Prosiding Seminar Ilmiah Nasional Teknologi Komputer (SENATKOM 2015) Universitas Putra Indonesia YPTK Padang - 23 Oktober 2015 Vol. 1, Oktober 2015 ISSN : 2460 - 4690 JARINGAN SYARAF TIRUAN UNTUK IDENTIFIKASI KUALITAS PANEN DAN PENYAKIT IKAN PATIN MENGGUNAKAN ALGORITMA BACKPROPAGATION (STUDI KASUS DI DINAS KELAUTAN DAN PERIKANAN PROVINSI JAMBI) Pariyadi1) Teknik Informatika, STMIK Nurdin Hamzah Jambi e-mail: [email protected] 1 Abstract Freshwater fish farming is a promising opportunity that can improve people's income. One of the species of freshwater fish that is popular nowadays for cultivated is Pangasius. In the process of cultivation, Pangasius are vulnerable to attacked by microorganisms that can cause a disease that affects the quality of Pangasius during harvest. So far, Pangasius farmers especially beginner farmers are constrained in identifying the Pangasius quality and Pangasius diseases. Pangasius quality in Jambi province is categorized into three, namely: Prima quality, Medium Quality and Low Quality which indicated attacked by a disease. 5 diseases that usually attack Pangasius in Jambi Province are : Edwardsiella Ictaluri, Edwardsiella Tarda, Yersinia Ruckeri, Pseudomonas Anguilliseptica, dan Motil Aeromonas. Based on those problem, this study aims to applying Artificial Neural Network (ANN) model with Backpropagation algorithm in identifying harvest quality and Pangasius diseases. ANN is able to recognize the pattern of harvest quality and Pangasius diseases based on condition and clinical symptoms. The data will be trained and new knowledge that never been studied will be given. 15 variabels will be used as an input, and then will be trained by using 65 Pangasius data so that the system can recognize the variabel and the data properly. For testing process, 20 data will be used. After analysis of simulation ANN models with Backpropagation algorithm by using Matlab, the quality of harvest and Pangasius diseases will be identified. The results are Backpropagation algorithm is able to have 100% of accuracy level. Evaluation is done to obtain the best condition the number of neurons in the hidden layer of 20 nodes with 14 iterations, 0.00000000186 of MSE and the best training function is trainlm with 0.001671590778 average of error gradient. Keywords : Artifcial Neural Network (ANN), Backpropagation, Quality of Harvest Catfish, PangasiusDesease 1. PENDAHULUAN Ikan memberikan peluang usaha yang besar karena mengandung protein dan gizi yang sangat baik serta kesadaran masyarakat di hampir seluruh dunia akan pentingnya makan ikan untuk kesehatan juga semakin tumbuh. Baik yang tergolong ikan air laut maupun ikan hasil budidaya, keduanya memiliki potensi ekonomi dan kendala masing-masing. Seperti ketersediaan ikan air laut Pariyadi, Teknik Informatika, STMIK Nurdin Hamzah Jambi terpengaruh oleh kondisi cuaca, atau ketersediaan pakan yang baik serta serangan penyakit merupakan tantangan tersendiri dalam mengembangkan ikan hasil budidaya. Di bawah pengelolaan Dinas Kelautan dan Perikanan Provinsi Jambi, Provinsi Jambi dipercaya sebagai salah satu dari tiga provinsi (Jambi, Riau, dan Kalimantan Selatan) yang dijadikan sentra pengembangan industri ikan Patin di 300 Prosiding Seminar Ilmiah Nasional Teknologi Komputer (SENATKOM 2015) Universitas Putra Indonesia YPTK Padang - 23 Oktober 2015 Indonesia. Pada pembudidayaan ikan Patin tersebut tentu juga terdapat berbagai tantangan seperti ancaman parasit, jamur, dan bakteri yang dapat menyebabkan timbulnya penyakit pada ikan Patin. Salah satu kendala yang terjadi yaitu efektifitas dalam pendampingan petani budidaya ikan Patin untuk mengidentifikasi kualitas panen serta penyakit ikan Patin, terutama ditemui pada petani yang belum memiliki pengetahuan dan pengalaman yang cukup mengenai pembudidayaan ikan Patin. Agar proses identifikasi kualitas panen dan penyakit ikan Patin dapat dilakukan secara mandiri, maka perlunya penerapan suatu sistem cerdas yang dapat membantu petani budidaya dalam mengidentifikasi kualitas panen dan penyakit ikan Patin berdasarkan pada kondisi atau gejala klinis pada ikan Patin. Metode yang digunakan dalam penelitian ini adalah Jaringan Syaraf Tiruan (JST) yang merupakan salah satu bidang ilmu dari Kecerdasan Buatan atau Sistem Cerdas yang banyak digunakan untuk menyelesaikan masalah estimasi, prediksi, klasifikasi, segmentasi (clustering), pengenalan pola, dan lain sebagainya. Pada penelitian digunakan Algoritma Backpropagation. Algoritma Backpropagtion adalah pelatihan jenis terkontrol (supervised) menggunakan pola penyesuaian bobot untuk mencapai nilai kesalahan minimum antara keluaran hasil prediksi dengan keluaran yang nyata (Andrijasa dan Mistianingsih, 2010). memprediksi penyakit THT dengan Jaringan Syaraf Tiruan Algoritma Backpropagation yang dilakukan oleh Arif Jumawarto, et al. (2009), deteksi tingkat keparahan pengapuran sendi (ostheoarthritis) menggunakan Jaringan Syaraf Tiruan Algoritma Backpropagation oleh Dian Pratiwi, et al. (2011) dan sistem pengenalan wajah melalui pelatihan Jaringan Syaraf Tiruan Algoritma Backpropagation oleh Revathy dan Guhan (2012). Dari beberapa penelitian tersebut dapat disimpulkan bahwa penerapan JST dapat digunakan di berbagai bidang seperti: biologi, psikologi, kedokteran, pemasaran, computer vision, dan lain sebagainya. Pariyadi, Teknik Informatika, STMIK Nurdin Hamzah Jambi Vol. 1, Oktober 2015 ISSN : 2460 - 4690 Berdasarkan latar belakang di atas, maka penelitian bertujuan untuk menganalisis penerapan Jaringan Syaraf Tiruan menggunakan Algoritma Backpropagation dalam mengidentifikasi kualitas panen dan penyakit pada ikan Patin. 2. KAJIAN LITERATUR Jaringan Syaraf Tiruan merupakan salah satu upaya manusia untuk memodelkan cara kerja atau fungsi sistem syaraf manusia dalam melaksanakan tugas tertentu. Pemodelan ini didasari oleh kemampuan otak manusia dalam mengorganisasikan selsel penyusunnya yang disebut neuron, sehingga mampu melaksanakan tugastugas tertentu, khususnya pengenalan pola dengan efektivitas yang sangat tinggi (Suyanto, 2014). Backpropagation atau disebut juga sebagai Multilayer Perceptron (MP) adalah jenis neural network yang memiliki kemampuan untuk mendeteksi atau melakukan analisa untuk permasalahan yang sifatnya cukup atau bahkan sangat kompleks, seperti pada masalah Pemrosesan Bahasa, Pengenalan suatu Pola serta Pemrosesan suatu image atau gambar. Algoritma Backpropagation adalah sebagai berikut: 1) Inisialisasi bobot (ambil bobot awal dengan nilai random yang cukup kecil). 2) Tetapkan nilai: Maksimum Epoch, Target Error, dan Learning rate (α). 3) Inisialisasi : Epoch = 0, Mean Sequare Error (MSE) =1. 4) Kerjakan langkah-langkah berikut selama kondisi berhenti bernilai False ((Epoch < Maksimum Epoch) dan (MSE > Target Error)): i. Epoch = Epoch + 1 ii. Untuk tiap-tiap pasangan elemen yang akan dilakukan pelatihan, kerjakan: Tahap Feedforward (Perambatan Maju) Tahap Backpropagation (Perambatan Mundur) Tahap Perbarui Bobot dan Bias 301 Prosiding Seminar Ilmiah Nasional Teknologi Komputer (SENATKOM 2015) Universitas Putra Indonesia YPTK Padang - 23 Oktober 2015 iii. Tes Kondisi Berhenti Hitung nilai MSE (Mean Sequare Error) 3. METODE PENELITIAN Metodologi penelitian sangat menentukan keberhasilan dalam melakukan suatu penelitian, karena dengan adanya metodologi penelitian penyelesaian masalah dapat dilakukan secara bertahap dan terstruktur. Kasus pada penelitian ini, untuk menganalisis penerapan model Jaringan Syaraf Tiruan dalam identifikasi kualitas panen dan penyakit pada ikan Patin berdasarkan pada kondisi atau gejala klinis ikan Patin. Kerangka kerja atau framework yang digunakan pada penelitian ini, adalah sebagai berikut : 1) 2) 3) 4) 5) 6) 7) 8) 9) Merumuskan Masalah Menentukan Tujuan Mempelajari Literatur Mengumpulkan Data Dan Informasi Menganalisa Data Merancang Arsitektur Jaringan Syaraf Tiruan Mengimplementasikan Algoritma Bakpropagation Menguji Algoritma Backpropagation Mengevaluasi Penerapan Algoritma Backpropagation. 4. HASIL DAN PEMBAHASAN Dengan menggunakan arsitektur Jaringan Syaraf yang telah ditetapkan seperti pada Gambar 1. Vol. 1, Oktober 2015 ISSN : 2460 - 4690 Gambar 1. Arsitektur JST Neuron input terdiri dari Kenampakan (X1), Mata (X2), Warna Insang (X3), Daging (X4), Anus (X5), Bau (X6), Panjang (X7), Berat (X8), Sekresi Lendir (X9), Perilaku (X10), Pendarahan (X11), Pernafasan (X12), Luka (X13), Pembengkakan (X14), Kulit (X15). neuron pada hidden layer ditetapkan untuk awal berjumlah 15 neuron (z1-z15), dan neuron pada output layer berjumlah 3 neuron (y1y3) karena bertujuan untuk menampung 7 kategori kualitas panen dan penyakit ikan Patin yaitu, Patin kualitas Prima (001), Patin kualitas Sedang (010), Patin kualitas Rendah terinfeksi Edwarsiella Ictaluri (011), Patin kualitas Rendah terinfeksi Edwarsiella Tarda (100), Patin kualitas Rendah terinfeksi Yersinia Ruckeri (101), Patin kualitas Rendah terinfeksi Pseudomonas Angelliseptica (110), Patin kualitas Rendah terinfeksi Motil Aeromonas (111). Dilakukan implementasi Algoritma Backpropagation dengan tool Matlab adalah sebagai berikut: 1) Proses Pelatihan Hasil proses pelatihan terhadap 65 data pelatihan menggunakan algoritma Backpropagation seperti pada Tabel 1, sedangkan hasil pengujian seperti terlihat pada Tabel 2. Tabel 1. Hasil Proses Pelatihan Metode Perf Backpropagation 0.000967 Ketepatan Pengujian 100% Pelatihan yang dilakukan dengan fungsi pelatihan traingdx dilakukan dengan jumlah 197 iterasi dan performance maksimum sebesar 0.000967 seperti terlihat pada Gambar 2. Pariyadi, Teknik Informatika, STMIK Nurdin Hamzah Jambi 302 Prosiding Seminar Ilmiah Nasional Teknologi Komputer (SENATKOM 2015) Universitas Putra Indonesia YPTK Padang - 23 Oktober 2015 3) Vol. 1, Oktober 2015 ISSN : 2460 - 4690 Proses Identifikasi Kualitas Panen Dan Penyakit Ikan Patin Dari 65 data kondisi dan gejala klinis ikan Patin yang telah dihimpun, dapat diidentifikasi kualitas panen dan penyakit menggunakan algoritma Backpropagation pada Tabel 3. Tabel 3. Hasil Proses Prediksi Bidang Kompetensi PP PS PR1 PR2 PR3 PR4 PR5 TD Gambar 2. Hasil Pelatihan Terhadap 65 Data Pelatihan Ikan Patin 2) Proses Pengujian Pengujian dilakukan dengan menggunakan 20 data pengujian dengan hasil seperti terlihat pada Gambar 3 dan pada Tabel 2. Keterangan: PP PS PR1 PR2 PR3 PR4 PR5 Gambar 3. Grafik Hasil Proses Pengujian Backpropagation Hasil proses pengujian terhadap 20 data pengujian dengan hasil seperti pada Tabel 2. Tabel 2. Hasil Proses Pengujian Metode Perf Backpropagation 0.000913 Ketepatan Pengujian 100% Pariyadi, Teknik Informatika, STMIK Nurdin Hamzah Jambi BackPropagation 34 14 3 3 4 3 4 0 TD : Patin Prima : Patin Sedang : Patin Mutu Rendah Terinfeksi Edwardsiella Ictaluri : Patin Mutu Rendah Terinfeksi Edwardsiella Tarda : Patin Mutu Rendah Terinfeksi Yersinia Ruckeri : Patin Mutu Rendah Terinfeksi Pseudomonas Anguiliseptica : Patin Mutu Rendah Terinfeksi Motil Aeromonas : Tidak Dikenali Berdasarkan hasil proses identifikasi kualitas panen dan penyakit ikan Patin menggunakan algoritma Backpropagation tersebut, maka hasil identifikasi dengan algoritma Backpropagation telah memiliki kinerja baik karena pengenalan pola mampu memiliki kinerja ketepatan pelatihan dan pengujian sebesar 100%. 303 Prosiding Seminar Ilmiah Nasional Teknologi Komputer (SENATKOM 2015) Universitas Putra Indonesia YPTK Padang - 23 Oktober 2015 Setelah dilakukan analisa terhadap Jaringan Syaraf Tiruan, maka diperoleh hasil seperti pada Tabel 4 hingga Tabel 7. Analisa Jaringan Syaraf Tiruan dilakukan untuk mengetahui keadaan terbaik terhadap perbandingan Jumlah Neuron seperti pada Tabel 4. Tabel 4. Perbandingan Jumlah Neuron Hidden Layer Jumla Berhenti h Training Di Iterasi MSE Neuro Function Ken 5 233 TRAINGD 0.012600000 A 00 94 TRAINGD 0.111000000 X 00 20 TRAINLM 0.030000000 00 10 66 TRAINGD 0.297000000 A 00 184 TRAINGD 0.014300000 X 00 24 TRAINLM 0.000000006 40 15 169 TRAINGD 0.015200000 A 00 110 TRAINGD 0.180000000 X 00 21 TRAINLM 0.000000003 19 165 TRAINGD 0.011200000 20 A 00 273 TRAINGD 0,000010300 X 00 14 TRAINL 0.000000001 M 86 25 234 TRAINGD 0.011500000 A 00 269 TRAINGD 0.000009480 X 00 30 TRAINLM 0.000000002 97 Nilai Rata-Rata Akurasi yang dihasilkan dengan berbagai keadaan Jumlah Neuron pada Arsitektur Jaringan Syaraf Tiruan seperti terlihat pada Tabel 5. Vol. 1, Oktober 2015 ISSN : 2460 - 4690 Rata-Rata Akurasi Pada Beberapa Keadaan Jumlah Neuron Hidden Layer Jumlah Rata-Rata Neuron Akurasi (%) 5 80.5128 10 67.6923 15 82.0513 20 97.9487 25 97.4359 Analisa juga dilakukan dengan perbandingan beberapa fungsi pelatihan dengan hasil Rata-Rata Error Gradient seperti terlihat pada Tabel 6. Tabel 6. Perbandingan Rata-Rata Error Gradient Pada Fungsi Pelatihan Training Rata-Rata Function Error Gradient TRAINGDA 0.026635840000 TRAINGDX 0.036754997740 TRAINLM 0.001671590778 Selanjutnya dilakukan pula perbandingan terhadap Rata-Rata Akurasi pada Fungsi Pelatihan dengan hasil seperti pada Tabel 7. Tabel 7. Perbandingan Rata-Rata Akurasi Pada Fungsi Pelatihan Jumla h Neuro n TRAINGD 5 A 10 15 20 25 TRAINGD 5 X 10 15 20 25 TRAINL 5 M 10 15 20 25 Training Function Persentas e (%) RataRata (%) 90.7692 77.5385 10.7692 95.3846 95.3846 95.3846 60.0000 80.3077 92.3077 50.7692 100.0000 98.4615 90.7692 97.5385 100.0000 100.0000 96.9231 100.0000 Tabel 5. Perbandingan Tahap Analisis Pariyadi, Teknik Informatika, STMIK Nurdin Hamzah Jambi 304 Prosiding Seminar Ilmiah Nasional Teknologi Komputer (SENATKOM 2015) Universitas Putra Indonesia YPTK Padang - 23 Oktober 2015 Dari perbandingan rata-rata tingkat akurasi pada tabel 7 dapat dilihat bahwa rata-rata tingkat akurasi terbesar adalah pada fungsi pelatihan Trainlm dengan rata-rata tingkat akurasi sebesar 97.5385%. Percobaan yang telah dilakukan untuk mengoptimalisasi Jaringan Syaraf Tiruan menggunakan Algoritma Backpropagation menghasilkan informasi pendukung untuk dapat menyimpulkan berapa jumlah neuron pada hidden layer dan fungsi pelatihan yang terbaik untuk digunakan. Fungsi pelatihan yang terbaik digunakan berdasarkan nilai rata-rata error gradient dan rata-rata tingkat akurasi adalah fungsi pelatihan Trainlm, sedangkan untuk jumlah neuron pada hidden layer berdasarkan jumlah iterasi, performance, dan tingkat akurasi diperoleh jumlah neuron sebanyak 20 node. 5. KESIMPULAN 1) Jaringan Syaraf Tiruan Algoritma Backpropagation dapat diterapkan dalam proses identifikasi kualitas panen dan penyakit ikan Patin karena memiliki keunggulan salah satunya dapat melakukan proses pelatihan atau belajar terhadap data-data yang menjadi bekal layaknya manusia sehingga dari hasil pelatihan tersebut dapat dilakukan proses identifikasi kualitas panen dan penyakit ikan Patin dengan menggunakan data input baru. Menggunakan 15 variabel input yaitu Kenampakan (X1), Mata (X2), Warna Insang (X3), Daging (X4), Anus (X5), Bau (X6), Panjang (X7), Berat (X8), Sekresi Lendir (X9), Perilaku (X10), Pendarahan (X11), Pernafasan (X12), Luka (X13), Pembengkakan (X14), Kulit (X15). Serta 3 variabel output (Y1, Y2, Y3) yang mengandung 7 jenis target kualitas panen dan penyakit ikan Patin antara lain Patin Kualitas Prima (0 0 1), Pating Kualitas Sedang (0 1 0), Patin Kualitas Rendah Pariyadi, Teknik Informatika, STMIK Nurdin Hamzah Jambi Vol. 1, Oktober 2015 ISSN : 2460 - 4690 Terinfeksi Edwardsiella Ictaluri, Patin Kualitas Rendah Terinfeksi Edwardsiella Tarda, Patin Kualitas Rendah Terinfeksi Yersinia Ruckeri, Patin Kualitas Rendah Terinfeksi Pseudomonas Anguilliseptica, dan Patin Kualitas Rendah Terinfeksi Motil Aeromonas. 2) Dari hasil analisa pada tahap identifikasi kualitas panen dan penyakit ikan Patin terhadap pengenalan pola data baru, maka Algoritma Backpropagation telah memiliki tingkat akurasi yang sangat baik dengan persentase sebesar 100 %. 3) Evaluasi yang dilakukan memperoleh keadaan terbaik untuk jumlah neuron pada hidden layer sebanyak 20 node dengan 14 iterasi dan MSE sebesar 0.00000000186 serta fungsi pelatihan terbaik adalah Trainlm dengan ratarata error gradient terendah senilai 0.001671590778 dan rata-rata tingkat akurasi terbesar sebesar senilai 97.5385 %. Saran untuk pengembangan penelitian selanjutnya, dapat digunakan perbandingan metode JST lain, seperti Learning Vector Quantification (LVQ), Jaringan Reccurent Hopfield, atau lainnya dengan menggunakan tools yang berbasis Graphic User Interface (GUI) agar sistem yang dimodelkan atau dikembangkan lebih interaktif. 6. REFERENSI 1) Andrijasa, M.F., dan Mistianingsih. (2010). Penerapan Jaringan Syaraf Tiruan Untuk Memprediksi Jumlah Pengangguran di Provinsi Kalimantan Timur Dengan Menggunakan Algoritma Pembelajaran Backpropagation. Jurnal Informatika Mulawarman Vol 5 No.1, 50-54. 305 Prosiding Seminar Ilmiah Nasional Teknologi Komputer (SENATKOM 2015) Universitas Putra Indonesia YPTK Padang - 23 Oktober 2015 2) Arif Jumarwanto. (2009). Aplikasi Jaringan Syaraf Tiruan Backpropagation Untuk Memprediksi Penyakit THT Di Rumah Sakit Mardi Rahayu Kudus. Jurnal Teknik Elektro Vol.1 No.1, 11-21. 3) Candra Dewi dan Muslikh, M. (2013). Perbandingan Akurasi Backpropagation Neural Network dan ANFIS untuk Memprediksi Cuaca. Journal of Scientific Modelling & Computation Vol 1 No. 1, 7-13. 4) Chakravarthy, et al. (2011). Handwritten Text Image Authentication Using Back Propagation. International Journal of Network Security & Its Applications (IJNSA), Vol 3, No.5, 121-130. 5) Choudhary, et al. (2013). Signature Recognition & Verification System Using Back Propagation Neural Network. International Journal of IT, Engineering and Applied Sciences Research (IJIEASR) Volume 2, No.1, 1-8. 6) Dian Pratiwi, et al. (2011). An Application Of Backpropagation Artifical Neural Network Method for Measuring The Severity of Osteoarthritis. International Journal of Engineering & Technology IJETIJENS – Vol 11, No.03, 102-105. 7) Divya, et al. (2013). Diabetes Detection Using Artificial Neural Networks & Back-Propagation Algorithm. International Journal of Scientific & Technology Research, Vol 2, Issue 1. 9-11. Pariyadi, Teknik Informatika, STMIK Nurdin Hamzah Jambi Vol. 1, Oktober 2015 ISSN : 2460 - 4690 8) Faruk, MD. A. R. (2008). Disease and Health Management of Farmed Exotic Catfish Pangasius hypopthalmus in Mymensingh District of Bangladesh. Diseases in Asian Aquaculture VI, email [email protected], 193-204. 9) Jayanta Kumar Basu, et al. (2010). Use Of Artificial Neural Network in Pattern Recognition. International Journal of Software Engineering and Its Applications Vol.4, No.2. 23-33. 10) Kholish Mahyuddin (2010). Panduan Lengkap Agribisnis Patin. Jakarta: Penebar Swadaya. 11) Kosbatwar, dan Pathan. (2012). Pattern Association for character recognition by Back-Propagation algorithm using Neural Network approach. International Journal of Computer Science & Engineering Survey (IJCSES) Vol. 3, No.1. 127134. 12) Novita Handayani. (2012). Analisis Metode Jaringan Syaraf Tiruan Backpropagation Untuk Pengenalan Sel Kanker Otak. Jurnal Ilmiah Komputer dan Informatika (KOMPUTA), 1-8. 13) Siang Jong Jek. (2009). Jaringan Syaraf Tiruan & Pemrogramannya Menggunakan MATLAB. Yogyakarta: Penerbit Andi. 14) Sutojo, et al. (2011). Kecerdasan Buatan. Yogyakarta: Penerbit Andi. 15) Suryaningrum, et al. (2012). Membuat Fillet Ikan Patin. Jakarta: Penebar Swadaya . 16) Suyanto. (2014). Artificial Intelligence. Bandung: Informatika. 306