

  2.9.1.3.Seleksi Turnamen ........................................................ 26 2.9.2.

  Kawin Silang ................................................................. 27

  2.9.2.1.Kawin Silang 1 Titik ......................................... 27

  2.9.2.2.Kawin Silang 2 Titik ......................................... 28

  2.9.2.3.Kawin Silang Seragam ...................................... 29

  2.9.2.4.Kawin Silang Rekombinasi .............................. 30 2.9.3.

Mutasi ............................................................................ 31

  2.9.3.1.Mutasi Biner ..................................................... 32

  2.9.3.3.Mutasi Nilai ...................................................... 32

  2.10. Elitisme ..................................................................................... 33

  2.11. Precedence Presservative Crossover (PPX) .............................. 33

  2.12. Konvergen ................................................................................. 34

  BAB III METODE PENELITIAN .............................................................. 36

  3.1. Sumber Data ............................................................................. 36

  3.1.1. Daftar Nama Dosen ......................................................... 37

  3.1.2. Daftar Mata Kuliah ......................................................... 37

  3.1.3. Daftar Jumlah Mahasiswa ............................................... 38

  3.1.4. Daftar Waktu Kuliah ....................................................... 38

  3.1.5. Daftar Ruang Kuliah ....................................................... 39

  2.9.3.2.Mutasi Permutasi .............................................. 32

  3.2. Perancangan Penjadwalan Kuliah ............................................. 39

  4.2. Komponen Penjadwalan ............................................................ 52

  4.5.2. Pencarian Kromosom Dominated & Non-Dominated .... 83

  4.5.1. Penentuan Hard Constraint dan Soft Constraint ............ 81

  4.5. Proses Optimasi dengan Algoritma Genetika ............................ 81

  4.4. Fungsi fitness ............................................................................. 77

  4.3.3. Pengembalian Kode (Decoding) .................................... 69

  4.3.2. Pembentukan Kromosom ................................................ 60

  4.3.1. Pengkodean Data ............................................................. 57

  4.3. Perancangan Sistem Penjadwalan Kuliah .................................. 56

  4.2.3. Daftar Ruang Kuliah ...................................................... 55

  4.2.2. Daftar Waktu Kuliah ....................................................... 54

  4.2.1. Daftar Mata Kuliah ......................................................... 53

  4.1. Pengumpulan Data ..................................................................... 51

  3.3. Optimasi Penjadwalan dengan Algoritma Genetika .................. 40

  BAB IV HASIL DAN ANALISA ................................................................. 51

  3.8. Diagram Alir Penelitian ............................................................. 49

  3.7. Perbandingan dan Analisa Hasil Penjadwalan .......................... 48

  3.6. Perancangan Algoritma Genetika .............................................. 46

  3.5.2. Crossover dan Mutasi ..................................................... 45

  3.5.1. Seleksi dan Penetapan Fungsi Fitness ............................ 43

  3.5. Pemilihan Operator Genetika .................................................... 43

  3.4. Pembentukan Populasi Awal (Inisialisasi) ................................ 42

  3.3.3. Pembentukan Kromosom ................................................ 41

  3.3.2. Pembentukan Gen ........................................................... 41

  3.3.1. Pemilihan Representasi Masalah .................................... 40

  4.5.3. Proses Seleksi dan Mutasi ............................................... 85

  4.5.4. Hasil Pengujian pada Metode Tanpa Algoritma Penjadwalan .................................................................... 87

  4.6. Proses Optimasi dengan Algoritma Penjadwalan dan Algoritma Genetika ............................................................ 89

  4.6.1. Pembentukan Gen pada Metode dengan Algoritma Penjadwalan ................................................. 89

  4.6.2 Perbaikan Kromosom dengan Algoritma Genetika .......................................................................... 99

  4.6.3 Hasil Pengujian pada Metode Tanpa Algoritma Penjadwalan .................................................................. 100

  4.7. Perbandingan Hasil Penjadwalan .......................................... 103

  4.8. Perbandingan Grafik Hasil Penjadwalan ............................... 105

  BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ........................................................ 107 5.1. Kesimpulan ............................................................................ 107 5.2. Saran ...................................................................................... 108 DAFTAR PUSTAKA .................................................................................... 109 LAMPIRAN ................................................................................................ A – J

  

D A F T A R T A B E L

  Halaman

Tabel 2.1. Kromosom dengan Pengkodean Biner ................................................ 20Tabel 2.2. Kromosom dengan Pengkodean Nilai.................................................. 21Tabel 2.3. Kromosom dengan Pengkodean Permutasi.......................................... 22Tabel 2.4. Contoh proses seleksi ........................................................................... 23Tabel 2.5. Seleksi Ranking sebelum di-ranking.................................................... 25Tabel 2.6. Seleksi Ranking setelah di-ranking ...................................................... 25Tabel 2.7. Kawin Silang Rekombinasi .................................................................. 30Tabel 2.8. Mutasi pada Pengkodean Biner............................................................ 32Tabel 2.9. Mutasi pada Pengkodean Permutasi .................................................... 32Tabel 2.10 Contoh mutasi pada pengkodean nilai riil............................................ 33Tabel 3.1 Contoh Pengkodean Waktu Kuliah dengan Kode Biner ........................ 40Tabel 3.2 Contoh Pengkodean Ruang Kuliah dengan Kode Biner ........................ 41Tabel 3.3 Jadwal Hasil Penerjemahan Kromosom ................................................ 42Tabel 4.1 Daftar Mata Kuliah dan Dosen .............................................................. 53Tabel 4.2 Daftar Waktu Kawin untuk Daftar Hari ................................................. 55Tabel 4.3 Daftar Waktu Kawin untuk Daftar Jam ................................................. 55Tabel 4.4 Daftar Ruang Kuliah .............................................................................. 56Tabel 4.5 Kode Biner untuk Waktu Kuliah ........................................................... 57Tabel 4.6. Kode Biner untuk Ruang Kuliah ........................................................... 60Tabel 4.7 Pembentukan Gen dari Kode Waktu dan Kode Ruang Kuliah .............. 63Tabel 4.8 Urutan Mata Kulih dalam Kromosom ................................................... 60Tabel 4.9 Tabel Jadwal Kuliah Hasil Decoding dari Kromosom 1 ....................... 70Tabel 4.10 Jadwal Penggunaan Waktu dan Ruang Kuliah .................................... 79Tabel 4.11 Pengurutan Kromosom berdasarkan Fitness f

  1 .................................... 82

Tabel 4.12 Pemberian Nilai Fitness pada Kromosom dalam Populasi .................. 84Tabel 4.13 Kromosom Terpilih untuk k = 3 .......................................................... 85Tabel 4.14 Populasi Akhir dari Hasil Proses Optimasi .......................................... 87Tabel 4.15 Pengkodean Prioritas Mata Kuliah ...................................................... 90Tabel 4.16 Urutan Penjadwalan Kuliah berdasarkan Penerjemahan

  Kromosom I ......................................................................................... 94

Tabel 4.17 Hasil Penjadwalan dengan Algoritma Penjadwalan ............................ 97Tabel 4.18 Populasi Akhir sebagai Solusi Optimal dari Hasil Proses

  Optimasi dengan Metode Algoritma Genetika .................................. 101

Tabel 4.19 Perbandingan Hasil Akhir Proses Optimasi dari Metode dengan

  Algoritma Penjadwalan dan Tanpa Algoritma Penjadwalan ............. 103

  

D A F T A R G A M B A R

  Halaman

Gambar 2.1. Flowchart Algoritma Genetika ........................................................ 18Gambar 2.2. Seleksi Roda Roulette ...................................................................... 24Gambar 2.3. Kawin Silang 1 Titik ........................................................................ 28Gambar 2.4. Kawin Silang 2 Titik ......................................................................... 29Gambar 2.5. Kawin Silang seragam ....................................................................... 30Gambar 2.6. Operasi Mutasi Genetika ................................................................... 31Gambar 2.7. Precedence Presservative Crossover (PPX) ..................................... 34Gambar 2.8. Nilai fitness dalam algoritma genetika .............................................. 35Gambar 3.1. Pembentukan Gen untuk Kode Waktu dan Kode Ruangan .............. 41Gambar 3.2. Kromosom yang Terbentuk dari Susunan Gen ................................. 42Gambar 3.3 Proses Seleksi untuk Pencarian Pareto Optimal ................................. 45Gambar 3.4 Proses Crossover ................................................................................ 46Gambar 3.5 Diagram Alir Penelitian ..................................................................... 50Gambar 4.1. Kromosom 1 yang terdiri dari 1050 Bit Biner .................................. 69Gambar 4.2. Proses Reproduksi dengan Mutasi Banyak Titik .............................. 86Gambar 4.3. Proses Perubahan Kode Biner ke Bentuk Gray Code ....................... 90Gambar 4.4. Pembentukan Kromosom berdasarkan Urutan Penjadwalan

  Mata Kuliah ....................................................................................... 94

Gambar 4.5. Tabel Jadwal sebagai Matriks Waktu dan Ruangan.......................... 95Gambar 4.6. Grafik Hasil Penjadwalan Kuliah tanpa Menggunakan

  Algoritma Penjadwalan ................................................................... 105

Gambar 4.7. Grafik Hasil Penjadwalan Kuliah dengan Menggunakan

  Algoritma Penjadwalan ................................................................... 106