S KOM 0800403 Chapter3
BAB III
METODOLOGI PENELITIAN
3.1 Desain Penelitian
Gambar 3.1 menggambarkan desain penelitian peramalan volume
penumpang kereta api di pulau Jawa-Sumatera dengan metode Jaringan Syaraf
Tiruan Backpropagation.
Studi Literatur:
Peramalan, Jaringan Syaraf
Tiruan Backpropagation
Pengumpulan Data Volume
Penumpang Kereta Api
Jabotabek dan Non Jabotabek
Data Prepocessing
Data Cleaning:
1. Penanganan Data Hilang
2. Pendeteksian Outlier
Perancangan Algoritma Jaringan Syaraf Tiruan
Backpropagation
Pelatihan Jaringan
Perancangan Arsitektur Jaringan
Penyusunan Data Set Pelatihan dan
Pengujian
Pengujian Jaringan
Inisialisasi Data
Analisis Sensitifitas
Transformasi Data
Pembagian Data:
1. Data Pelatihan
2. Data Pengujian
Pendekatan Terstruktur
Menggunakan Model Proses VModel:
1. Analisa Kebutuhan
2. Desain Sistem
3. Desain Program
4. Koding
5. Tes Unit dan Antarmuka
6. Pengujian Sistem
7. Validasi Sistem
8. Perawatan Sistem *
Pembangunan Perangkat Lunak Peramalan
Volume Penumpang Kereta Api
Modifikasi Algoritma
Backpropagation dengan
Menggunakan Teknik
Optimalisasi
Dokumentasi Penelitian
Gambar 3. 1 Desain Penelitian
Berikut ini penjelasan desain penelitian yang digambarkan pada gambar 3.1:
a. Studi literatur merupakan proses mempelajari dan memahami teori-teori yang
berhubungan dengan penelitian. Teori-teori yang dipelajari yaitu peramalan,
Jaringan Syaraf Tiruan, backpropagation, dan optimalisasi backpropagation
yang diperoleh melalui buku, jurnal, artikel, situs internet, dan sumber ilmiah
Riza Fauzi Rahman, 2015
PERAMALAN VOLUME PENUMPANG KERETA API DI PULAU JAWA-SUMATERA DENGAN METODE
JARINGAN SYARAF TIRUAN BACKPROGATION
Universitas Pendidikan Indonesia | \.upi.edu perpustakaan.upi.edu
lain.
b.
Riza Fauzi Rahman, 2015
PERAMALAN VOLUME PENUMPANG KERETA API DI PULAU JAWA-SUMATERA DENGAN METODE
JARINGAN SYARAF TIRUAN BACKPROGATION
Universitas Pendidikan Indonesia | \.upi.edu perpustakaan.upi.edu
48
c. Data volume penumpang kereta api di pulau Jawa-Sumatera dicari melalui
internet dan dikumpulkan dalam satu kesatuan. Dengan data tersebut,
kemudian dilakukan data preprocessing. Data preprocessing dimaksudkan
untuk mempersiapkan data sebelum diproses dengan algoritma. Data
preprocessing Terdiri dari beberapa tahap:
1. Data cleaning, merupakan tahap awal preprocessing. Tahap ini menangani
data yang hilang atau tidak lengkap dan mendeteksi outlier (data asing).
2. Transformasi data volume penumpang kereta api dimaksudkan agar data
sesuai dengan algoritma yang dipakai. Proses transformasi dilakukan
dengan mengubah data menjadi rentang tertentu.
3. Tahap selanjutnya data dibagi menjadi dua, yaitu data pelatihan dan data
pengujian. Data pelatihan digunakan ketika melatih jaringan, sedangkan
data pengujian digunakan ketika jaringan diuji.
d. Perancangan algoritma Jaringan Syaraf Tiruan (JST) Backpropagation terdiri
dari beberapa tahap, yaitu
1. Perancangan arsitektur jaringan untuk menentukan jumlah node input
(simpul masukan), jumlah lapisan layar tersembunyi dengan jumlah node
(simpul tersembunyi), dan jumlah node output (simpul keluaran). Didalam
perancangan arsitektur jaringan juga ditentukan fungsi aktivasi yang akan
digunakan. Fungsi aktivasi yang digunakan harus disesuaikan dengan
algoritma yang akan digunakan dan karakteristik data. Misalnya untuk data
yang memiliki rentang 0 sampai 1, maka digunakan fungsi aktivasi sigmoid
biner . Sedangkan untuk data rentang -1 sampai 1, digunakan fungsi aktivasi
sigmoid bipolar .
2. Selanjutnya menyusun data set (kumpulan data) yang akan digunakan
untuk pelatihan dan pengujian. Dalam menyusun data set, disesuaikan
dengan jumlah simpul masukan, tersembunyi, dan keluaran.
3. Tahap berikutnya yaitu inisialisasi data yang mencakup inisialisasi bobot,
inisialiasasi variable learning rate, momentum, maksimum epoch, dan
batas nilai toleransi pelatihan backpropagation.
Riza Fauzi Rahman, 2015
PERAMALAN VOLUME PENUMPANG KERETA API DI PULAU JAWA-SUMATERA DENGAN METODE
JARINGAN SYARAF TIRUAN BACKPROGATION
Universitas Pendidikan Indonesia | \.upi.edu perpustakaan.upi.edu
49
4. Modifikasi algoritma backpropagation dilakukan dengan menambahkan
analisis
kesalahan
nilai
keluaran
jaringan
dan
teknik
optimasi
backpropagation. Teknik optimalisasi yang dipakai pada penelitian ini
yaitu inisialisasi bobot dan momentum. Selain itu, algoritma untuk
pengujian jaringan dan peramalan juga dimodifikasi dengan menggunakan
algoritma backpropagation fase propagasi maju dan analisis kesalahan nilai
keluaran (pada pengujian jaringan).
e. Model proses yang digunakan dalam pembangunan perangkat lunak ini metode
V-Model. Tahapan pada V-Model seperti yang terlihat pada gambar 3.2 serupa
dengan model waterfall/classical tetapi lebih menekankan terhadap asosiasi
antar tahapan sebelum pemrograman dan sesudahnya. Penekanan yang utama
ada pada tahap verifikasi dan validasi.
Analisa
Kebutuhan
Validasi
Sistem
Perawatan
Desain
Sistem
Pengujian
Sistem
Desain
Program
Tes Unit &
Antarmuka
Pembuatan
Program
Gambar 3. 2 V-Model (Sumber: Prof. Dr.-Ing. Stefan Kowalewski, Embbed
Software Engineering, 2005)
Riza Fauzi Rahman, 2015
PERAMALAN VOLUME PENUMPANG KERETA API DI PULAU JAWA-SUMATERA DENGAN METODE
JARINGAN SYARAF TIRUAN BACKPROGATION
Universitas Pendidikan Indonesia | \.upi.edu perpustakaan.upi.edu
50
Tahapan yang dilakukan dalam V-Model, yaitu
1. Analisa Kebutuhan, dilakukan pengumpulan data serta informasi yang
kemudian dianalisis sehingga mendapatkan gambaran kebutuhan aplikasi
2. Desain Sistem, perekayasaan sistem berdasarkan analisis kebutuhan.
3. Desain Program, perekayasaan struktur program, algoritma, serta struktur
data.
4. Koding, dibangun suatu aplikasi dari hasil perancangan program yang
mampu menyelesaikan atau mengolah data-data yang telah terkumpul.
5. Tes Unit dan Antarmuka, dilakukan suatu pengujian terhadap aplikasi
yang telah dibangun setingkat low-level testing dan jika ada kekurangan
maka tahap ini berkoneksi dengan tahap 3 yaitu Desain Program.
6. Pengujian Sistem, dilakukan pengujian pada sistem, bila terjadi ketidak
sesuaian maka tahap ini berkoneksi dengan tahap 2 yaitu Desain Sistem.
7. Validasi Sistem, dilakukan pengujian bersifat menyeluruh dengan simulasi
data sebenarnya. Bila terjadi ketidaksesuaian, maka tahap ini akan
berinteraksi langsung dengan tahap 1 yaitu Analisis Kebutuhan.
8. Perawatan Sistem, tahapan ini tidak dilakukan karena hanya sampai
pembuatan sistemnya saja.
f. Setelah perangkat lunak dibangun, selanjutnya dilakukan proses pelatihan
jaringan untuk menemukan bobot penghubung yang mendekati antara masingmasing data masukan dengan nilai keluaran yang diharapkan.
g. Berikutnya hasil pelatihan diuji dengan data pelatihan dan data pengujian.
Dengan data pelatihan, dan diuji untuk melihat kemampuan jaringan dalam
mengenali pola data yang diberikan. Sedangkan data pengujian digunakan
untuk melihat kemampuan jaringan dalam meramalkan volume penumpang
kereta api.
h. Analisis sensitifitas dilakukan dengan mengubah nilai data inisialisasi.
Kemudian dilakukan proses pelatihan dan pengujian kembali.
Riza Fauzi Rahman, 2015
PERAMALAN VOLUME PENUMPANG KERETA API DI PULAU JAWA-SUMATERA DENGAN METODE
JARINGAN SYARAF TIRUAN BACKPROGATION
Universitas Pendidikan Indonesia | \.upi.edu perpustakaan.upi.edu
51
i. Dari hasil pelatihan dan pengujian dengan berbagai kasus data inisialisasi yang
berbeda-beda, dipilih jaringan optimum untuk melakukan peramalan. Jaringan
optimum yang dipilih merupakan jaringan yang dapat mengenali pola data
pelatihan dan nilai akurasi peramalan yang optimum.
j. Dokumentasi merupakan hasil dari penelitian yang berupa tulisan dalam
bentuk dokumen teknis, jurnal, dan skripsi.
3.2 Alat dan Bahan Penelitian
Dalam pembangunan perangkat lunak peramalan volume penumpang kereta
api
di
pulau
Jawa-Sumatera
dengan
metode
Jaringan
Syaraf
Tiruan
Backprogation membutuhkan seperangkat alat komputer yang disertai dengan
perangkat lunak pendukung. Sedangkan bahan yang digunakan berupa data
volume penumpang kereta api di pulau Jawa-Sumatera pada periode 2006-2014
3.2.1 Alat Penelitian
Pada penelitian ini digunakan alat penelitian berupa perangkat keras dan
perangkat lunak sebagai berikut:
a. Kebutuhan Perangkat Keras
1. Processor Core i5-2500 3.10 GHz
2. RAM 4 GHz
3. Harddisk 500 GB
4. Monitor Resolusi 1366 x 768, 32 bit colour quality
5. Mouse dan Keyboard
b. Kebutuhan Perangkat Lunak
Perangkat lunak yang dibutuhkan adalah sebagai berikut:
1. Windows 8 Professional
2. Matlab R2009b
3. Microsoft Office Word 2013
4. Power Designer v5.3
5. Xampp 1.8.1
Riza Fauzi Rahman, 2015
PERAMALAN VOLUME PENUMPANG KERETA API DI PULAU JAWA-SUMATERA DENGAN METODE
JARINGAN SYARAF TIRUAN BACKPROGATION
Universitas Pendidikan Indonesia | \.upi.edu perpustakaan.upi.edu
52
3.2.2 Bahan Penelitian
Data penelitian yang digunakan dalam penelitian ini diambil dari situs bps
yang beralamat: www.bps.go.id. Data yang digunakan merupakan data yang pada
Januari 2006 sampai dengan September 2014. Data ini berisi volume penumpang
kereta api di pulau Jawa (Jabotabek dan Non Jabotabek), dan Sumatera. Data
tersebut kemudian akan dibagi menjadi data training 80% dari jumlah data secara
keseluruhan dan data testing 20% dari jumlah data keseluruhan. Sedangkan bahan
penelitian lainnya berupa paper, textbook, dan dokumentasi lainnya yang didapat
dari studi literature.
Riza Fauzi Rahman, 2015
PERAMALAN VOLUME PENUMPANG KERETA API DI PULAU JAWA-SUMATERA DENGAN METODE
JARINGAN SYARAF TIRUAN BACKPROGATION
Universitas Pendidikan Indonesia | \.upi.edu perpustakaan.upi.edu
METODOLOGI PENELITIAN
3.1 Desain Penelitian
Gambar 3.1 menggambarkan desain penelitian peramalan volume
penumpang kereta api di pulau Jawa-Sumatera dengan metode Jaringan Syaraf
Tiruan Backpropagation.
Studi Literatur:
Peramalan, Jaringan Syaraf
Tiruan Backpropagation
Pengumpulan Data Volume
Penumpang Kereta Api
Jabotabek dan Non Jabotabek
Data Prepocessing
Data Cleaning:
1. Penanganan Data Hilang
2. Pendeteksian Outlier
Perancangan Algoritma Jaringan Syaraf Tiruan
Backpropagation
Pelatihan Jaringan
Perancangan Arsitektur Jaringan
Penyusunan Data Set Pelatihan dan
Pengujian
Pengujian Jaringan
Inisialisasi Data
Analisis Sensitifitas
Transformasi Data
Pembagian Data:
1. Data Pelatihan
2. Data Pengujian
Pendekatan Terstruktur
Menggunakan Model Proses VModel:
1. Analisa Kebutuhan
2. Desain Sistem
3. Desain Program
4. Koding
5. Tes Unit dan Antarmuka
6. Pengujian Sistem
7. Validasi Sistem
8. Perawatan Sistem *
Pembangunan Perangkat Lunak Peramalan
Volume Penumpang Kereta Api
Modifikasi Algoritma
Backpropagation dengan
Menggunakan Teknik
Optimalisasi
Dokumentasi Penelitian
Gambar 3. 1 Desain Penelitian
Berikut ini penjelasan desain penelitian yang digambarkan pada gambar 3.1:
a. Studi literatur merupakan proses mempelajari dan memahami teori-teori yang
berhubungan dengan penelitian. Teori-teori yang dipelajari yaitu peramalan,
Jaringan Syaraf Tiruan, backpropagation, dan optimalisasi backpropagation
yang diperoleh melalui buku, jurnal, artikel, situs internet, dan sumber ilmiah
Riza Fauzi Rahman, 2015
PERAMALAN VOLUME PENUMPANG KERETA API DI PULAU JAWA-SUMATERA DENGAN METODE
JARINGAN SYARAF TIRUAN BACKPROGATION
Universitas Pendidikan Indonesia | \.upi.edu perpustakaan.upi.edu
lain.
b.
Riza Fauzi Rahman, 2015
PERAMALAN VOLUME PENUMPANG KERETA API DI PULAU JAWA-SUMATERA DENGAN METODE
JARINGAN SYARAF TIRUAN BACKPROGATION
Universitas Pendidikan Indonesia | \.upi.edu perpustakaan.upi.edu
48
c. Data volume penumpang kereta api di pulau Jawa-Sumatera dicari melalui
internet dan dikumpulkan dalam satu kesatuan. Dengan data tersebut,
kemudian dilakukan data preprocessing. Data preprocessing dimaksudkan
untuk mempersiapkan data sebelum diproses dengan algoritma. Data
preprocessing Terdiri dari beberapa tahap:
1. Data cleaning, merupakan tahap awal preprocessing. Tahap ini menangani
data yang hilang atau tidak lengkap dan mendeteksi outlier (data asing).
2. Transformasi data volume penumpang kereta api dimaksudkan agar data
sesuai dengan algoritma yang dipakai. Proses transformasi dilakukan
dengan mengubah data menjadi rentang tertentu.
3. Tahap selanjutnya data dibagi menjadi dua, yaitu data pelatihan dan data
pengujian. Data pelatihan digunakan ketika melatih jaringan, sedangkan
data pengujian digunakan ketika jaringan diuji.
d. Perancangan algoritma Jaringan Syaraf Tiruan (JST) Backpropagation terdiri
dari beberapa tahap, yaitu
1. Perancangan arsitektur jaringan untuk menentukan jumlah node input
(simpul masukan), jumlah lapisan layar tersembunyi dengan jumlah node
(simpul tersembunyi), dan jumlah node output (simpul keluaran). Didalam
perancangan arsitektur jaringan juga ditentukan fungsi aktivasi yang akan
digunakan. Fungsi aktivasi yang digunakan harus disesuaikan dengan
algoritma yang akan digunakan dan karakteristik data. Misalnya untuk data
yang memiliki rentang 0 sampai 1, maka digunakan fungsi aktivasi sigmoid
biner . Sedangkan untuk data rentang -1 sampai 1, digunakan fungsi aktivasi
sigmoid bipolar .
2. Selanjutnya menyusun data set (kumpulan data) yang akan digunakan
untuk pelatihan dan pengujian. Dalam menyusun data set, disesuaikan
dengan jumlah simpul masukan, tersembunyi, dan keluaran.
3. Tahap berikutnya yaitu inisialisasi data yang mencakup inisialisasi bobot,
inisialiasasi variable learning rate, momentum, maksimum epoch, dan
batas nilai toleransi pelatihan backpropagation.
Riza Fauzi Rahman, 2015
PERAMALAN VOLUME PENUMPANG KERETA API DI PULAU JAWA-SUMATERA DENGAN METODE
JARINGAN SYARAF TIRUAN BACKPROGATION
Universitas Pendidikan Indonesia | \.upi.edu perpustakaan.upi.edu
49
4. Modifikasi algoritma backpropagation dilakukan dengan menambahkan
analisis
kesalahan
nilai
keluaran
jaringan
dan
teknik
optimasi
backpropagation. Teknik optimalisasi yang dipakai pada penelitian ini
yaitu inisialisasi bobot dan momentum. Selain itu, algoritma untuk
pengujian jaringan dan peramalan juga dimodifikasi dengan menggunakan
algoritma backpropagation fase propagasi maju dan analisis kesalahan nilai
keluaran (pada pengujian jaringan).
e. Model proses yang digunakan dalam pembangunan perangkat lunak ini metode
V-Model. Tahapan pada V-Model seperti yang terlihat pada gambar 3.2 serupa
dengan model waterfall/classical tetapi lebih menekankan terhadap asosiasi
antar tahapan sebelum pemrograman dan sesudahnya. Penekanan yang utama
ada pada tahap verifikasi dan validasi.
Analisa
Kebutuhan
Validasi
Sistem
Perawatan
Desain
Sistem
Pengujian
Sistem
Desain
Program
Tes Unit &
Antarmuka
Pembuatan
Program
Gambar 3. 2 V-Model (Sumber: Prof. Dr.-Ing. Stefan Kowalewski, Embbed
Software Engineering, 2005)
Riza Fauzi Rahman, 2015
PERAMALAN VOLUME PENUMPANG KERETA API DI PULAU JAWA-SUMATERA DENGAN METODE
JARINGAN SYARAF TIRUAN BACKPROGATION
Universitas Pendidikan Indonesia | \.upi.edu perpustakaan.upi.edu
50
Tahapan yang dilakukan dalam V-Model, yaitu
1. Analisa Kebutuhan, dilakukan pengumpulan data serta informasi yang
kemudian dianalisis sehingga mendapatkan gambaran kebutuhan aplikasi
2. Desain Sistem, perekayasaan sistem berdasarkan analisis kebutuhan.
3. Desain Program, perekayasaan struktur program, algoritma, serta struktur
data.
4. Koding, dibangun suatu aplikasi dari hasil perancangan program yang
mampu menyelesaikan atau mengolah data-data yang telah terkumpul.
5. Tes Unit dan Antarmuka, dilakukan suatu pengujian terhadap aplikasi
yang telah dibangun setingkat low-level testing dan jika ada kekurangan
maka tahap ini berkoneksi dengan tahap 3 yaitu Desain Program.
6. Pengujian Sistem, dilakukan pengujian pada sistem, bila terjadi ketidak
sesuaian maka tahap ini berkoneksi dengan tahap 2 yaitu Desain Sistem.
7. Validasi Sistem, dilakukan pengujian bersifat menyeluruh dengan simulasi
data sebenarnya. Bila terjadi ketidaksesuaian, maka tahap ini akan
berinteraksi langsung dengan tahap 1 yaitu Analisis Kebutuhan.
8. Perawatan Sistem, tahapan ini tidak dilakukan karena hanya sampai
pembuatan sistemnya saja.
f. Setelah perangkat lunak dibangun, selanjutnya dilakukan proses pelatihan
jaringan untuk menemukan bobot penghubung yang mendekati antara masingmasing data masukan dengan nilai keluaran yang diharapkan.
g. Berikutnya hasil pelatihan diuji dengan data pelatihan dan data pengujian.
Dengan data pelatihan, dan diuji untuk melihat kemampuan jaringan dalam
mengenali pola data yang diberikan. Sedangkan data pengujian digunakan
untuk melihat kemampuan jaringan dalam meramalkan volume penumpang
kereta api.
h. Analisis sensitifitas dilakukan dengan mengubah nilai data inisialisasi.
Kemudian dilakukan proses pelatihan dan pengujian kembali.
Riza Fauzi Rahman, 2015
PERAMALAN VOLUME PENUMPANG KERETA API DI PULAU JAWA-SUMATERA DENGAN METODE
JARINGAN SYARAF TIRUAN BACKPROGATION
Universitas Pendidikan Indonesia | \.upi.edu perpustakaan.upi.edu
51
i. Dari hasil pelatihan dan pengujian dengan berbagai kasus data inisialisasi yang
berbeda-beda, dipilih jaringan optimum untuk melakukan peramalan. Jaringan
optimum yang dipilih merupakan jaringan yang dapat mengenali pola data
pelatihan dan nilai akurasi peramalan yang optimum.
j. Dokumentasi merupakan hasil dari penelitian yang berupa tulisan dalam
bentuk dokumen teknis, jurnal, dan skripsi.
3.2 Alat dan Bahan Penelitian
Dalam pembangunan perangkat lunak peramalan volume penumpang kereta
api
di
pulau
Jawa-Sumatera
dengan
metode
Jaringan
Syaraf
Tiruan
Backprogation membutuhkan seperangkat alat komputer yang disertai dengan
perangkat lunak pendukung. Sedangkan bahan yang digunakan berupa data
volume penumpang kereta api di pulau Jawa-Sumatera pada periode 2006-2014
3.2.1 Alat Penelitian
Pada penelitian ini digunakan alat penelitian berupa perangkat keras dan
perangkat lunak sebagai berikut:
a. Kebutuhan Perangkat Keras
1. Processor Core i5-2500 3.10 GHz
2. RAM 4 GHz
3. Harddisk 500 GB
4. Monitor Resolusi 1366 x 768, 32 bit colour quality
5. Mouse dan Keyboard
b. Kebutuhan Perangkat Lunak
Perangkat lunak yang dibutuhkan adalah sebagai berikut:
1. Windows 8 Professional
2. Matlab R2009b
3. Microsoft Office Word 2013
4. Power Designer v5.3
5. Xampp 1.8.1
Riza Fauzi Rahman, 2015
PERAMALAN VOLUME PENUMPANG KERETA API DI PULAU JAWA-SUMATERA DENGAN METODE
JARINGAN SYARAF TIRUAN BACKPROGATION
Universitas Pendidikan Indonesia | \.upi.edu perpustakaan.upi.edu
52
3.2.2 Bahan Penelitian
Data penelitian yang digunakan dalam penelitian ini diambil dari situs bps
yang beralamat: www.bps.go.id. Data yang digunakan merupakan data yang pada
Januari 2006 sampai dengan September 2014. Data ini berisi volume penumpang
kereta api di pulau Jawa (Jabotabek dan Non Jabotabek), dan Sumatera. Data
tersebut kemudian akan dibagi menjadi data training 80% dari jumlah data secara
keseluruhan dan data testing 20% dari jumlah data keseluruhan. Sedangkan bahan
penelitian lainnya berupa paper, textbook, dan dokumentasi lainnya yang didapat
dari studi literature.
Riza Fauzi Rahman, 2015
PERAMALAN VOLUME PENUMPANG KERETA API DI PULAU JAWA-SUMATERA DENGAN METODE
JARINGAN SYARAF TIRUAN BACKPROGATION
Universitas Pendidikan Indonesia | \.upi.edu perpustakaan.upi.edu