Matematika Diskret (Relasi dan Fungsi) Instruktur : Ferry Wahyu Wibowo, S.Si., M.Cs.
Relasi Relasi biner R antara himpunan A dan B adalah himpunan bagian dari A B. Notasi: R (A B). a R b adalah notasi untuk (a, b) R, yang artinya a dihubungankan dengan b oleh R a R b adalah notasi untuk (a, b) R, yang artinya a tidak dihubungkan oleh b oleh relasi R. Himpunan A disebut daerah asal (domain) dari R, dan himpunan B disebut daerah hasil (range) dari R.
Contoh 3. Misalkan A = {Amir, Budi, Cecep}, B = {IF221, IF251, IF342, IF323} A B = {(Amir, IF221), (Amir, IF251), (Amir, IF342), (Amir, IF323), (Budi, IF221), (Budi, IF251), (Budi, IF342), (Budi, IF323), (Cecep, IF221), (Cecep, IF251), (Cecep, IF342), (Cecep, IF323) } Misalkan R adalah relasi yang menyatakan mata kuliah yang diambil oleh mahasiswa pada Semester Ganjil, yaitu R = {(Amir, IF251), (Amir, IF323), (Budi, IF221), (Budi, IF251), (Cecep, IF323) } - Dapat dilihat bahwa R (A B), - A adalah daerah asal R, dan B adalah daerah hasil R. - (Amir, IF251) R atau Amir R IF251 - (Amir, IF342) R atau Amir R IF342.
Contoh 4. Misalkan P = {2, 3, 4} dan Q = {2, 4, 8, 9, 15}. Jika kita definisikan relasi R dari P ke Q dengan (p, q) R jika p habis membagi q maka kita peroleh R = {(2, 2), (2, 4), (4, 4), (2, 8), (4, 8), (3, 9), (3, 15) } Relasi pada sebuah himpunan adalah relasi yang khusus Relasi pada himpunan A adalah relasi dari A A. Relasi pada himpunan A adalah himpunan bagian dari A A.
Contoh 5. Misalkan R adalah relasi pada A = {2, 3, 4, 8, 9} yang didefinisikan oleh (x, y) R jika x adalah faktor prima dari y. Maka R = {(2, 2), (2, 4), (2, 8), (3, 3), (3, 9)}
Representasi Relasi 1. Representasi Relasi dengan Diagram Panah A Amir Budi Cecep
B
Q
A
P IF221
2
IF251 3 IF342 IF323
4
A 2
2
2
4
3
3
8
4
4
9
8
8
15
9
9
. Representasi Relasi dengan Tabel Kolom pertama tabel menyatakan daerah asal, sedangkan kolom kedua menyatakan daerah hasil.
Tabel 1 A Amir Amir Budi Budi Cecep
Tabel 2 B IF251 IF323 IF221 IF251 IF323
P 2 2 4 2 4 3 3
Q 2 4 4 8 8 9 15
Tabel 3 A 2 2 2 3 3
A 2 4 8 3 3
3. Representasi Relasi dengan Matriks Misalkan R adalah relasi dari A = {a1, a2, …, am} dan B = {b1, b2, …, bn}. Relasi R dapat disajikan dengan matriks M = [mij], b1 a1 m11 a2 m21 M= am mm1
b2 b n m12 m1n m22 m2 n mm 2 mmn
yang dalam hal ini 1, (a i , b j ) R mij 0, (a i , b j ) R
Contoh 6. Relasi R pada Contoh 3 dapat dinyatakan dengan matriks 0 1 0 1 1 1 0 0 0 0 0 1 dalam hal ini, a1 = Amir, a2 = Budi, a3 = Cecep, dan b1 = IF221, b2 = IF251, b3 = IF342, dan b4 = IF323. Relasi R pada Contoh 4 dapat dinyatakan dengan matriks 1 1 1 0 0 0 0 0 1 1 0 1 1 0 0 yang dalam hal ini, a1 = 2, a2 = 3, a3 = 4, dan b1 = 2, b2 = 4, b3 = 8, b4 = 9, b5 = 15.
4. Representasi Relasi dengan Graf Berarah Relasi pada sebuah himpunan dapat direpresentasikan secara grafis dengan graf berarah (directed graph atau digraph) Graf berarah tidak didefinisikan untuk merepresentasikan relasi dari suatu himpunan ke himpunan lain. Tiap elemen himpunan dinyatakan dengan sebuah titik (disebut juga simpul atau vertex), dan tiap pasangan terurut dinyatakan dengan busur (arc) Jika (a, b) R, maka sebuah busur dibuat dari simpul a ke simpul b. Simpul a disebut simpul asal (initial vertex) dan simpul b disebut simpul tujuan (terminal vertex). Pasangan terurut (a, a) dinyatakan dengan busur dari simpul a ke simpul a sendiri. Busur semacam itu disebut gelang atau kalang (loop).
Contoh 7. Misalkan R = {(a, a), (a, b), (b, a), (b, c), (b, d), (c, a), (c, d), (d, b)} adalah relasi pada himpunan {a, b, c, d}. R direpresentasikan dengan graf berarah sbb:
a
c
b
d
Sifat-sifat Relasi Biner Relasi biner yang didefinisikan pada sebuah himpunan mempunyai beberapa sifat.
1. Refleksif (reflexive) Relasi R pada himpunan A disebut refleksif jika (a, a) R untuk setiap a A. Relasi R pada himpunan A tidak refleksif jika ada a A sedemikian sehingga (a, a) R.
Contoh 8. Misalkan A = {1, 2, 3, 4}, dan relasi R di bawah ini didefinisikan pada himpunan A, maka (a) Relasi R = {(1, 1), (1, 3), (2, 1), (2, 2), (3, 3), (4, 2), (4, 3), (4, 4) } bersifat refleksif karena terdapat elemen relasi yang berbentuk (a, a), yaitu (1, 1), (2, 2), (3, 3), dan (4, 4). (b) Relasi R = {(1, 1), (2, 2), (2, 3), (4, 2), (4, 3), (4, 4) } tidak bersifat refleksif karena (3, 3) R. Contoh 9. Relasi “habis membagi” pada himpunan bilangan bulat positif bersifat refleksif karena setiap bilangan bulat positif habis dibagi dengan dirinya sendiri, sehingga (a, a)R untuk setiap a A. Contoh 10. Tiga buah relasi di bawah ini menyatakan relasi pada himpunan bilangan bulat positif N. R : x lebih besar dari y,
S : x + y = 5,
T : 3x + y = 10
Tidak satupun dari ketiga relasi di atas yang refleksif karena, misalkan (2, 2) bukan anggota R, S, maupun T.
Relasi yang bersifat refleksif mempunyai matriks yang elemen diagonal utamanya semua bernilai 1, atau mii = 1, untuk i = 1, 2, …, n,
1 1 1 1 Graf berarah dari relasi yang bersifat refleksif dicirikan adanya gelang pada setiap simpulnya.
2. Menghantar (transitive) Relasi R pada himpunan A disebut menghantar jika (a, b) R dan (b, c) R, maka (a, c) R, untuk a, b, c A.
Contoh 11. Misalkan A = {1, 2, 3, 4}, dan relasi R di bawah ini didefinisikan pada himpunan A, maka (a) R = {(2, 1), (3, 1), (3, 2), (4, 1), (4, 2), (4, 3) } bersifat menghantar. Lihat tabel berikut:
Pasangan berbentuk (a, b) (b, c) (a, c) (3, 2) (4, 2) (4, 3) (4, 3)
(2, 1) (2, 1) (3, 1) (3, 2)
(3, 1) (4, 1) (4, 1) (4, 2)
(b) R = {(1, 1), (2, 3), (2, 4), (4, 2) } tidak manghantar karena (2, 4) dan (4, 2) R, tetapi (2, 2) R, begitu juga (4, 2) dan (2, 3) R, tetapi (4, 3) R. (c) Relasi R = {(1, 1), (2, 2), (3, 3), (4, 4) } jelas menghantar (d) Relasi R = {(1, 2), (3, 4)} menghantar karena tidak ada (a, b) R dan (b, c) R sedemikian sehingga (a, c) R. Relasi yang hanya berisi satu elemen seperti R = {(4, 5)} selalu menghantar.
Contoh 12. Relasi “habis membagi” pada himpunan bilangan bulat positif bersifat menghantar. Misalkan bahwa a habis membagi b dan b habis membagi c. Maka terdapat bilangan positif m dan n sedemikian sehingga b = ma dan c = nb. Di sini c = nma, sehingga a habis membagi c. Jadi, relasi “habis membagi” bersifat menghantar.
Contoh 13. Tiga buah relasi di bawah ini menyatakan relasi pada himpunan bilangan bulat positif N. R : x lebih besar dari y,
S : x + y = 6,
T : 3x + y = 10
- R adalah relasi menghantar karena jika x > y dan y > z maka x > z. - S tidak menghantar karena, misalkan (4, 2) dan (2, 4) adalah anggota S tetapi (4, 4) S. - T = {(1, 7), (2, 4), (3, 1)} menghantar.
Relasi yang bersifat menghantar tidak mempunyai ciri khusus pada matriks representasinya Sifat menghantar pada graf berarah ditunjukkan oleh: jika ada busur dari a ke b dan dari b ke c, maka juga terdapat busur berarah dari a ke c.
3. Setangkup (symmetric) dan tolak-setangkup (antisymmetric) Relasi R pada himpunan A disebut setangkup jika (a, b) R, maka (b, a) R untuk a, b A. Relasi R pada himpunan A tidak setangkup jika (a, b) R sedemikian sehingga (b, a) R. Relasi R pada himpunan A sedemikian sehingga (a, b) R dan (b, a) R hanya jika a = b untuk a, b A disebut tolaksetangkup. Relasi R pada himpunan A tidak tolak-setangkup jika ada elemen berbeda a dan b sedemikian sehingga (a, b) R dan (b, a) R.
Contoh 14. Misalkan A = {1, 2, 3, 4}, dan relasi R di bawah ini didefinisikan pada himpunan A, maka (a)Relasi R = {(1, 1), (1, 2), (2, 1), (2, 2), (2, 4), (4, 2), (4, 4) } bersifat setangkup karena jika (a, b) R maka (b, a) juga R. Di sini (1, 2) dan (2, 1) R, begitu juga (2, 4) dan (4, 2) R. (b) Relasi R = {(1, 1), (2, 3), (2, 4), (4, 2) } tidak setangkup karena (2, 3) R, tetapi (3, 2) R. (c) Relasi R = {(1, 1), (2, 2), (3, 3) } tolak-setangkup karena 1 = 1 dan (1, 1) R, 2 = 2 dan (2, 2) R, dan 3 = 3 dan (3, 3) R. Perhatikan bahwa R juga setangkup. (d) Relasi R = {(1, 1), (1, 2), (2, 2), (2, 3) } tolak-setangkup karena (1, 1) R dan 1 = 1 dan, (2, 2) R dan 2 = 2 dan. Perhatikan bahwa R tidak setangkup. (e) Relasi R = {(1, 1), (2, 4), (3, 3), (4, 2) } tidak tolaksetangkup karena 2 4 tetapi (2, 4) dan (4, 2) anggota R. Relasi R pada (a) dan (b) di atas juga tidak tolak-setangkup. (f) Relasi R = {(1, 2), (2, 3), (1, 3) } tidak setangkup tetapi tolak-setangkup. Relasi R = {(1, 1), (2, 2), (2, 3), (3, 2), (4, 2), (4, 4)} tidak setangkup dan tidak tolak-setangkup. R tidak setangkup karena (4, 2) R tetapi (2, 4) R. R tidak tolak-setangkup karena (2, 3) R dan (3, 2) R tetap 2 3.
Contoh 15. Relasi “habis membagi” pada himpunan bilangan bulat positif tidak setangkup karena jika a habis membagi b, b tidak habis membagi a, kecuali jika a = b. Sebagai contoh, 2 habis membagi 4, tetapi 4 tidak habis membagi 2. Karena itu, (2, 4) R tetapi (4, 2) R. Relasi “habis membagi” tolak-setangkup karena jika a habis membagi b dan b habis membagi a maka a = b. Sebagai contoh, 4 habis membagi 4. Karena itu, (4, 4) R dan 4 = 4. Contoh 16. Tiga buah relasi di bawah ini menyatakan relasi pada himpunan bilangan bulat positif N. R : x lebih besar dari y,
S : x + y = 6,
T : 3x + y = 10
- R bukan relasi setangkup karena, misalkan 5 lebih besar dari 3 tetapi 3 tidak lebih besar dari 5. - S relasi setangkup karena (4, 2) dan (2, 4) adalah anggota S. - T tidak setangkup karena, misalkan (3, 1) adalah anggota T tetapi (1, 3) bukan anggota T. - S bukan relasi tolak-setangkup karena, misalkan (4, 2) S dan (4, 2) S tetapi 4 2. - Relasi R dan T keduanya tolak-setangkup (tunjukkan!).
Relasi yang bersifat setangkup mempunyai matriks yang elemen-elemen di bawah diagonal utama merupakan pencerminan dari elemen-elemen di atas diagonal utama, atau mij = mji = 1, untuk i = 1, 2, …, n : 1 1 0
0
Sedangkan graf berarah dari relasi yang bersifat setangkup dicirikan oleh: jika ada busur dari a ke b, maka juga ada busur dari b ke a.
Matriks dari relasi tolak-setangkup mempunyai sifat yaitu jika mij = 1 dengan i j, maka mji = 0. Dengan kata lain, matriks dari relasi tolak-setangkup adalah jika salah satu dari mij = 0 atau mji = 0 bila i j : 1 0 0 1 1 0
Sedangkan graf berarah dari relasi yang bersifat tolaksetangkup dicirikan oleh: jika dan hanya jika tidak pernah ada dua busur dalam arah berlawanan antara dua simpul berbeda.
Relasi Inversi Misalkan R adalah relasi dari himpunan A ke himpunan B. Invers dari relasi R, dilambangkan dengan R–1, adalah relasi dari B ke A yang didefinisikan oleh R–1 = {(b, a) | (a, b) R }
Contoh 17. Misalkan P = {2, 3, 4} dan Q = {2, 4, 8, 9, 15}. Jika kita definisikan relasi R dari P ke Q dengan (p, q) R jika p habis membagi q maka kita peroleh R = {(2, 2), (2, 4), (4, 4), (2, 8), (4, 8), (3, 9), (3, 15) } R–1 adalah invers dari relasi R, yaitu relasi dari Q ke P dengan (q, p) R–1 jika q adalah kelipatan dari p maka kita peroleh
Jika M adalah matriks yang merepresentasikan relasi R, 1 1 1 0 0 M = 0 0 0 1 1 0 1 1 0 0
maka matriks yang merepresentasikan relasi R–1, misalkan N, diperoleh dengan melakukan transpose terhadap matriks M,
1 1 T N = M = 1 0 0
0 0 0 1 0 1 1 0 1 0
Mengkombinasikan Relasi
Karena relasi biner merupakan himpunan pasangan terurut, maka operasi himpunan seperti irisan, gabungan, selisih, dan beda setangkup antara dua relasi atau lebih juga berlaku.
Jika R1 dan R2 masing-masing adalah relasi dari himpuna A ke himpunan B, maka R1 R2, R1 R2, R1 – R2, dan R1 R2 juga adalah relasi dari A ke B.
Contoh 18. Misalkan A = {a, b, c} dan B = {a, b, c, d}. Relasi R1 = {(a, a), (b, b), (c, c)} Relasi R2 = {(a, a), (a, b), (a, c), (a, d)} R1 R2 = {(a, a)} R1 R2 = {(a, a), (b, b), (c, c), (a, b), (a, c), (a, d)} R1 R2 = {(b, b), (c, c)} R2 R1 = {(a, b), (a, c), (a, d)} R1 R2 = {(b, b), (c, c), (a, b), (a, c), (a, d)}
Jika relasi R1 dan R2 masing-masing dinyatakan dengan matriks MR1 dan MR2, maka matriks yang menyatakan gabungan dan irisan dari kedua relasi tersebut adalah MR1 R2 = MR1 MR2 dan MR1 R2 = MR1 MR2
Contoh 19. Misalkan bahwa relasi R1 dan R2 pada himpunan A dinyatakan oleh matriks 1 0 0 R1 = 1 0 1 dan R2 = 1 1 0
0 1 0 0 1 1 1 0 0
maka 1 1 0 MR1 R2 = MR1 MR2 = 1 1 1 1 1 0 0 0 0 MR1 R2 = MR1 MR2 = 0 0 1 1 0 0
Komposisi Relasi Misalkan R adalah relasi dari himpunan A ke himpunan B, dan S adalah relasi dari himpunan B ke himpunan C. Komposisi R dan S, dinotasikan dengan S R, adalah relasi dari A ke C yang didefinisikan oleh S R = {(a, c) a A, c C, dan untuk beberapa b B, (a, b) R dan (b, c) S }
Contoh 20. Misalkan R = {(1, 2), (1, 6), (2, 4), (3, 4), (3, 6), (3, 8)} adalah relasi dari himpunan {1, 2, 3} ke himpunan {2, 4, 6, 8} dan S = {(2, u), (4, s), (4, t), (6, t), (8, u)} adalah relasi dari himpunan {2, 4, 6, 8} ke himpunan {s, t, u}. Maka komposisi relasi R dan S adalah S R = {(1, u), (1, t), (2, s), (2, t), (3, s), (3, t), (3, u) }
Komposisi relasi R dan S lebih jelas jika diperagakan dengan diagram panah: 2 1 4 2 3
6 8
s t u
Jika relasi R1 dan R2 masing-masing dinyatakan dengan matriks MR1 dan MR2, maka matriks yang menyatakan komposisi dari kedua relasi tersebut adalah MR2 R1 = MR1 MR2 yang dalam hal ini operator “.” sama seperti pada perkalian matriks biasa, tetapi dengan mengganti tanda kali dengan “” dan tanda tambah dengan “”.
Contoh 21. Misalkan bahwa relasi R1 dan R2 pada himpunan A dinyatakan oleh matriks 1 0 1 R1 = 1 1 0 dan R2 = 0 0 0
0 1 0 0 0 1 1 0 1
maka matriks yang menyatakan R2 R1 adalah MR2 R1 = MR1 . MR2 = (1 0) (0 0) (1 1) (1 1) (0 0) (1 0) (1 0) (0 1) (1 1) (1 0) (1 0) (0 1) (1 1) (1 0) (0 0) (1 0) (1 1) (0 1) (0 0) (0 0) (0 1) (0 1) (0 0) (0 0) (0 0) (0 1) (0 1) 1 1 1 = 0 1 1 0 0 0
Relasi n-ary Relasi biner hanya menghubungkan antara dua buah himpunan. Relasi yang lebih umum menghubungkan lebih dari dua buah himpunan. Relasi tersebut dinamakan relasi n-ary (baca: ener). Jika n = 2, maka relasinya dinamakan relasi biner (bi = 2). Relasi n-ary mempunyai terapan penting di dalam basisdata. Misalkan A1, A2, …, An adalah himpunan. Relasi n-ary R pada himpunan-himpunan tersebut adalah himpunan bagian dari A1 A2 … An , atau dengan notasi R A1 A2 … An. Himpunan A1, A2, …, An disebut daerah asal relasi dan n disebut derajat.
Contoh 22. Misalkan NIM = {13598011, 13598014, 13598015, 13598019, 13598021, 13598025} Nama = {Amir, Santi, Irwan, Ahmad, Cecep, Hamdan} MatKul = {Matematika Diskrit, Algoritma, Struktur Data, Arsitektur Komputer} Nilai = {A, B, C, D, E} Relasi MHS terdiri dari 5-tupel (NIM, Nama, MatKul, Nilai): MHS NIM Nama MatKul Nilai
Satu contoh relasi yang bernama MHS adalah MHS = {(13598011, Amir, Matematika Diskrit, A), (13598011, Amir, Arsitektur Komputer, B), (13598014, Santi, Arsitektur Komputer, D), (13598015, Irwan, Algoritma, C), (13598015, Irwan, Struktur Data C), (13598015, Irwan, Arsitektur Komputer, B), (13598019, Ahmad, Algoritma, E), (13598021, Cecep, Algoritma, A), (13598021, Cecep, Arsitektur Komputer, B), (13598025, Hamdan, Matematika Diskrit, B), (13598025, Hamdan, Algoritma, A, B), (13598025, Hamdan, Struktur Data, C), (13598025, Hamdan, Ars. Komputer, B) }
Relasi MHS di atas juga dapat ditulis dalam bentuk Tabel: NIM 13598011 13598011 13598014 13598015 13598015 13598015 13598019 13598021 13598021 13598025 13598025 13598025 13598025
Nama Amir Amir Santi Irwan Irwan Irwan Ahmad Cecep Cecep Hamdan Hamdan Hamdan Hamdan
MatKul Matematika Diskrit Arsitektur Komputer Algoritma Algoritma Struktur Data Arsitektur Komputer Algoritma Algoritma Arsitektur Komputer Matematika Diskrit Algoritma Struktur Data Arsitektur Komputer
Nilai A B D C C B E B B B A C B
Basisdata (database) adalah kumpulan tabel. Salah satu model basisdata adalah model basisdata relasional (relational database). Model basisdata ini didasarkan pada konsep relasi n-ary. Pada basisdata relasional, satu tabel menyatakan satu relasi. Setiap kolom pada tabel disebut atribut. Daerah asal dari atribut adalah himpunan tempat semua anggota atribut tersebut berada. Setiap tabel pada basisdata diimplementasikan secara fisik sebagai sebuah file. Satu baris data pada tabel menyatakan sebuah record, dan setiap atribut menyatakan sebuah field. Secara fisik basisdata adalah kumpulan file, sedangkan file adalah kumpulan record, setiap record terdiri atas sejumlah field. Atribut khusus pada tabel yang mengidentifikasikan secara unik elemen relasi disebut kunci (key).
Operasi yang dilakukan terhadap basisdata dilakukan dengan perintah pertanyaan yang disebut query. Contoh query: “tampilkan semua mahasiswa yang mengambil mata kuliah Matematika Diskrit” “tampilkan daftar nilai mahasiswa dengan NIM = 13598015” “tampilkan daftar mahasiswa yang terdiri atas NIM dan mata kuliah yang diambil” Query terhadap basisdata relasional dapat dinyatakan secara abstrak dengan operasi pada relasi n-ary. Ada beberapa operasi yang dapat digunakan, diantaranya adalah seleksi, proyeksi, dan join.
Seleksi Operasi seleksi memilih baris tertentu dari suatu tabel yang memenuhi persyaratan tertentu. Operator: Contoh 23. Misalkan untuk relasi MHS kita ingin menampilkan daftar mahasiswa yang mengambil mata kuliah Matematik Diskrit. Operasi seleksinya adalah Matkul=”Matematika Diskrit” (MHS) Hasil: (13598011, Amir, Matematika Diskrit, A) dan (13598025, Hamdan, Matematika Diskrit, B)
Proyeksi Operasi proyeksi memilih kolom tertentu dari suatu tabel. Jika ada beberapa baris yang sama nilainya, maka hanya diambil satu kali. Operator: Contoh 24. Operasi proyeksi Nama, MatKul, Nilai (MHS) menghasilkan Tabel 3.5. Sedangkan operasi proyeksi NIM, Nama (MHS) menghasilkan Tabel 3.6.
Tabel 3.5 Nama Amir Amir Santi Irwan Irwan Irwan Ahmad Cecep Cecep Hamdan Hamdan Hamdan Hamdan
MatKul Matematika Diskrit Arsitektur Komputer Algoritma Algoritma Struktur Data Arsitektur Komputer Algoritma Algoritma Arsitektur Komputer Matematika Diskrit Algoritma Struktur Data Arsitektur Komputer
Tabel 3.6 Nilai A B D C C B E B B B A C B
NIM 13598011 13598014 13598015 13598019 13598021 13598025
Nama Amir Santi Irwan Ahmad Cecep Hamdan
Join Operasi join menggabungkan dua buah tabel menjadi satu bila kedua tabel mempunyai atribut yang sama. Operator:
Contoh 25. Misalkan relasi MHS1 dinyatakan dengan Tabel 3.7 dan relasi MHS2 dinyatakan dengan Tabel 3.8. Operasi join NIM, Nama(MHS1, MHS2) menghasilkan Tabel 3.9. Tabel 3.7 NIM 13598001 13598002 13598004 13598006 13598007
Tabel 3.8 Nama Hananto Guntur Heidi Harman Karim
JK L L W L L
NIM 13598001 13598001 13598004 13598006 13598006 13598009 13598010
Nama Hananto Hananto Heidi Harman Harman Junaidi Farizka
Tabel 3.9 NIM 13598001 13598001 13598004 13598006 13598006
Nama Hananto Hananto Heidi Harman Harman
JK L L W L L
MatKul Algoritma Basisdata Kalkulus I Teori Bahasa Agama
Nilai A B B C A
MatKul Algoritma Basisdata Kalkulus I Teori Bahasa Agama Statisitik Otomata
Nilai A B B C A B C
Fungsi Misalkan A dan B himpunan. Relasi biner f dari A ke B merupakan suatu fungsi jika setiap elemen di dalam A dihubungkan dengan tepat satu elemen di dalam B. Jika f adalah fungsi dari A ke B kita menuliskan f:AB yang artinya f memetakan A ke B. A disebut daerah asal (domain) dari f dan B disebut daerah hasil (codomain) dari f. Nama lain untuk fungsi adalah pemetaan atau transformasi. Kita menuliskan f(a) = b jika elemen a di dalam A dihubungkan dengan elemen b di dalam B.
Jika f(a) = b, maka b dinamakan bayangan (image) dari a dan a dinamakan pra-bayangan (pre-image) dari b. Himpunan yang berisi semua nilai pemetaan f disebut jelajah (range) dari f. Perhatikan bahwa jelajah dari f adalah himpunan bagian (mungkin proper subset) dari B. A
B f
a
b
Fungsi adalah relasi yang khusus: 1. Tiap elemen di dalam himpunan A harus digunakan oleh prosedur atau kaidah yang mendefinisikan f. 2. Frasa “dihubungkan dengan tepat satu elemen di dalam B” berarti bahwa jika (a, b) f dan (a, c) f, maka b = c.
Fungsi dapat dispesifikasikan dalam berbagai bentuk, diantaranya: 1. Himpunan pasangan terurut. Seperti pada relasi. 2.
Formula pengisian nilai (assignment). Contoh: f(x) = 2x + 10, f(x) = x2, dan f(x) = 1/x.
3.
Kata-kata Contoh: “f adalah fungsi yang memetakan jumlah bit 1 di dalam suatu string biner”.
4.
Kode program (source code) Contoh: Fungsi menghitung |x| function abs(x:integer):integer; begin if x < 0 then abs:=-x else abs:=x; end;
Contoh 26. Relasi f = {(1, u), (2, v), (3, w)} dari A = {1, 2, 3} ke B = {u, v, w} adalah fungsi dari A ke B. Di sini f(1) = u, f(2) = v, dan f(3) = w. Daerah asal dari f adalah A dan daerah hasil adalah B. Jelajah dari f adalah {u, v, w}, yang dalam hal ini sama dengan himpunan B.
Contoh 27. Relasi f = {(1, u), (2, u), (3, v)} dari A = {1, 2, 3} ke B = {u, v, w} adalah fungsi dari A ke B, meskipun u merupakan bayangan dari dua elemen A. Daerah asal fungsi adalah A, daerah hasilnya adalah B, dan jelajah fungsi adalah {u, v}.
Contoh 28. Relasi f = {(1, u), (2, v), (3, w)} dari A = {1, 2, 3, 4} ke B = {u, v, w} bukan fungsi, karena tidak semua elemen A dipetakan ke B.
Contoh 29. Relasi f = {(1, u), (1, v), (2, v), (3, w)} dari A = {1, 2, 3} ke B = {u, v, w} bukan fungsi, karena 1 dipetakan ke dua buah elemen B, yaitu u dan v. Contoh 30. Misalkan f : Z Z didefinisikan oleh f(x) = x2. Daerah asal dan daerah hasil dari f adalah himpunan bilangan bulat, dan jelajah dari f adalah himpunan bilangan bulat tidak-negatif.
Fungsi f dikatakan satu-ke-satu (one-to-one) atau injektif (injective) jika tidak ada dua elemen himpunan A yang memiliki bayangan sama. A
B
a
1
b
2
c
3
d
4 5
Contoh 31. Relasi f = {(1, w), (2, u), (3, v)} dari A = {1, 2, 3} ke B = {u, v, w, x} adalah fungsi satu-ke-satu, Tetapi relasi f = {(1, u), (2, u), (3, v)} dari A = {1, 2, 3} ke B = {u, v, w} bukan fungsi satu-ke-satu, karena f(1) = f(2) = u.
Contoh 32. Misalkan f : Z Z. Tentukan apakah f(x) = x2 + 1 dan f(x) = x – 1 merupakan fungsi satu-ke-satu? Penyelesaian: (i) f(x) = x2 + 1 bukan fungsi satu-ke-satu, karena untuk dua x yang bernilai mutlak sama tetapi tandanya berbeda nilai fungsinya sama, misalnya f(2) = f(-2) = 5 padahal –2 2. (ii) f(x) = x – 1 adalah fungsi satu-ke-satu karena untuk a b, a – 1 b – 1. Misalnya untuk x = 2, f(2) = 1 dan untuk x = -2, f(-2) = -3.
Fungsi f dikatakan dipetakan pada (onto) atau surjektif (surjective) jika setiap elemen himpunan B merupakan bayangan dari satu atau lebih elemen himpunan A. Dengan kata lain seluruh elemen B merupakan jelajah dari f. Fungsi f disebut fungsi pada himpunan B. A
B
a
1
b
2
c
3
d
Contoh 33. Relasi f = {(1, u), (2, u), (3, v)} dari A = {1, 2, 3} ke B = {u, v, w} bukan fungsi pada karena w tidak termasuk jelajah dari f. Relasi f = {(1, w), (2, u), (3, v)} dari A = {1, 2, 3} ke B = {u, v, w} merupakan fungsi pada karena semua anggota B merupakan jelajah dari f.
Contoh 34. Misalkan f : Z Z. Tentukan apakah f(x) = x2 + 1 dan f(x) = x – 1 merupakan fungsi pada? Penyelesaian: (i) f(x) = x2 + 1 bukan fungsi pada, karena tidak semua nilai bilangan bulat merupakan jelajah dari f. (ii) f(x) = x – 1 adalah fungsi pada karena untuk setiap bilangan bulat y, selalu ada nilai x yang memenuhi, yaitu y = x – 1 akan dipenuhi untuk x = y + 1.
Fungsi f dikatakan berkoresponden satu-ke-satu atau bijeksi (bijection) jika ia fungsi satu-ke-satu dan juga fungsi pada. Contoh 35. Relasi f = {(1, u), (2, w), (3, v)} dari A = {1, 2, 3} ke B = {u, v, w} adalah fungsi yang berkoresponden satu-ke-satu, karena f adalah fungsi satu-ke-satu maupun fungsi pada.
Contoh 36. Fungsi f(x) = x – 1 merupakan fungsi yang berkoresponden satu-ke-satu, karena f adalah fungsi satu-ke-satu maupun fungsi pada. Fungsi satu-ke-satu, bukan pada A
Fungsi pada, bukan satu-ke-satu
B
A 1
a b c
a
1
2
b
3
c
4
dc
2 3
Buka fungsi satu-ke-satu maupun pada A
Bukan fungsi
B
A
a
1
b
2
c
3
dc
4
B
B
a
1
b
2
c
3
dc
4
Jika f adalah fungsi berkoresponden satu-ke-satu dari A ke B, maka kita dapat menemukan balikan (invers) dari f. Balikan fungsi dilambangkan dengan f –1. Misalkan a adalah anggota himpunan A dan b adalah anggota himpunan B, maka f -1(b) = a jika f(a) = b. Fungsi yang berkoresponden satu-ke-satu sering dinamakan juga fungsi yang invertible (dapat dibalikkan), karena kita dapat mendefinisikan fungsi balikannya. Sebuah fungsi dikatakan not invertible (tidak dapat dibalikkan) jika ia bukan fungsi yang berkoresponden satu-ke-satu, karena fungsi balikannya tidak ada.
Contoh 37. Relasi f = {(1, u), (2, w), (3, v)} dari A = {1, 2, 3} ke B = {u, v, w} adalah fungsi yang berkoresponden satu-ke-satu. Balikan fungsi f adalah f -1 = {(u, 1), (w, 2), (v, 3)} Jadi, f adalah fungsi invertible. Contoh 38. Tentukan balikan fungsi f(x) = x – 1. Penyelesaian: Fungsi f(x) = x – 1 adalah fungsi yang berkoresponden satu-kesatu, jadi balikan fungsi tersebut ada. Misalkan f(x) = y, sehingga y = x – 1, maka x = y + 1. Jadi, balikan fungsi balikannya adalah f-1(y) = y +1.
Contoh 39. Tentukan balikan fungsi f(x) = x2 + 1. Penyelesaian: Dari Contoh 3.41 dan 3.44 kita sudah menyimpulkan bahwa f(x) = x – 1 bukan fungsi yang berkoresponden satu-ke-satu, sehingga fungsi balikannya tidak ada. Jadi, f(x) = x2 + 1 adalah funsgi yang not invertible.
Komposisi dari dua buah fungsi. Misalkan g adalah fungsi dari himpunan A ke himpunan B, dan f adalah fungsi dari himpunan B ke himpunan C. Komposisi f dan g, dinotasikan dengan f g, adalah fungsi dari A ke C yang didefinisikan oleh (f g)(a) = f(g(a))
Contoh 40. Diberikan fungsi g = {(1, u), (2, u), (3, v)} yang memetakan A = {1, 2, 3} ke B = {u, v, w}, dan fungsi f = {(u, y), (v, x), (w, z)} yang memetakan B = {u, v, w} ke C = {x, y, z}. Fungsi komposisi dari A ke C adalah f g = {(1, y), (2, y), (3, x) }
Contoh 41. Diberikan fungsi f(x) = x – 1 dan g(x) = x2 + 1. Tentukan f g dan g f . Penyelesaian: (i) (f g)(x) = f(g(x)) = f(x2 + 1) = x2 + 1 – 1 = x2. (ii) (g f)(x) = g(f(x)) = g(x – 1) = (x –1)2 + 1 = x2 - 2x + 2.
Beberapa Fungsi Khusus 1. Fungsi Floor dan Ceiling Misalkan x adalah bilangan riil, berarti x berada di antara dua bilangan bulat. Fungsi floor dari x: x menyatakan nilai bilangan bulat terbesar yang lebih kecil atau sama dengan x Fungsi ceiling dari x: x menyatakan bilangan bulat terkecil yang lebih besar atau sama dengan x Dengan kata lain, fungsi floor membulatkan x ke bawah, sedangkan fungsi ceiling membulatkan x ke atas.
Contoh 42. Beberapa contoh nilai fungsi floor dan ceiling: 3.5 = 3 0.5 = 0 4.8 = 4 – 0.5 = – 1 –3.5 = – 4
3.5 = 4 0.5 = 1 4.8 = 5 – 0.5 = 0 –3.5 = – 3
Contoh 42. Di dalam komputer, data dikodekan dalam untaian byte, satu byte terdiri atas 8 bit. Jika panjang data 125 bit, maka jumlah byte yang diperlukan untuk merepresentasikan data adalah 125/8 = 16 byte. Perhatikanlah bahwa 16 8 = 128 bit, sehingga untuk byte yang terakhir perlu ditambahkan 3 bit ekstra agar satu byte tetap 8 bit (bit ekstra yang ditambahkan untuk menggenapi 8 bit disebut padding bits).
2. Fungsi modulo Misalkan a adalah sembarang bilangan bulat dan m adalah bilangan bulat positif. a mod m memberikan sisa pembagian bilangan bulat bila a dibagi dengan m a mod m = r sedemikian sehingga a = mq + r, dengan 0 r < m.
Contoh 43. Beberapa contoh fungsi modulo 25 mod 7 = 4 15 mod 4 = 0 3612 mod 45 = 12 0 mod 5 = 5 –25 mod 7 = 3 (sebab –25 = 7 (–4) + 3 )
3. Fungsi Faktorial ,n 0 1 n! 1 2 . ( n 1) n , n 0
4. Fungsi Eksponensial ,n 0 1 a a a a , n 0 n n
Untuk kasus perpangkatan negatif, a n
1 an
5. Fungsi Logaritmik Fungsi logaritmik berbentuk y a log x
x = ay
Fungsi Rekursif Fungsi f dikatakan fungsi rekursif jika definisi fungsinya mengacu pada dirinya sendiri. Contoh:
n! = 1 2 … (n – 1) n = (n – 1)! n.
,n 0 1 n! n ( n 1)! , n 0
Fungsi rekursif disusun oleh dua bagian: (a) Basis Bagian yang berisi nilai awal yang tidak mengacu pada dirinya sendiri. Bagian ini juga sekaligus menghentikan definisi rekursif. (b) Rekurens Bagian ini mendefinisikan argumen fungsi dalam terminologi dirinya sendiri. Setiap kali fungsi mengacu pada dirinya sendiri, argumen dari fungsi harus lebih dekat ke nilai awal (basis).
Contoh definisi rekursif dari faktorial: (a) basis: n! = 1 , jika n = 0 (b) rekurens: n! = n (n -1)! , jika n > 0
5! dihitung dengan langkah berikut: (1) 5! = 5 4! (rekurens) (2) 4! = 4 3! (3) 3! = 3 2! (4) 2! = 2 1! (5) 1! = 1 0! (6) 0! = 1 (6’) (5’) (4’) (3’) (2’) (1’) Jadi, 5! = 120.
0! = 1 1! = 1 0! = 1 1 = 1 2! = 2 1! = 2 1 = 2 3! = 3 2! = 3 2 = 6 4! = 4 3! = 4 6 = 24 5! = 5 4! = 5 24 = 120
Contoh 44. Di bawah ini adalah contoh-contoh fungsi rekursif lainnya: 0 1. F ( x) 2 2 F ( x 1) x
,x 0 ,x 0
2. Fungsi Chebysev 1 ,n 0 T (n, x) x ,n 1 2 xT (n 1, x) T (n 2, x) , n 1
3. Fungsi fibonacci: 0 ,n 0 f ( n) 1 ,n 1 f (n 1) f (n 2) , n 1
Relasi Kesetaraan DEFINISI. Relasi R pada himpunan A disebut relasi kesetaraan (equivalence relation) jika ia refleksif, setangkup dan menghantar.
Secara intuitif, di dalam relasi kesetaraan, dua benda
berhubungan jika keduanya memiliki beberapa sifat yang sama atau memenuhi beberapa persyaratan yang sama. Dua elemen yang dihubungkan dengan relasi kesetaraan
dinamakan setara (equivalent).
Contoh:
A = himpunan mahasiswa, R relasi pada A: (a, b) R jika a satu angkatan dengan b. R refleksif: setiap mahasiswa seangkatan dengan dirinya sendiri R setangkup: jika a seangkatan dengan b, maka b pasti seangkatan dengan a. R menghantar: jika a seangkatan dengan b dan b seangkatan dengan c, maka pastilah a seangkatan dengan c. Dengan demikian, R adalah relasi kesetaraan.
Relasi Pengurutan Parsial DEFINISI. Relasi R pada himpunan S dikatakan relasi pengurutan parsial (partial ordering relation) jika ia refleksif, tolak-setangkup, dan menghantar. Himpunan S bersama-sama dengan relasi R disebut himpunan terurut secara parsial (partially ordered set, atau poset), dan dilambangkan dengan (S, R).
Contoh: Relasi pada himpunan bilangan bulat adalah relasi pengurutan parsial.
Alasan: Relasi refleksif, karena a a untuk setiap bilangan bulat a; Relasi tolak-setangkup, karena jika a b dan b a, maka a = b; Relasi menghantar, karena jika a b dan b c maka a c.
Contoh: Relasi “habis membagi” pada himpunan bilangan bulat adalah relasi pengurutan parsial. Alasan: relasi “habis membagi” bersifat refleksif, tolaksetangkup, dan menghantar.
Secara intuitif, di dalam relasi pengurutan parsial, dua buah
benda saling berhubungan jika salah satunya -- lebih kecil (lebih besar) daripada, - atau lebih rendah (lebih tinggi) daripada lainnya menurut sifat atau kriteria tertentu.
Istilah pengurutan menyatakan bahwa benda-benda di
dalam himpunan tersebut dirutkan berdasarkan sifat atau kriteria tersebut.
Ada juga kemungkinan dua buah benda di dalam
himpunan tidak berhubungan dalam suatu relasi pengurutan parsial. Dalam hal demikian, kita tidak dapat membandingkan keduanya sehingga tidak dapat diidentifikasi mana yang lebih besar atau lebih kecil.
Itulah alasan digunakan istilah pengurutan parsial atau
pengurutan tak-lengkap
Klosur Relasi (closure of relation) Contoh 1: Relasi R = {(1, 1), (1, 3), (2, 3), (3, 2)} pada
himpunan A = {1, 2, 3} tidak refleksif. Bagaimana membuat relasi refleksif yang sesedikit mungkin
dan mengandung R?
Tambahkan (2, 2) dan (3, 3) ke dalam R (karena dua
elemen relasi ini yang belum terdapat di dalam R) Relasi baru, S, mengandung R, yaitu
S = {(1, 1), (1, 3), (2, 2), (2, 3), (3, 2), (3, 3) } Relasi S disebut klosur refleksif (reflexive closure) dari
R.
Contoh 2: Relasi R = {(1, 3), (1, 2), (2, 1), (3, 2), (3, 3)}
pada himpunan A = {1, 2, 3} tidak setangkup. Bagaimana membuat relasi setangkup yang sesedikit mungkin
dan mengandung R?
Tambahkan (3, 1) dan (2, 3) ke dalam R
(karena dua elemen relasi ini yang belum terdapat di dalam S agar S menjadi setangkup). Relasi baru, S, mengandung R:
S = {(1, 3), (3, 1), (1, 2), (2, 1), (3, 2), (2, 3), (3, 3)} Relasi S disebut klosur setangkup (symmetric closure)
dari R.
Misalkan R adalah relasi pada himpunan A. R dapat memiliki
atau tidak memiliki sifat P, seperti refleksif, setangkup, atau menghantar. Jika terdapat relasi S dengan sifat P yang mengandung R sedemikian sehingga S adalah himpunan bagian dari setiap relasi dengan sifat P yang mengandung R, maka S disebut klosur (closure) atau tutupan dari R [ROS03].
Klosur Refleksif Misalkan R adalah sebuah relasi pada himpunan A. Klosur refleksif dari R adalah R , yang dalam hal ini =
{(a, a) | a A}.
Contoh: R = {(1, 1), (1, 3), (2, 3), (3, 2)} adalah relasi
pada A = {1, 2, 3}
maka = {(1, 1), (2, 2), (3, 3)},
sehingga klosur refleksif dari R adalah R = {(1, 1), (1, 3), (2, 3), (3, 2)} {(1, 1), (2, 2), (3, 3)} = {(1, 1), (1, 3), (2, 2), (2, 3), (3, 2), (3, 3)}
Contoh: Misalkan R adalah relasi
{(a, b) | a b} pada himpunan bilangan bulat. Klosur refleksif dari R adalah R = {(a, b) | a b} {(a, a) | a Z} = {(a, b) | a, b Z}
Klosur setangkup Misalkan R adalah sebuah relasi pada himpunan A. Klosur setangkup dari R adalah R R-1, dengan R-1 = {(b, a)
| (a, b) a R}.
Contoh: R = {(1, 3), (1, 2), (2, 1), (3, 2), (3, 3)} adalah
relasi pada A = {1, 2, 3}, maka R-1 = {(3, 1), (2, 1), (1, 2), (2, 3), (3, 3)} sehingga klosur setangkup dari R adalah R R-1
= {(1, 3), (1, 2), (2, 1), (3, 2), (3, 3)}
{(3, 1), (2, 1), (1, 2), (2, 3), (3, 3)} = {(1, 3), (3, 1), (1, 2), (2, 1), (3, 2), (2, 3), (3, 3)}
Contoh: Misalkan R adalah relasi
{(a, b) | a habis membagi b} pada himpunan bilangan bulat. Klosur setangkup dari R adalah R R-1 = {(a, b) | a habis membagi b} {(b, a) | b habis membagi a} = {(a, b) | a habis membagi b atau b habis membagi a}
Klosur menghantar Pembentukan klosur menghantar lebih sulit daripada dua
buah klosur sebelumnya.
Contoh: R = {(1, 2), (1, 4), (2, 1), (3, 2)} adalah relasi A
= {1, 2, 3, 4}. R tidak transitif karena tidak mengandung semua pasangan (a, c) sedemikian sehingga (a, b) dan (b, c) di dalam R.
Pasangan (a, c) yang tidak terdapat di dalam R adalah (1, 1), (2, 2), (2, 4), dan (3, 1).
Penambahan semua pasangan ini ke dalam R sehingga
menjadi
S = {(1, 2), (1, 4), (2, 1), (3, 2), (1, 1), (2, 2), (2, 4), (3, 1)} tidak menghasilkan relasi yang bersifat menghantar karena, misalnya terdapat (3, 1) S dan (1, 4) S, tetapi (3, 4) S.
Kosur menghantar dari R adalah
R* = R2 R3 … Rn Jika MR adalah matriks yang merepresentasikan R pada
sebuah himpunan dengan n elemen, maka matriks klosur menghantar R* adalah M R* MR M R[ 2] M R[3] … M R[n ]
Misalkan R = {(1, 1), (1, 3), (2, 2), (3, 1), (3, 2)} adalah relasi pada himpunan A = {1, 2, 3}. Tentukan klosur menghantar dari R. Penyelesaian: Matriks yang merepresentasikan relasi R adalah
1 0 1 MR = 0 1 0 1 1 0 Maka, matriks klosur menghantar dari R adalah M R* MR M R[ 2 ] M R[ 3]
Karena
M R[ 2 ]
1 1 1 M R M R 0 1 0 1 1 1
M R*
1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 0 0 1 0 0 1 0 = 0 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
dan M R[ 3]
1 1 1 M R[ 2 ] M R 0 1 0 1 1 1
maka
Dengan demikian, R* = {(1, 1), (1, 2), (1, 3), (2, 2), (3, 1), (3, 2), (3, 3) }
Aplikasi klosur menghantar Klosur menghantar menggambarkan bagaimana pesan dapat
dikirim dari satu kota ke kota lain baik melalui hubungan komunikasi langsung atau melalui kota antara sebanyak mungkin [LIU85].
Misalkan jaringan komputer mempunyai pusat data di
Jakarta, Bandung, Surabaya, Medan, Makassar, dan Kupang.
Misalkan R adalah relasi yang mengandung (a, b) jika terdapat
saluran telepon dari kota a ke kota b.
Bandung
Jakarta
Surabaya
Kupang Medan
Makassar
Karena tidak semua link langsung dari satu kota ke kota lain, maka
pengiriman data dari Jakarta ke Surabaya tidak dapat dilakukan secara langsung. Relasi R tidak menghantar karena ia tidak mengandung semua
pasangan pusat data yang dapat dihubungkan (baik link langsung atau tidak langsung). Klosur menghantar adalah relasi yang paling minimal yang berisi
semua pasangan pusat data yang mempunyai link langsung atau tidak langsung dan mengandung R.
Terima Kasih
