Machine Learning (Desain Model, Definisi, Istilah, Tipe, dan Langkah Implementasi)

Domain Model

Manusia dapat melakukan hal karena otak mampu membuat model berdasarkan masalah yang dihadapi yang disebut domain model. Dengan model tersebut maka dapat dilakukan proses seperti:

• Klasifikasi
• Prediksi
• Clustering
• Explanation

Untuk membuat domain model dapat digunakan dua pendekatan yaitu:

• Pendekatan basis pengetahuan (knowledge-based). Pendekatan ini dapat dilakukan jika ada seorang ahli di suatu domain yang memberikan pengetahuan eksplisit untuk mengidentifikasi sesuatu. Seorang ahli pada suatu domain lebih dikenal sebagai expert system. Jika pendekatan ini diimplementasikan pada perangkat lunak maka pembuat perangkat akan menjadi pemberi pengetahuan secara eksplisit tentang domain model.
• Pendekatan data-driven. Pendekatan ini memanfaatkan data yang telah ada untuk membangun konsep model secara implisit sehingga dapat digunakan untuk mengidentifikasi sesuatu.

Untuk membuat data menjadi domain model agar didapat informasi yang dapat digunakan untuk melakukan aksi maka digunakan metode-metode yang telah dikenal pada bidang statistik. Proses data dengan metode-metode statistik tersebut dibantu dengan bantuan kekuatan komputasi yang dimiliki oleh komputer.

Karena menggunakan metode statistik maka proses di atas disebut statistical learning, tetapi lebih populer atau lebih dikenal dengan istilah machine learning.

Definisi

Mechine learning adalah bidang yang mempelajari pengembangan algoritma komputer untuk mengubah data menjadi aksi yang cerdas (Machine Learning with R). atau secara singkat dapat juga diartikan sebagai proses mengubah data menjadi informasi (Machine Learning in Action).

Selain machine learning, juga sering didengar istilah data mining yang merupakan saudara kandungnya. Tetapi ada pendapat yang menyatakan tumpang tindih machine learning dan data mining dimana secara virtual pada seluruh data mining pasti melibatkan penggunaan machine learning tetapi tidak seluruh machine learning melibatkan data mining. Sebagai contoh machine learning digunakan untuk melakukan proses data mining data lalu lintas kendaraan bermotor untuk mendapatkan pola yang berhubungan dengan tingkat kecelakaan. Kemudian bedakan dengan bagaimana proses pembelajaran komputer untuk mengendarai mobil dimana hal tersebut murni machine learning tanpa ada data mining. Maka dapat ditarik kesimpulan singkat yaitu:

1. Machine learning berfokus pada bagaimana pembelajaran komputer menggunakan komputer untuk memecahkan masalah.
2. Data mining berfokus pada bagaimana pembelajaran komputer mengindentifilcasi pola yang akan digunakan manusia untuk memecahkan masalah.

Istilah-istilah

Sebelum membahas tentang machine learning lebih dalam, ada baiknya kita mengenal terminologi atau istilah-­istilah yang umum digunakan.

Dataset, Instance & Feature

Dengan menggunakan pendekatan data-driven maka pembelajaran dapat dilakukan jika telah dimiliki data atau sering disebut sebagai dataset. Di bawah ini ditampilkan dataset iris yang terdiri atas 150 bans atau record yang akan lebih dikenal dengan istilah instance.

Pada dataset di atas dapat dilihat 5 kolom yaitu:

1. Sepal.Length.
2. Sepal.Width.
3. Petal.Length.
4. Petal.Width.
5. Species.

Istilah yang digunakan untuk kolom adalah feature, artinya dataset di atas memiliki 5 feature. Pada beberapa algoritma, feature dapat dibedakan menjadi dua yaitu: feature dan target variable (target feature). Sebagai contoh jika dataset di atas diproses dengan algoritma klasifikasi maka target variable (target feature) adalah Species sedangkan sisanya adalah feature.

Training Set & Test Set

Dataset akan digunakan pada proses pembelajaran algoritma paling tidak terdapat dua tahap yang hams dilakukan, yaitu tahap training dan pengujian (test). Jika dimiliki 150 instance pada dataset maka harus dibagi menjadi dua. Data yang digunakan pada tahap training akan disebut dengan istilah training set. Sedangkan yang digunakan pada tahap pengujian disebut test set.

Tipe

Machine learning dapat dibedakan menjadi dua tipe. Tipe yang dimaksudkan di sini adalah tipe algoritma yaitu:

1. Supervised learning.
2. Unsupervised learning.

Supervised Learning

Pembelajaran pada tipe ini telah diketahui apa yang akan diprediksi atau target variablenya. Sehingga tujuan membangun algoritma sudah jelas hal apa yang akan diprediksi. Oleh karena itu model yang dihasilkan dan tipe ini adalah model prediksi.

Model prediksi digunakan untuk melakukan proses prediksi target variable (target feature) berdasarkan feature-feature lain pada suatu dataset. Algoritma pembelajaran yang dibangun mencoba untuk menemukan dan memodelkan hubungan antara target variable (target feature) tersebut dengan feature-feature lainnya.

Klasifikasi adalah contoh task mechine learning tipe supervised untuk melakukan prediksi. Beberapa contoh penerapan klasifikasi adalah sebagai berikut:

1.       Penentuan email adalah email spam.

2.       Penentuan seseorang mengidap kanker.

3.       Penentuan kemenangan suatu tim sepakbola.

Pada klasifikasi, target feature yang akan diprediksi adalah feature terkategori yang dikenal dengan istilah kelas (class) dan dapat dibagi menjadi kategori yang disebut dengan istilah level.

Kasus klasifikasi dapat dibedakan berdasarkan tipe masalah yang umumnya ditemui, yaitu:

1. Klasifikasi 1 class.
2. Klasifikasi 2 class (binary).
3. Klasifikasi multiclass, terdapat lebih dari 2 class.

Saat ini telah banyak teknik/metode klasifikasi yang dikembangkan untuk menyelesaikan masalah klasifikasi 2 class. Sehingga untuk menyelesaikan masalah klasifikasi multiclass dapat digunakan kombinasi teknik/metode yang biasa digunakan untuk menyelesaikan klasifikasi 2 class

Supervised learning juga dapat digunakan untuk memprediksi data numerik. Task seperti ini dikenal dengan istilah regresi.

Berikut ini adalah beberapa nama algoritma tipe supervised leaning yaitu:

• K-Nearest Neighbors.
• Naive Bayes.
• Suport Vector Machine.
• Decision Trees.
• Linear Regression.
• Neural Network.

Unsupervised Learning

Unsupervised learning merupakan kebalikan dari tipe sebelumnya dimana tidak terdapat target variable (target feature) pada dataset. Model yang dihasilkan dari tipe ini adalah descriptive model.

Salah satu task descriptive model untuk menemukan pola yang bisa mengidentifikasi asosiasi pada dataset. Contoh implementasinya dapat dilakukan pada menemukan pola pada proses analisis barang yang dibeli oleh pembeli pada suatu super market atau mini market. Tujuan dari analisis ini adalah untuk mengetahui barang-barang yang sering dibeli bersama-sama. Sebagai contoh jika pembeli membeli roll maka otomatis juga membeli keju dan susu kental manis. Atau jika pembeli membeli sabun cuci maka juga membeli pengharum pakaian. Dengan informasi pola tersebut maka pemilik super market dapat menggunakannya untuk membuat ildan diskon untuk kelompok barang tersebut, atau pemilik juga dapat membuat agar tata letak barang­barang tersebut dibuat berdekatan.

Task descriptive model yang lain adalah mengelompokkan dataset ke dalam kelompok-kelompok yang homogen yang disebut dengan istilah clustering. Kelompok-kelompok homogen yang dihasilkan dari clustering perlu bantuan manusia untuk melakukan intepretasi hasil tersebut untuk menentukan atau mendeskripsikan apa isi dari kelompok-kelompok tersebut.

Contoh unsupervised learning adalah

• Association rule
• K-Means Clustering

Langkah-Langkah Implementasi

Berikut ini adalah langkah-langkah yang digunakan untuk melakukan implementasi machine learning untuk menyelesaikan kasus yang dihadapi. Terdapat 5 tahap yang dapat diterapkan pada pada setiap algoritma machine learning, yaitu:

1. Pengumpulan data.
2. Eksplorasi dan persiapan data, langkah eksplorasi data bertujuan untuk lebih mengenal data yang digunakan. Sedangkan langkah persiapan data bertujuan untuk meningkatkan kualitas data seperti menghilangkan data yang tidak diperlukan. Karena kualitas model yang dihasilkan sangat bergantung pada data yang digunakan.
3. Training/pelatihan model, langkah pembangunan model. Pada langkah ini digunakan training set sebagai input data.
4. Evaluasi model, langkah evaluasi dilakukan untuk mengetahui performansi dari model yang dihasilkan maka model yang dihasilkan pada tahap sebelumnya akan diuji dengan menggunakan test set sebagai input data.
5. Perbaikan model, langkah ini diperlukan jika diinginkan performansi yang lebih baik. Ada beberapa cara yang dapat dilakukan untuk itu mendapatkan performansi yang lebih baik, diantaranya adalah mengganti tipe learning atau algoritma yang digunakan. Atau dengan cara melakukan perbaikan pada data yang digunakan baik dengan cara menambah data, mengurangi feature pada dataset dan lain-lain.

Sumber : 

M Reza Faisal, Dodon T Nugrahadi. Belajar Data Science: Klasifikasi dengan Bahasa Pemrograman R. – M Reza Faisal, Dodon T Nugrahadi. Scripta Cendekia: Banjar Baru Kalimantan Selatan.