Komputasi, Pengetahuan, dan Bahasa Pemrograman

Back to IF5100 Pemrograman untuk Data Analitik

Komputasi, Pengetahuan, dan Bahasa Pemrograman

Questions/Cues

• Apa dua hal fundamental yang dikerjakan komputer?
• Apa beda declarative knowledge dan imperative knowledge?
• Tiga unsur apa yang membentuk sebuah algoritma?
• Apa perbedaan syntax, static semantics, dan semantics sebuah bahasa?
• Di mana saja kesalahan program bisa muncul dan seberapa mudah dideteksi?

Reference Points

• IF5100 — Python Review (Slides 3-9)

Apa yang Dikerjakan Komputer

Secara fundamental komputer hanya melakukan dua hal: melakukan kalkulasi dan mengingat hasil kalkulasi tersebut. Kapasitasnya besar — misal CPU i5-9500 (8 core) @ 3.00 GHz mampu ~33 GFLOP, dengan ratusan gigabyte penyimpanan — tetapi sifat kerjanya tetap sesederhana itu.

Jenis kalkulasi yang bisa dilakukan ada dua: yang built-in pada bahasa (operator dan fungsi bawaan), dan yang didefinisikan oleh programmer. Poin pentingnya: komputer hanya tahu apa yang kita beri tahu — tidak ada “akal sehat” atau pengetahuan implisit.

Dua Jenis Pengetahuan

Declarative knowledge adalah pernyataan fakta. Contoh: “akar kuadrat dari bilangan x adalah y sedemikian sehingga y*y = x”. Ia mendeskripsikan apa yang benar, bukan cara memperolehnya.

Imperative knowledge adalah “resep” atau how-to — urutan langkah untuk mencapai suatu hasil. Contoh: bagaimana cara menghitung akar kuadrat (mis. metode Heron/Newton). Menulis program pada dasarnya adalah menuangkan imperative knowledge.

Resep, Algoritma, dan Bahasa

Sebuah resep tersusun atas: (1) sekuens langkah sederhana, (2) flow of control yang menentukan kapan tiap langkah dieksekusi, dan (3) cara menentukan kapan berhenti. Gabungan 1 + 2 + 3 = algoritma. Resep dirumuskan memakai bahasa.

Aspek Bahasa: Sintaks dan Semantik

• Primitive constructs — unit terkecil. Bahasa Inggris: kata; bahasa pemrograman: angka, string, operator sederhana.
• Syntax — kombinasi unit mana yang well-formed. "cat dog boy" tidak valid secara sintaks; "cat hugs boy" valid. Di Python "hi"5 tidak valid; 3.2*5 valid.
• Static semantics — di antara string yang sintaktis valid, mana yang punya makna. “I are hungry” valid sintaks tetapi salah static semantics. 3 + "hi" valid sintaks tetapi merupakan static semantic error.
• Semantics — makna yang melekat pada string yang sudah bebas static semantic error. Bahasa alami bisa ambigu (“Flying planes can be dangerous”); bahasa pemrograman hanya punya satu makna, walau belum tentu sesuai maksud programmer.

Di Mana Kesalahan Terjadi

flowchart TD
    A["Syntactic error"] --> A1["Umum, mudah dideteksi"]
    B["Static semantic error"] --> B1["Sebagian bahasa memeriksa sebelum run;<br/>bisa memicu perilaku tak terduga"]
    C["Tanpa error, makna beda dari maksud"] --> C1["Program crash / berhenti"]
    C --> C2["Program berjalan selamanya"]
    C --> C3["Memberi jawaban, tetapi salah"]

Kategori paling berbahaya adalah yang terakhir: tidak ada pesan error sama sekali, tetapi program melakukan hal berbeda dari yang diinginkan programmer.

Summary

Komputer secara fundamental hanya menghitung dan mengingat hasil; kalkulasi bisa built-in atau didefinisikan programmer, dan komputer hanya tahu apa yang diberitahukan. Declarative knowledge menyatakan fakta, sedangkan imperative knowledge menyatakan resep how-to yang menjadi inti pemrograman. Sebuah algoritma = sekuens langkah + flow of control + kriteria berhenti, yang dituangkan dalam bahasa dengan empat aspek: primitive constructs, syntax, static semantics, dan semantics. Kesalahan program muncul sebagai syntactic error (mudah ditangkap), static semantic error (sebagian bahasa memeriksanya sebelum run), atau error semantik tersembunyi — program crash, loop selamanya, atau memberi jawaban salah tanpa peringatan apa pun.

Additional Information

Turing Completeness dan Stored-Program Computer

Model komputasi modern berakar pada mesin Turing (1936). Sebuah bahasa disebut Turing-complete bila mampu mensimulasikan mesin Turing — Python, C, bahkan sistem aturan yang sederhana pun memenuhinya. Arsitektur von Neumann / stored-program menyimpan instruksi dan data pada memori yang sama, sehingga program bisa memanipulasi program lain (itulah dasar compiler dan interpreter).

Interpreter vs Compiler

Python umumnya diinterpretasikan (dikompilasi ke bytecode lalu dieksekusi oleh virtual machine), sehingga banyak error baru muncul saat runtime. Bahasa seperti C atau Rust dikompilasi lebih dulu, sehingga lebih banyak static semantic error tertangkap sebelum program dijalankan.

Proyek Eksplorasi Mandiri

1. Tulis dua versi penghitung akar kuadrat: satu memakai x ** 0.5 (deklaratif lewat operator), satu memakai iterasi Newton-Raphson (imperatif). Bandingkan akurasi dan jumlah langkah.
2. Susun 7 potongan kode Python: beberapa memicu SyntaxError, satu memicu error runtime, dan satu yang “berhasil jalan” tetapi salah logika. Klasifikasikan tiap kasus ke tiga kategori error di atas.

Bacaan Lanjutan

• John V. Guttag, Introduction to Computation and Programming Using Python, 3rd Ed., MIT Press, 2021 — Bab 1-2.
• MIT OpenCourseWare 6.0001, Lecture 1: What is Computation?
• Wikipedia: “Algorithm characterizations”, “Turing completeness”.