Teori Komputasi dan Implementasinya
Komputasi
Komputasi sebetulnya bisa diartikan sebagai cara untuk menemukan pemecahan masalah dari data input algoritma. Hal ini ialah apa yang disebut dengan teori komputasi, suatu sub-bidang dari ilmu komputer dan matematika. dengan menggunakan suatu
Secara umum iIlmu komputasi adalah bidang ilmu yang mempunyai perhatian pada
penyusunan model matematika dan teknik penyelesaian
numerik serta penggunaan komputer untuk
menganalisis dan memecahkan masalah-masalah ilmu (sains). Dalam
penggunaan praktis, biasanya berupa penerapan simulasi komputer atau berbagai
bentuk komputasi lainnya untuk menyelesaikan masalah-masalah dalam berbagai
bidang keilmuan, tetapi dalam perkembangannya digunakan juga untuk menemukan
prinsip-prinsip baru yang mendasar dalam ilmu.
Bidang ini berbeda dengan ilmu komputer (computer science), yang
mengkaji komputasi, komputer dan pemrosesan informasi. Bidang ini juga berbeda
dengan teori dan percobaan sebagai bentuk tradisional dari ilmu dan kerja
keilmuan. 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.
Teori Komputasi
Teori
komputasi adalah cabang ilmu komputer
dan matematika
yang membahas apakah dan bagaimanakah suatu masalah dapat dipecahkan pada model komputasi,
menggunakan algoritma.
Bidang ini dibagi menjadi dua cabang: teori komputabilitas dan teori
kompleksitas, namun kedua cabang berurusan dengan model formal komputasi.
Untuk melakukan studi komputasi dengan ketat,
ilmuwan komputer bekerja dengan abstraksi matematika dari komputer yang
dinamakan model komputasi. Ada beberapa model yang digunakan, namun yang paling
umum dipelajari adalah mesin Turing. Sebuah mesin Turing dapat
dipikirkan sebagai komputer pribadi meja dengan kapasitas memori yang tak
terhingga, namun hanya dapat diakses dalam bagian-bagian terpisah dan diskret.
Ilmuwan komputer mempelajari mesin Turing karena mudah dirumuskan, dianalisis
dan digunakan untuk pembuktian, dan karena mesin ini mewakili model komputasi
yang dianggap sebagai model paling masuk akal yang paling ampuh yang
dimungkinkan.
Kapasitas memori tidak terbatas mungkin terlihat sebagai sifat
yang tidak mungkin terwujudkan, namun setiap permasalahan yang
"terputuskan" (decidable) yang dipecahkan oleh mesin Turing selalu
hanya akan memerlukan jumlah memori terhingga. Jadi pada dasarnya setiap
masalah yang dapat dipecahkan (diputuskan) oleh meisn Turing dapat dipecahkan
oleh komputer yang memiliki jumlah memori terbatas.
Contoh / Implementasi Komputasi dalam berbagai bidang
Fisika
Fisika komputasi adalah
studi implementasi numerik algoritma untuk memecahkan masalah di bidang fisika
di mana teori kuantitatif sudah ada. Dalam sejarah, fisika komputasi adalah
aplikasi ilmu komputer modern pertama di bidang sains, dan sekarang menjadi
subbagian dari sains komputasi.
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 (makromolekul seperti protein atau sistem banyak
molekul seperti gas, cairan, padatan, dan kristal cair), dan menerapkan program
tersebut pada sistem kimia nyata.
Simulasi terhadap makromolekul (seperti protein dan
asam nukleat) dan sistem besar bisa mencakup kajian konformasi molekul dan
perubahannya (mis. proses denaturasi protein), perubahan fase, serta peramalan
sifat-sifat makroskopik (seperti kalor jenis) berdasarkan perilaku di tingkat
atom dan molekul. Istilah kimia
komputasi kadang-kadang digunakan juga untuk bidang-bidang
tumpang-tindah antara ilmu komputer dan kimia.
Terdapat beberapa pendekatan yang
dapat dilakukan:
- Kajian komputasi dapat dilakukan untuk menemukan titik
awal untuk sintesis dalam laboratorium.
- Kajian komputasi dapat digunakan untuk menjelajahi
mekanisme reaksi dan menjelaskan pengamatan pada reaksi di laboratorium.
- Kajian komputasi dapat digunakan untuk memahami sifat
dan perubahan pada sistem makroskopis melalui simulasi yang berlandaskan
hukum-hukum interaksi yang ada dalam sistem.
Terdapat beberapa bidang utama dalam
topik ini, antara lain:
- Penyajian komputasi atom
dan molekul
- Pendekatan dalam penyimpanan dan pencarian spesi kimia
(Basisdata kimia)
- Pendekatan dalam penentuan pola dan hubungan antara
struktur kimia dan sifat-sifatnya (QSPR, QSAR).
- Elusidasi struktur secara teoretis berdasarkan pada
simulasi gaya-gaya
- Pendekatan komputasi untuk membantu sintesis senyawa
yang efisien
- Pendekatan komputasi untuk merancang molekul yang
berinteraksi lewat cara-cara yang khusus, khususnya dalam perancangan obat.
- Simulasi proses transisi fase
- Simulasi sifat-sifat bahan seperti polimer, logam, dan
kristal (termasuk kristal cair).
Program yang digunakan dalam kimia
komputasi didasarkan pada berbagai metode kimia-kuantum yang memecahkan persamaan Schrödinger untuk molekul,
maupun pendekatan fisika klasik (mekanika
molekul) untuk simulasi sistem yang besar. Metode kimia-kuantum yang
tidak mencakup parameter empiris dan semi-empiris dalam persamaannya disebut
metode ab-initio.
Jenis-jenis metode ab-initio yang populer adalah: Hartree-Fock,
teori
gangguan Møller-Plesset, interaksi konfigurasi, coupled cluster, matriks
kerapatan tereduksi, dan teori fungsi kerapatan.
Kesehatan
Salah satu contoh penerapan
komputasi modern di bidang kesehatan adalah penggunaan alat-alat kedokteran
yang mempergunakan aplikasi komputer, salah satunya adalah USG (Ultra
sonografi).
USG adalah suatu alat dalam dunia kedokteran yang memanfaatkan gelombang ultrasonik, yaitu gelombang suara yang memiliki frekuensi yang tinggi (250 kHz – 2000 kHz) yang kemudian hasilnya ditampilkan dalam layar monitor. Pada awalnya penemuan alat USG diawali dengan penemuan gelombang ultrasonik kemudian bertahun-tahun setelah itu, tepatnya sekira tahun 1920-an, prinsip kerja gelombang ultrasonik mulai diterapkan dalam bidang kedokteran. Penggunaan ultrasonik dalam bidang kedokteran ini pertama kali diaplikasikan untuk kepentingan terapi bukan untuk mendiagnosis suatu penyakit. Dalam hal ini yang dimanfaatkan adalah kemampuan gelombang ultrasonik dalam menghancurkan sel-sel atau jaringan “berbahaya” ini kemudian secara luas diterapkan pula untuk penyembuhan penyakit-penyakit lainnya.
Contoh USG :
 |
| Peralatan USG |
Pertanian
Salah
satu contoh penerapan komputasi modern di bidang pertanian
adalah e-Agriculture (Pertanian).
