# 2. Array
## 2.1 Struktur Array
Struktur data paling dasar untuk menyimpan dan mengakses sebuah koleksi dari data adalah array. Array dapat digunakan untuk menyelesaikan berbagai persoalan-persoalan dalam ilmu komputer. Kebanyakan bahasa pemrograman menyediakan array sebagai tipe data primitif dan memungkinkan pembuatan array multi dimensi. Dalam bab ini, kita mengimplementasikan sebuah struktur array untuk array satu dimensi dan lalu menggunakannya untuk mengimplementasi array dua dimensi dan strukur matriks.
Pada tingkat hardware, sebagian besar arsitektur komputer menyediakan sebuah mekanisme untuk membuat dan menggunakan array. Array dibentuk oleh rangkaian elemen-elemen yang disimpan dalam lokasi-lokasi memori yang berurutan. Gambar berikut mengilustrasikan contoh sebuah array dengan 11 elemen:
Elemen-elemen individu dalam array dapat diakses dengan indeksnya. Indeks array adalah nomor urut dari elemen-elemen array yang dimulai dari 0.
### Mengapa Mempelajari Array?
Anda mungkin menyadari bahwa struktur array sama seperti struktur `list` Python. Namun keduanya memiliki beberapa perbedaan. Array dan `list` sama-sama dibentuk dari rangkaian elemen-elemen dan setiap elemennya dapat diakses dengan posisinya (indeksnya). Tetapi terdapat dua perbedaan antara array dan list. Pertama, array mempunyai operasi-operasi terbatas, yang umumnya termasuk pembuatan array, membaca nilai dari elemen spesifik, dan menuliskan nilai untuk elemen tertentu. `list`, sebaliknya, menyediakan jauh lebih banyak operasi-operasi untuk bekerja dengan isi dari `list`. Perbedaan kedua, `list` dapat membesar dan mengecil saat eksekusi penambahan elemen atau pengurangan elemen, sementara pada array, ukuran dari array tidak dapat diubah setelah array tersebut dibuat.
Array dan `list` mempunyai kegunaannya masing-masing. Terdapat banyak persoalan yang hanya membutuhkan pengunaan array dasar yang dimana banyaknya elemen-elemen telah diketahui sebelumnya dan operasi-operasi fleksibel yang terdapat dalam `list` tidak dibutuhkan. Array cocok digunakan untuk persoalan-persoalan yang banyak maksimum elemenya diketahui di awal, dimana `list` adalah pilihan yang lebih baik jika ukuran dari barisan harus dapat berubah setelah dibuat. `list` mereservasi ruang penyimpanan pada memori yang lebih besar daripada yang dibutuhkan untuk menyimpan elemen-elemennya. Ruang memori ekstra ini dapat berjumlah sampai dua kali lipat dari ruang yang diperlukan. Ruang memori ekstra ini diperlukan untuk kemudahan ekspansi saat elemen baru ditambahkan ke `list`. Tetapi ruang memori ekstra ini akan sia-sia jika `list` digunakan untuk menyimpan elemen-elemen yang banyaknya tetap. Sebagai contoh, misalkan `list` dengan 25 elemen dapat mereservasi ruang memori sampai dengan ruang memori yang seharusnya cukup untuk 50 elemen.
## 2.2 ADT Array
Struktur array biasanya terdapat di sebagian besar bahasa pemrograman sebagai tipe primitif, namun Python hanya menyediakan struktur list untuk membuat barisan data. Kita dapat mendefinisikan ADT Array untuk merepresentasikan array satu dimensi yang bekerja sama seperti array pada bahasa pemrograman lain.
***Definisi ADT Array***
ADT Array adalah koleksi dari elemen-elemen bersebelahan yang setiap elemen individunya diidentifikasi dengan indeks integer unik dimulai dari nol. Setelah array dibuat, ukurannya tidak dapat diubah. Array mendukung operasi-operasi berikut:
- `Array(size)`: Membuat array satu dimensi berisi elemen sebanyak `size` dengan setiap elemennya diinisialisasi dengan `None`. `size` harus lebih besar dari nol.
- `length()`: Mengembalikan panjang array atau banyaknya elemen-elemen dalam array. Diakses melalui fungsi `len()`.
- `getitem(indeks)`: Mengembalikan nilai yang disimpan dalam array pada posisi elemen `indeks`. Diakses menggunakan notasi subscript: `arr[indeks]`
- `setitem(indeks, nilai)`: Memodifikasi nilai elemen array pada posisi `indeks` menjadi `nilai`. `indeks` harus dalam rentang yang valid. Diakses menggunakan notasi subscript: `arr[indeks] = nilai`.
- `clear(nilai)`: Membersihkan array dengan menetapkan setiap elemen ke `nilai`.
- `iterator()`: Membuat dan mengembalikan sebuah iterator yang dapat digunakan untuk men-traverse elemen-elemen dalam array. Diakses menggunakan loop `for`.
Program berikut memberikan contoh penggunaan ADT Array:
```python
# Memanggil constructor Array(size) untuk membuat ADT array
daftarNilai = Array(5)
# Operasi setitem(index) untuk menetapkan nilai-nilai elemen dengan notasi subscript.
daftarNilai[0] = 90
daftarNilai[1] = 78
daftarNilai[2] = 89
daftarNilai[3] = 67
daftarNilai[4] = 73
# Operasi length() untuk mendapatkan panjang array.
# Diakses menggunakan fungsi len().
print('Panjang array: ', end='')
print(len(daftarNilai)) # Mencetak Panjang array: 5
# Operasi getitem(index) untuk mengakses nilai dari elemen pada index.
# Diakses menggunakan notasi subscript.
print(daftarNilai[1]) # Mencetak 78 yang merupakan nilai elemen indeks ke-1
# Operasi iterator() untuk meng-traverse array dan mencetak nilai yang ada di array.'
# Diakses dengan loop for.
# Mencetak:
# 90 78 89 67 73
print('Nilai array: ')
for nilai in daftarNilai:
print(nilai, end=' ')
print()
# Operasi clear(nilai) untuk membersihkan elemen-elemen dengan sebuah nilai.
daftarNilai.clear(10)
# Cetak nilai masing-masing elemen.
# Mencetak:
# 10 10 10 10 10
print('Nilai array setelah clear dengan nilai 5: ')
for nilai in daftarNilai:
print(nilai, end=' ')
print()
```
### Module `ctypes`
Python adalah bahasa pemrograman yang dibuat dengan bahasa C. Banyak tipe data dan class yang tersedia dalam Python sebenarnya diimplementasikan menggunakan tipe data terkait dari bahasa C. Python tidak menyediakan struktur array sebagai bagian dari bahasa Python sendiri, namun Python menyertakan module `ctypes` sebagai bagian dari Python Standard Library. Module ini menyediakan akses ke tipe-tipe data yang tersedia dalam bahasa C, termasuk struktur array dan berbagai fungsionalitas yang ada di library C. Kita akan menggunakan module `ctypes` untuk mengimplementasikan abstract data type (ADT) Array.
Module `ctypes` menyediakan suatu teknik untuk membuat array low-level (tingkat hardware) yang dapat menyimpan referensi ke object Python. Potongan kode berikut:
```python
import ctypes
CArray = ctypes.py_object * 5
slots = CArray()
```
membuat sebuah array low-level bernama `slots` yang berisi lima elemen. Gambar berikut mengilustrasikan array low-level `slots` yang dibuat setelah kode di atas dieksekusi:
Array low-level yang dibuat dengan module `ctypes` harus diinisialisasi sebelum dapat digunakan. Kita menginisialisasinya dengan memberikan sebuah nilai ke masing-masing elemennya. Kita dapat memberikan nilai ke masing-masing elemen dengan menggunakan notasi subscript (notasi pengindeksan). Nilai apa saja dapat digunakan untuk menginisialisasi elemen, tapi pilihan yang logis adalah dengan menugaskan `None` ke setiap elemen. Keyword `None` pada Python berarti null. Jika variabel ditugaskan dengan `None` maka variabel adalah variabel kosong. Kode berikut adalah kode yang digunakan untuk menginisialisasi setiap elemen pada array low-level dengan `None`:
```python
for i in range(5):
slots[i] = None
```
Pada kode di atas kita menggunakan angka 5 dengan fungsi `range()` untuk menandakan banyaknya elemen yang diinisialisasi. Ini diperlukan karena array low-level tidak memberikan cara untuk mendapatkan ukuran array.
Kita dapat menugaskan elemen-elemen dalam array low-level dengan nilai-nilai dari tipe data apapun. Kita menugaskan elemen dari array low-level menggunakan notasi pengindeksan seperti yang kita gunakan dalam `list`. Sebagai contoh, kode berikut menugaskan integer ke tiga elemen dari array:
```python
slots[1] = 12
slots[3] = 54
slots[4] = 39
```
Gambar berikut mengilustrasikan array low level setelah kode di atas dieksekusi:
Operasi pengindeksan juga dapat digunakan untuk mengakses nilai dari elemen array low-level. Sebagai contoh, kode berikut:
```python
print(slots[1])
```
akan memberikan output:
```
12
```
Operasi-operasi yang terdapat dalam array low-level hanya memungkinkan untuk menetapkan dan mengakses elemen. Untuk menghapus elemen dalam array, kita menugaskan elemen tersebut ke `None`. Sebagai contoh, misalkan kita menghapus nilai 54 dari array:
```python
slots[3] = None
```
Kode di atas merubah array `slots` menjadi seperti berikut:
Ukuran dari array low-level tidak dapat diubah, menghapus sebuah elemen dari array tidak mempunyai efek ke ukuran dari array. Array low-level tidak mempunyai operasi-operasi seperti `append()` atau `pop()` yang terdapat dalam `list`.
### Mengimplementasikan ADT Array
Untuk mengimplementasikan ADT Array kita menggunakan array low-level dari module `ctypes` dan mengimplementasikannya ke class bernama `Array`:
```python
import ctypes
class Array:
# ...
```
`# ...` pada kode di atas berarti terdapat kode di bawahnya.
Berikutnya kita perlu menuliskan kode implementasi untuk method-method dari operasi-operasi yang dimiliki ADT Array.
#### Constructor `Array(size)`
Constructor menangani pembuatan dan inisialisasi array dengan menggunakan teknik yang kita bahas sebelumnya. Constructor ADT Array menerima sebuah argumen berupa ukuran dari array yang ingin dibuat. Misalkan, statement berikut:
```
arr = Array(10)
```
membuat sebuah array dengan ukuran 10 elemen. Kita harus memastikan nilai argumen ukuran array yang diberikan lebih besar daripada 0. Oleh karena ini, kita menuliskan kondisional pada constructor seperti berikut:
```python=
def __init__(self, size):
if (size <= 0):
raise ValueError('Array harus mempunyai ukuran > 0')
else:
# Inisialisasi field-field
# ...
```
Statement yang kita tuliskan dalam statement `if` pada baris 3 adalah statement yang meng-raise sebuah eksepsi `ValueError` jika pengguna memberikan nilai argumen bernilai <= 0. Misalkan, kode berikut:
```python
arr = Array(-1)
```
akan menghasilkan sebuah eksepsi `ValueError`.
Pada klausa `else` dari kondisional di atas, yang berarti pengguna memasukkan argumen `size` yang benar, kita menuliskan kode-kode untuk mendefinisikan field-field. Kita memerlukan dua field data untuk implementasi ADT Array: field pertama untuk menyimpan banyaknya elemen yang dialokasikan untuk array tersebut dan field kedua untuk menyimpan sebuah referensi ke struktur array yang dibuat menggunakan module `ctypes`.
Kita menamakan field pertama kita dengan `_size` dan kita menginisialisasi field ini dengan menugaskannya dengan nilai argumen yang diberikan, seperti berikut:
```python
self._size = size
```
Lalu untuk field kedua yang menyimpan sebuah referensi ke struktur array yang dibuat menggunakan module `ctypes` kita namakan dengan `_refArray`. Kita menginisialisasi field ini dengan membuat struktur array dengan elemen sebanyak nilai `size` yang diberikan menggunakan module `ctypes`, seperti terlihat pada kode berikut:
```python
CArray = ctypes.py_object * size
self._refArray = CArray()
```
Namun, seperti yang telah kita bahas sebelumnya, kita harus menginisialisasi elemen-elemen dalam struktur array dengan `None`. Untuk melakukan ini, kita memanggil method `clear`, yang akan kita implementasikan berikutnya, dengan memberikan argumen `None`:
```python
self.clear(None)
```
Sehingga kita akan mempunyai kode constructor ADT Array lengkap seperti berikut:
```python
def __init__(self, size):
if (size <= 0):
raise ValueError("Array harus mempunyai ukuran > 0")
else:
# Inisialiasi field-field.
self._size = size
# Buat array low-level menggunakan module ctype.
CArray = ctypes.py_object * size
self._isi = CArray()
# Inisialisasi setiap elemen.
self.clear(None)
```
#### Method `length()`
Kita ingin membuat ADT Array dapat bekerja dengan fungsi built-in `len()` untuk mendapatkan panjang dari array (banyaknya elemen dalam array). Misalkan, kode berikut:
```python
arrContoh = Array(10)
print(len(arrContoh))
```
akan memberikan output
```
10
```
Pemanggilan fungsi `len(arrContoh)` mengembalikan panjang array `arrContoh`. Untuk membuat ADT Array dapat bekerja dengan fungsi `len` kita harus mengimplentasikan method spesial bernama `__len__`. Method `__len__` harus mengembalikan panjang dari array. Untuk membuat method `__len__` mengembalikan panjang dari array kita hanya perlu mengembalikan nilai field `_size`. Sehingga implementasi method `__len__` dapat dituliskan seperti berikut:
```python
def __len__(self):
return self._size
```
#### Method `getitem(indeks)`
Elemen individu pada array umumnya diakses menggunakan notasi pengindeksan atau sering disebut juga dengan notasi subscript. Misalkan, untuk mendapatkan nilai elemen dengan indeks 3 dari array `arrContoh`, kita menuliskan notasi subscript berikut: `arrContoh[3]`.
Pada Python, untuk membuat ADT Array dapat bekerja dengan notasi subscript kita harus mengimplementasikan method spesial bernama `__getitem__`. Method `__getitem__` menerima sebuah argument berupa indeks dari elemen yang ingin diakses dan mengembalikan nilai elemen dengan indeks tersebut.
Header dari method `__getitem__` dapat kita tuliskan seperti berikut:
```python
def __getitem__(self, indeks):
```
Sekarang yang perlu kita pikirkan adalah bagaimana cara mengembalikan nilai elemen pada indeks dalam struktur array. Seperti yang telah kita lihat sebelumnya, pada array low-level kita juga dapat melakukan operasi pengindeksan dengan notasi subscript, sehingga kita dapat menuliskan:
```python
def __getitem__(self, indeks):
return self._isi[indeks]
```
Namun kita perlu memastikan pengguna memberikan indeks yang valid, yaitu di rentang 0 sampai dengan satu indeks sebelum panjang array. Sebagai contoh, misalkan panjang array adalah 5, maka indeks yang valid berada dalam rentang 0 sampai dengan 4.
Untuk memastikan pengguna memberikan indeks yang valid kita menuliskan sebuah kondisi yang meng-raise sebuah eksepsi `IndexError` ketika indeks yang diberikan tidak berada dalam rentang yang valid. Rentang indeks yang tidak valid adalah ketika indeks < 0 atau indeks >= panjang array. Panjang array kita dapatkan dengan memanggil fungsi `len()` dengan argumen object array `self`.
Sehingga, kode lengkap implementasi method `__getitem__` dapat dituliskan seperti berikut:
```python
def __getitem__(self, indeks):
if (indeks < 0 or indeks >= len(self)):
raise IndexError()
else:
return self._isi[indeks]
```
Pada kode di atas, kita memanggil fungsi `len()` dengan argumen object array `self` untuk mendapatkan panjang dari object array.
#### Method `setitem(indeks, nilai)`
Kita ingin membuat nilai-nilai elemen dalam ADT Array kita dapat ditetapkan dengan menggunakan notasi subscript, seperti contoh berikut:
```
arrContoh[0] = 12
arrContoh[2] = 10
```
Statement baris pertama, menetapkan nilai elemen dengan indeks 0 dengan 12 dan statement baris kedua, menetapkan nilai elemen dengan indeks 2 dengan 10.
Untuk membuat ADT Array kita dapat ditetapkan nilai-nilai elemennya dengan notasi subscript kita harus mengimplementasikan method spesial bernama `__setitem__`. Method ini menerima dua argumen, argumen pertama berupa indeks dari elemen yang ingin ditetapkan nilainya dan argumen kedua adalah nilai yang ingin ditetapkan ke elemen tersebut. Sehingga header method `__setitem__` dapat dituliskan seperti berikut:
```python
def __setitem__(self, indeks, nilai):
```
Pada body dari method `__setitem__`, kita harus menuliskan kode-kode yang menetapkan `nilai` pada elemen dengan indeks sesuai dengan `indeks`. Seperti yang telah kita lihat sebelumnya pada pembahasan module `ctypes`, kita juga dapat menggunakan notasi subscript pada array low-level. Di dalam body method `__set_item__` kita dapat menggunakan statement berikut untuk menetapkan elemen pada indeks yang diberikan:
```python
self._isi[indeks] = nilai
```
Namun, seperti pada method `__getitem__`, kita juga harus memastikan indeks yang diberikan berada dalam rentang yang valid, yaitu 0 sampai dengan satu indeks sebelum panjang array. Sehinga, kode lengkap untuk method `__setitem__` dapat dituliskan seperti berikut:
```python
def __setitem__(self, index, nilai):
if (index <= 0 or index > len(self)):
raise IndexError()
else:
self._isi[index] = nilai
```
#### Method `clear(nilai)`
Method `clear(nilai)` digunakan untuk membersihkan nilai-nilai dari semua elemen pada array dengan menetapkan sebuah nilai ke semua elemen pada array. Method ini menerima sebuah argumen berupa sebuah nilai yang ingin ditetapkan ke semua elemen pada array. Header dari method `clear(nilai)` dapat kita tuliskan seperti berikut:
```python
def clear(self, nilai):
```
Pada body method, kita dapat menggunakan sebuah loop yang mengiterasi setiap elemen pada array dan menetapkan nilai setiap elemen dengan `nilai`. Sehingga kode lengkap method `clear` dapat dituliskan seperti berikut:
```python
def clear(self, nilai):
for i in range(len(self)):
self._isi[i] = nilai
```
#### Method `iterator()`
Untuk membuat array kita dapat di-traverse atau diiterasi menggunakan loop, kita harus mengimplementasikan sebuah iterator. Iterator diimplementasi dengan menambahkan method `__iter__` pada class yang ingin diiterasi dan menuliskan sebuah class iterator. Class iterator untuk ADT Array mirip dengan class iterator yang kita tuliskan untuk ADT Bag pada bagian sebelumnya. Kita menamakan class iterator ini dengan `_ArrayIterator` dengan definisi seperti berikut:
```python
class _ArrayIterator:
def __init__(self, strkArray):
self._refArr = strkArray
self._curIndeks = 0
def __iter__(self):
return self
def __next__(self):
if self._curIndeks < len(self._refArr):
entry = self._refArray[self._curIndeks]
self._curIndeks += 1
return entry
else:
raise StopIteration
```
Class `_ArrayIterator` memiliki dua field: field pertama, `_refArr`, adalah referensi ke array low level dan field kedua, `_curIndeks`, adalah variabel indeks loop yang digunakan saat iterasi terhadap array low level. Field `_curIndeks` diinisialisasi ke 0 untuk membuat iterasi pertama dari loop dimulai dari indeks ke-0 dari array.
Method `__iter__` pada class `_ArrayIterator` hanya perlu mengembalikan object dari class ini. Lalu pada method `__next__` pada class `_ArrayIterator` kita mengembalikan nilai elemen pada indeks `_curIndeks` menggunakan notasi subscript terhadap field pertama kemudian menginkrementasikan `_curIndeks`. Dan jika `curIndeks` sudah melebihi panjang dari array, kita meng-raise eksepsi `StopIteration`.
Pada class `Array`, method `__iter__` dituliskan seperti berikut:
```python
def __iter__(self):
return _ArrayIterator(self._isi)
```
#### Kode Lengkap Impelementasi ADT Array
Berikut adalah kode lengkap implemntasi ADT Array:
***Module `array1d.py`***
```python
import ctypes
# Implementasi ADT Array menggunakan module ctypes
class Array:
# Buat array dengan ukuran size.
def __init__(self, size):
if (size <= 0):
raise ValueError("Array harus mempunyai ukuran > 0")
else:
# Inisialiasi field-field
self._size = size
# Buat struktur array menggunakan module ctype.
CArray = ctypes.py_object * size
self._isi = CArray()
# Inisialisasi setiap elemen.
self.clear(None)
# Mengembalikan ukuran dari array.
# Diakses menggunakan fungsi len().
def __len__(self):
return self._size
# Method getitem mendapatkan nilai dari elemen dengan indeks tertentu
# menggunakan notasi subscript.
# Contoh: arr[5] mengembalikan nilai elemen pada indeks ke-5.
# Method ini menerima satu argument:
# indeks dari elemen yang ingin diakses nilainya.
# Method ini mengembalikan nilai elemen dari indeks.
def __getitem__(self, index):
if (index < 0 or index >= len(self)):
raise IndexError('Indeks harus dalam rentang yang valid.')
else:
return self._isi[index]
# Method setitem(nilai) menetapkan nilai elemen
# menggunakan notasi subscript.
# Contoh: arr[4] = 11.
# Method ini menerima dua argument:
# (1) indeks - indeks dari elemen yang ingin ditetapkan nilainya; dan
# (2) nilai - nilai yang ingin ditugaskan ke elemen tersebut
# Method ini tidak mengembalikan nilai.
def __setitem__(self, index, nilai):
if (index < 0 or index >= len(self)):
raise IndexError('Indeks harus dalam rentang yang valid.')
else:
self._isi[index] = nilai
# Method clear(nilai) membersihkan array dengan
# mengganti nilai setiap elemen array dengan nilai yang diberikan.
# Method ini menerima satu argument:
# nilai yang ingin ditetepkan ke semua elemen.
# Method ini tidak mengembalikan nilai.
def clear(self, nilai):
for i in range(len(self)):
self._isi[i] = nilai
# Method iterator() meng-traverse nilai-nilai elemen pada array.
# Diakses menggunakan loop for.
def __iter__(self):
return _ArrayIterator(self._isi)
# Class iterator untuk ADT Array
class _ArrayIterator:
def __init__(self, iniArray):
self._refArray = iniArray
self._curIndex = 0
def __iter__(self):
return self
def __next__(self):
if self._curIndex < len(self._refArray):
entry = self._refArray[self._curIndex]
self._curIndex += 1
return entry
else:
raise StopIteration
```
#### Menguji ADT Array
Script berikut dapat digunakan untuk menguji implementasi array satu dimensi:
```python
from array1d import Array
# Memanggil constructor Array(size) untuk membuat ADT array
daftarNilai = Array(5)
# Operasi setitem(index) untuk menetapkan nilai-nilai elemen dengan notasi subscript.
daftarNilai[0] = 90
daftarNilai[1] = 78
daftarNilai[2] = 89
daftarNilai[3] = 67
daftarNilai[4] = 73
# Operasi length() untuk mendapatkan panjang array.
# Diakses menggunakan fungsi len().
print('Panjang array: ', end='')
print(len(daftarNilai)) # Mencetak Panjang array: 5
# Operasi getitem(index) untuk mengakses nilai dari elemen pada index.
# Diakses menggunakan notasi subscript.
print(daftarNilai[1]) # Mencetak 78 yang merupakan nilai elemen indeks ke-1
# Operasi iterator() untuk meng-traverse array dan mencetak nilai yang ada di array.'
# Diakses dengan loop for.
# Mencetak:
# 90 78 89 67 73
print('Nilai array: ')
for nilai in daftarNilai:
print(nilai, end=' ')
print()
# Operasi clear(nilai) untuk membersihkan elemen-elemen dengan sebuah nilai.
daftarNilai.clear(10)
# Cetak nilai masing-masing elemen.
# Mencetak:
# 10 10 10 10 10
print('Nilai array setelah clear dengan nilai 5: ')
for nilai in daftarNilai:
print(nilai, end=' ')
print()
# Mencoba mengakses elemen dengan indeks tidak valid
try:
print(daftarNilai[-1])
except IndexError:
print('Indeks -1 bukan indeks yang valid.')
# Mencoba menetapkan elemen dengan indeks yang tidak valid
try:
daftarNilai[5]
except IndexError:
print('Array tidak mempunyai indeks 5.')
```
Output dari script di atas:
```
Panjang array: 5
78
Nilai array:
90 78 89 67 73
Nilai array setelah clear dengan nilai 5:
10 10 10 10 10
Indeks -1 bukan indeks yang valid.
Array tidak mempunyai indeks 5.
```
## 2.3 ADT Array Dua Dimensi
Array dua dimensi (array 2-D) sangat umum di pemrograman komputer. Array dua dimensi biasanya digunakan utnuk menyelesaikan persoalan-persoalan yang membutuhkan data diorganisasi ke dalam baris dan kolom. Pada bagian ini kita akan mengimplementasikan ADT Array2D.
***Definisi ADT Array2D***
Array2D atau array dua dimensi terdiri dari sebuah koleksi elemen-elemen yang diorganisasi dalam baris dan kolom. Elemen indeividu direferensikan dengan indeks baris dan kolom `(b, k)`, keduanya dimulai dari 0. Operasi-operasi yang dapat dilakukan terhadap ADT Array2D:
- `Array2D(bykBaris, bykKolom)`: Membuat array dua dimensi dengan jumlah baris sebanyak `bykBaris` dan jumlah kolom sebanyak `bykKolom`. Semua elemen diinisialisasi ke `None`.
- `bykBaris()`: Mengembalikan banyak baris dalam array dua dimensi.
- `bykKolom()`: Mengembalikan banyak kolom dalam array dua dimensi.
- `clear(nilai)`: Membersihkan array dua dimensi dengan menetapkan setiap elemen dengan `nilai`.
- `getitem(brs, klm)`: Mengembalikan nilai dalam elemen dengan posisi ditandakan oleh pasangan indeks (`brs`, `klm`). `brs` dan `klm` harus berada dalam rentang yang valid. Diakses menggunakan notasi subscript: `y = x[1, 2]`
- `setitem(brs, klm, nilai)`: Memodifikasi isi dari elemen dengan pasangan indeks `(brs, klm)` dengan `nilai`. Kedua indeks harus berada dalam rentang yang valid. Diakses menggunakan notasi subscript: `x[0, 3] = nilai`.
Untuk mengilustrasikan penggunaan array 2-D, misalkan kita mempunyai sebuah koleksi dari nilai-nilai exam dalam sebuah file teks yang dikelompokkan berdasarkan kelompok mahasiswa yang perlu diproses.
Program berikut mencontohkan penggunaan array 2-D:
```python
from array2d import Array2D
import random
# Membuat array 2-d dengan banyak baris 5 dan banyak kolom 5
daftarNilai = Array2D(5, 5)
# Operasi setitem(i1, i2, nilai)
# Menetapkan nilai pada elemen-elemen dalam array 2-d dengan
# integer random antara 0 s.d 100.
for i in range(daftarNilai.bykBaris()):
for j in range(daftarNilai.bykKolom()):
daftarNilai[i, j] = random.randint(0, 100)
# Operasi getitem(i1, i2)
# Mengakses dan mencetak elemen-elemen dalam array 2-d
for i in range(daftarNilai.bykBaris()):
for j in range(daftarNilai.bykKolom()):
print(f'{daftarNilai[i, j]:3d}', end = ' ')
print('\n')
# Method bykBaris()
print('Banyak baris: ', end='')
print(daftarNilai.bykBaris())
# Method bykKolom()
print('Banyak kolom: ', end='')
print(daftarNilai.bykKolom())
# Operasi clear(nilai)
# Membersihkan elemen-elemen dengan menetapkan semua elemen
# dengan nilai 10.
daftarNilai.clear(10)
# Cetak elemen-elemen setelah operasi clear
print()
print('Isi array setelah clear dengan 10:')
for i in range(daftarNilai.bykBaris()):
for j in range(daftarNilai.bykKolom()):
print(f'{daftarNilai[i, j]:3d}', end = ' ')
print('\n')
```
### Mengimplementasikan ADT Array 2D
Untuk mengimplementasikan array dua dimensi, kita dapat menggunakan pendekatan array dari array. Kita menyimpan setiap baris dari array 2-D dalam satu array 1-D. Lalu, array 1-D lain digunakan untuk menyimpan referensi-referensi ke setiap array yang digunakan untuk menyimpan elemen-elemen baris. Gambar berikut mengilustrasikan array 2-D yang akan kita implementasikan:
#### Constructor `Array2D(bykBaris, bykKolom)`
Constructor dari array 2-D dapat dituliskan seperti berikut:
```python
def __init__(self, bykBaris, bykKolom):
# Buat array 1-D untuk menyimpan array referensi untuk setiap baris.
self._arrBaris = Array(bykBaris)
# Buat array 1-D untuk setiap baris dari array 2-D.
for i in range(bykBaris):
self._arrBaris[i] = Array(bykKolom)
```
Constructor Array2D menerima dua argumen: argumen pertama yaitu `bykBaris` untuk menyatakan banyak baris dari array 2-D yang ingin dibuat dan argument kedua yaitu `bykKolom` untuk menyatakan banyak kolom dari array 2-D yang ingin dibuat. Contoh statement yang membuat array 2-D ini:
```
daftarNilai = Array2D(3, 5)
```
Field `_arrRef` adalah field yang kita gunakan untuk menyimpan array 1-D yang berisi referensi ke array yang menyimpan elemen-elemen setiap baris. Kita menginisialisasi `_arrRef` dengan Array 1-D yang kita buat sebelumnya. Lalu kita membuat array baris dengan array 1-D sebanyak `banyakBaris` dan menugaskan referensi ke masing-masing array baris tersebut ke elemen-elemen pada `_arrRef` sesuai dengan indeks barisnya.
#### Method `bykBaris()`
Method `bykBaris()` mengembalikan banyak baris dari array 2-D. Contoh penggunaan dari method `bykBaris()` yang akan kita implementasikan adalah sebagai berikut:
```python
daftarNilai = Array2D(3, 5)
bykBaris = daftarNilai.bykBaris();
```
Setelah statement-statement di atas dieksekusi, variabel `bykBaris` akan menyimpan nilai 3. Ini karena banyak baris dari Array 2-D `daftarNilai` adalah 3.
Untuk mengimplementasikan method `bykBaris()` kita hanya perlu mengembalikan panjang dari field `_arrBaris`. Kita dapat melakukannya dengan menggunakan fungsi built-in `len()` pada field `_arrBaris`. Sehingga kode untuk method `banyakBaris()` dapat dituliskan seperti berikut:
```python
def bykBaris(self):
return len(self._arrBaris)
```
#### Method `bykKolom()`
Method `bykKolom()` mengembalikan banyak kolom dari array 2-D. Contoh penggunaan dari method `bykKolom()` yang akan kita implementasikan adalah sebagai berikut:
```python
daftarNilai = Array2D(3, 5)
bykKolom = daftarNilai.bykBaris();
```
Setelah statement-statement di atas dieksekusi, variabel `bykKolom` akan menyimpan nilai 5. Ini karena banyak kolom dari Array 2-D `daftarNilai` adalah 5.
Untuk mengimplementasikan method `bykKolom()` kita hanya perlu mamanggil fungsi `len()` dari array 1-D yang direferensikan oleh salah satu elemen pada array field `_arrBaris`. Kode implementasi method `bykKolom()` dapat dituliskan seperti berikut:
```python
def bykKolom(self):
return len(self._arrBaris[0])
```
Pada kode di atas kita mengembalikan panjang dari array 1-D yang direferensikan oleh elemen ke-0 dari array 1-D `_arrBaris`.
#### Method `clear(nilai)`
Method `clear(nilai)` membersihkan nilai semua elemen pada array 2-D dengan menetapkan semua elemennya dengan `nilai`. Untuk mengimplementasikan method ini, kita cukup mengiterasi setiap array dalam `_arrRef` dan memanggil method `clear()` pada array 1-D setiap iterasinya. Kode implementasi method `clear(nilai)` dapat dituliskan seperti berikut:
```python
def clear(self, nilai):
for baris in range(self.bykBaris()):
self._arrBaris[baris].clear(nilai)
```
#### Method `getitem(i1, i2)`
Kita ingin struktur array dua dimensi kita dapat diakses menggunakan notasi subscript dengan indeks baris dan kolom. Misalkan, ekspresi berikut:
```
arr2D[2, 3]
```
digunakan untuk mendapatkan nilai dari elemen pada baris ke-2 dan kolom ke-3 dari array dua dimensi `arr2D`. Ketika notasi subscript menggunakan dua indeks digunakan untuk mendapatkan nilai elemen, argumen yang diberikan ke method `__getitem__` adalah berupa `tuple`. Pada contoh, `arr2D[2, 3]` memanggil method `__getitem__` dengan argumen berupa tuple `(2, 3)`. Sehingga kita menuliskan header dari method `__getitem__` seperti berikut:
```python
def __getitem__(self, indeksTuple):
```
Untuk mendapatkan baris dan kolom dari `indeksTuple`, kita dapat menggunakan notasi subscript seperti berikut:
```python
brs = indeksTuple[0]
klm = indeksTuple[1]
```
Setelah mendapatkan baris dan kolom dari elemen yang diakses, kita dapat menggunakan `brs` untuk mendapatkan array 1-D tempat elemen itu berada dan menggunakan `klm` untuk mendapatkan elemen yang diakses di array 1-D tersebut.
```python
arr1D = self._arrBaris[brs]
elm = arr1D[klm]
```
Kita perlu menambahkan kondisional dimana indeks dari notasi subscript tidak sama dengan dua dan juga kondisional dimana indeks di luar rentang yang valid. Sehingga kode implementasi method `__getitem__` dituliskan seperti berikut:
```python
def __getitem__(self, indeksTuple):
# jika argumen yang diberikan bukan dua indeks (brs, klm)
# raise ValueError
if len(indeksTuple) != 2:
raise IndexError('Indeks tidak valid.')
else:
brs = indeksTuple[0]
klm = indeksTuple[1]
# Jika brs dan klm tidak valid raise IndexError
if brs < 0 or brs >= self.bykBaris() \
or klm < 0 or klm >= self.bykKolom():
raise IndexError('Indeks tidak valid.')
else:
arr1D = self._arrBaris[brs]
elm = arr1D[klm]
return elm
```
#### Method `setitem(i1, i2, nilai)`
Kode untuk method `__setitem__` mirip dengan kode untuk `__getitem__` hanya pada method ini kita menetapkan nilai untuk elemen dengan indeks (`brs`, `klm`) yang diberikan. Berikut adalah kode untuk method `__setitem__`:
```python
def __setitem__(self, indexTuple, nilai):
if len(indexTuple) != 2:
raise IndexError('Indeks tidak valid.')
else:
brs = indexTuple[0]
klm = indexTuple[1]
# Jika brs dan klm tidak valid raise IndexError
if brs < 0 or brs >= self.bykBaris() \
or klm < 0 or klm >= self.bykKolom():
raise IndexError('Indeks tidak valid.')
else:
arr1D = self._arrBaris[brs]
arr1D[klm] = nilai
```
#### Kode Lengkap Implementasi Array 2D
Berikut adalah kode lengkap dari class `Array2D` untuk ADT Array 2D:
***Module `array2d.py`***
```python
from array1d import Array
# Implementasi ADT Array 2 Dimensi
class Array2D:
# Buat array 2-D dengan ukuran numBaris x numKolom
# Mendefinisikan sebuah field berupa array 1-D yang masing-masing
# elemennya mereferensikan array 1-D yang berisi nilai-nilai pada kolom-kolom
# dari sebuah baris.
def __init__(self, bykBaris, bykKolom):
# Buat array 1-D untuk menyimpan array referensi untuk setiap baris.
self._arrBaris = Array(bykBaris)
# Buat array 1-D untuk setiap baris dari array 2-D.
for i in range(bykBaris):
self._arrBaris[i] = Array(bykKolom)
# Mengembalikan banyaknya baris dalam array 2-D.
def bykBaris(self):
return len(self._arrBaris)
# Mengembalikan banyaknya kolom dalam array 2-D.
def bykKolom(self):
return len(self._arrBaris[0])
# Membersihkan array dengan menetapkan setiap element dengan nilai yang diberikan.
def clear(self, nilai):
for baris in range(self.bykBaris()):
self._arrBaris[baris].clear(nilai)
# Mendapatkan isi dari elemen pada posisi [i, j].
# Diakses menggunakan notasi subscript: arr2D[i, j]
def __getitem__(self, indeksTuple):
# jika argumen yang diberikan bukan dua indeks (brs, klm)
# raise ValueError
if len(indeksTuple) != 2:
raise IndexError('Indeks tidak valid.')
else:
brs = indeksTuple[0]
klm = indeksTuple[1]
# Jika brs dan klm tidak valid raise IndexError
if brs < 0 or brs >= self.bykBaris() \
or klm < 0 or klm >= self.bykKolom():
raise IndexError('Indeks tidak valid.')
else:
arr1D = self._arrBaris[brs]
elm = arr1D[klm]
return elm
# Menetapkan nilai dari elemen pada posisi [i, j].
# Diakses menggunakan notasi subscript: arr2D[i, j] = nilai.
def __setitem__(self, indexTuple, nilai):
if len(indexTuple) != 2:
raise IndexError('Indeks tidak valid.')
else:
brs = indexTuple[0]
klm = indexTuple[1]
# Jika brs dan klm tidak valid raise IndexError
if brs < 0 or brs >= self.bykBaris() \
or klm < 0 or klm >= self.bykKolom():
raise IndexError('Indeks tidak valid.')
else:
arr1D = self._arrBaris[brs]
arr1D[klm] = nilai
```
#### Menguji Implementasi ADT Array 2D
Kita dapat menggunakan script berikut untuk menguji implementasi ADT Array 2D:
```python
from array2d import Array2D
import random
# Membuat array 2-d dengan banyak baris 5 dan banyak kolom 5
daftarNilai = Array2D(5, 5)
# Operasi setitem(i1, i2, nilai)
# Menetapkan nilai pada elemen-elemen dalam array 2-d dengan
# integer random antara 0 s.d 100.
for i in range(daftarNilai.bykBaris()):
for j in range(daftarNilai.bykKolom()):
daftarNilai[i, j] = random.randint(0, 100)
# Operasi getitem(i1, i2)
# Mengakses dan mencetak elemen-elemen dalam array 2-d
for i in range(daftarNilai.bykBaris()):
for j in range(daftarNilai.bykKolom()):
print(f'{daftarNilai[i, j]:3d}', end = ' ')
print('\n')
# Method bykBaris()
print('Banyak baris: ', end='')
print(daftarNilai.bykBaris())
# Method bykKolom()
print('Banyak kolom: ', end='')
print(daftarNilai.bykKolom())
# Operasi clear(nilai)
# Membersihkan elemen-elemen dengan menetapkan semua elemen
# dengan nilai 10.
daftarNilai.clear(10)
# Cetak elemen-elemen setelah operasi clear
print()
print('Isi array setelah clear dengan 10:')
for i in range(daftarNilai.bykBaris()):
for j in range(daftarNilai.bykKolom()):
print(f'{daftarNilai[i, j]:3d}', end = ' ')
print('\n')
# Uji mengakses elemen menggunakan indeks yang tidak valid pada array 2-D
try:
print(daftarNilai[4, 7])
except IndexError:
print('Indeks tidak valid.')
try:
print(daftarNilai[4, 3, 3])
except IndexError:
print('Banyak indeks tidak valid.')
```
Output dari script di atas:
```
95 100 4 60 67
49 20 74 44 24
17 1 85 23 9
4 67 69 71 19
86 3 0 48 49
Banyak baris: 5
Banyak kolom: 5
Isi array setelah clear dengan 10:
10 10 10 10 10
10 10 10 10 10
10 10 10 10 10
10 10 10 10 10
10 10 10 10 10
Indeks tidak valid.
Banyak indeks tidak valid.
```
## 2.4 ADT Matriks
Dalam matematika, matriks didefiniskan sebagai nilai-nilai numerik yang disusun dalam baris dan kolom. Matriks digunakan dalam banyak aplikasi seperti grafik komputer dan aljabar linear. Pada bagian ini, kita mendefinisikan ADT Matriks dan mengimplementasikannya menggunakan array 2-D yang telah kita buat sebelumnya.
***Definisi ADT Matriks***
Sebuah matriks adalah koleksi nilai-nilai skalar yang disusun dalam baris dan kolom yang tetap. Elemen-elemen dari matriks dapat diakses dengan menentukan indeks baris dan kolom yang masing-masing dimulai dari 0. Operasi-operasi yang dapat dilakukan terhadap matriks:
- `Matriks(bykBaris, bykKolom)`: Membuat matriks baru dengan banyak baris sama dengan `bykBaris` dan banyak kolom sama dengan `bykKolom`. Setiap elemen diinisialisasi ke 0.
- `bykBaris()`: Mengembalikan banyak baris dalam matriks.
- `bykKolom()`: Mengembalikan banyak kolom dalam matriks.
- `getitem(brs, klm)`: Mengembalikan nilai yang disimpan dalam elemen matriks dengan index (`brs`, `klm`). Indeks (`brs`, `klm`) harus dalam rentang yang valid. Diakses dengan dengan notasi subscript: `mtrk[brs, klm]`.
- `setitem(brs, klm, nilai)`: Menetapkan nilai elemen pada indeks (`brs`, `klm`) dengan `nilai`. Diakses dengan notasi subscript: `mtrk[brs, klm] = 10`.
- `kaliSkalar(skalar)`: Mengalikan setiap elemen matriks dengan nilai `scalar` yang diberikan. Operasi ini memodifikasi matriks.
- `transpos()`: Mengembalikan sebuah matriks baru yang merupakan matriks transpos dari matriks ini.
- `add(matriksLain)`: Membuat dan mengembalikan matriks baru yang merupakan hasil penjumlahan matriks ini dengan `matriksLain`. Ukuran dari kedua matriks harus sama. Diakses dengan operator `+`. Contoh: `mtrkC = mtrkA + mtrkB`.
- `substract(matriksLain)`: Membuat dan mengembalikan matriks baru yang merupakan hasil pengurangan matriks ini dengan `matriksLain`. Ukuran dari kedua matriks harus sama. Diakses dengan operator `-`. Contoh: `mtrkC = mtrkA - mtrkB`.
- `multiply(matriksLain)`: Membuat dan mengembalikan matriks baru yang merupakan hasil perkalian matriks ini dengan `matriksLain`. Kedua matriks harus mempunyai ukuran yang sesuai dengan yang didefinisikan pada perkalian matriks. Diakses dengan operator `*`. Contoh: `mtrkC = mtrkA * mtrkB`.
Script berikut mencontohkan penggunaan ADT Matriks:
```python
# Definisikan matrixA = | 0 1 |
# | 2 3 |
# Buat matriks
matrixA = Matriks(2, 2)
# Operasi setitem(brs, klm, nilai) menetapkan elemen matriks
# pada brs dan klm dengan nilai.
# Operasi ini digunakan dengan notasi subscript.
matrixA[0, 0] = 0
matrixA[0, 1] = 1
matrixA[1, 0] = 2
matrixA[1, 1] = 3
# Definisikan matrixB = | 4 5 |
# | 6 7 |
# Buat matriks
matrixB = Matriks(2, 2)
# Operasi setitem(brs, klm, nilai) menetapkan elemen matriks
# pada brs dan klm dengan nilai.
# Operasi ini digunakan dengan notasi subscript.
matrixB[0, 0] = 4
matrixB[0, 1] = 5
matrixB[1, 0] = 6
matrixB[1, 1] = 7
# Operasi add(matriksLain) untuk menjumlahkan dua matriks.
# Operasi ini dilakukan dengan operator +.
# matrixC = | 4 6 |
# | 8 10 |
matrixC = matrixA + matrixB
# Operasi substract(matriksLain) untuk pengurangan dua matriks.
# Operasi ini dilakukan dengan operator -.
# matrixD = | -4 -4 |
# | -4 -4 |
matrixD = matrixA - matrixB
# Operasi multiply(matriksLain) untuk mengalikan dua matriks.
# Operasi ini dilakukan dengan operator *.
# matrixE = | 6 7 |
# | 26 31 |
matrixE = matrixA * matrixB
# Operasi transpos() untuk mendapatkan transpos dari suatu matriks.
# matrixF = | 0 2 |
# | 1 3 |
matrixF = matrixA.transpos()
# Operasi kaliSkalar(skalar) memodifikasi matriks dengan mengalikan
# setiap elemennya dengan skalar.
# matrix A = |
# |
matrixA.kaliSkalar(2)
```
### Operasi-operasi Matriks
Sebelum kita mengimplementasikan ADT Matriks, kita akan membahas operasi-operasi yang dapat dilakukan terhadap matriks-matriks.
***Penjumlahan***. Dua buah matriks dengan ukuran $m \times n$ dapat dijumlahkan dengan menjumlahan setiap elemen dari kedua matriks yang berindeks sama. Berikut adalah contoh operasi penjumlahan dua matriks:
$$\begin{bmatrix}
0 & 1 \\
2 & 3 \\
4 & 5 \\
\end{bmatrix} +
\begin{bmatrix}
6 & 7 \\
8 & 9 \\
1 & 0 \\
\end{bmatrix} =
\begin{bmatrix}
{0 + 6} & {1 + 7} \\
{2 + 8} & {3 + 9} \\
{4 + 1} & {5 + 0} \\
\end{bmatrix} =
\begin{bmatrix}
6 & 8 \\
10 & 12 \\
5 & 5 \\
\end{bmatrix}
$$
***Pengurangan***. Dua buah matriks dengan ukuran $m \times n$ dapat dikurangkan dengan mengurangkan setiap elemen dari matriks ruas kiri dengan elemen berindeks sama dari matriks ruas kanan. Berikut adalah contoh operasi pengurangan dua matriks:
$$\begin{bmatrix}
6 & 7 \\
8 & 9 \\
1 & 0 \\
\end{bmatrix} +
\begin{bmatrix}
0 & 1 \\
2 & 3 \\
4 & 5 \\
\end{bmatrix} =
\begin{bmatrix}
{6 - 0} & {7 - 1} \\
{8 - 2} & {9 - 3} \\
{1 - 4} & {0 - 5} \\
\end{bmatrix} =
\begin{bmatrix}
{6} & {6} \\
{6} & {6} \\
{-3} & {-5} \\
\end{bmatrix}
$$
***Perkalian Skalar***. Sebuah matriks dapat dikalkan dengan sebuah scalar $c$ dengan mengalikan skalar $c$ dengan setiap elemen dalam matriks. Berikut adalah contoh perkalian skalar:
$$3
\begin{bmatrix}
6 & 7 \\
8 & 9 \\
1 & 0 \\
\end{bmatrix} =
\begin{bmatrix}
{3 * 6} & {3 * 7} \\
{3 * 8} & {3 * 9} \\
{3 * 1} & {3 * 0} \\
\end{bmatrix} =
\begin{bmatrix}
{18} & {21} \\
{24} & {27} \\
{3} & {0} \\
\end{bmatrix}
$$
***Perkalian Matriks***. Perkalian matriks hanya bisa dilakukan untuk dua matriks dimana banyak kolom dari matriks pada ruas kiri sama dengan banyak baris dari matriks ruas kanan. Hasil perkalian dua buah matriks adalah matriks baru dengan banyak baris sama seperti matriks ruas kiri dan banyak kolom sama seperti matriks ruas kanan. Dengan kata lain, perkalian matriks ukuran $m \times n$ dan matriks ukuran $n \times p$ menghasilkan matriks ukuran $m \times p$.
Setiap elemen dari matriks hasil perkalian adalah jumlah dari perkalian elemen sebuah baris dari matriks ruas kiri dengan sebuah kolom dari matriks ruas kanan. Pada contoh di bawah, baris dan kolom untuk mendapatkan elemen (0, 0) dari matriks hasil perkalian di-highlight dengan warna abu-abu.
Melihat perkalian matriks berdasarkan indeks elemen dapat membantu untuk lebih memahami operasi perkalian matriks. Misalkan dua matriks $A$ dan $B$ seperti berikut:
Misalkan hasil kali matriks $A$ dan matriks $B$ menghasilkan matriks $C$, maka perhitungan elemen individu dari matriks $C$ adalah sebagai berikut:
Sehingga,
***Transpos***. Diberikan matriks $A$ dengan ukuran $m \times n$, matriks transpose $A^T$ didapatkan dengan menukar baris dan kolom dari matriks A. Contoh operasi transpose dapat dilihat pada contoh berikut:
$$
\begin{bmatrix}
0 & 1 \\
2 & 3 \\
4 & 5 \\
\end{bmatrix}^T =
\begin{bmatrix}
{0} & {2} & {4}\\
{1} & {3} & {5}
\end{bmatrix}
$$
### Mengimplementasikan ADT Matriks
Kita mengimplementasikan ADT Matriks menggunakan array dua dimensi yang sebelumnya telah kita buat.
#### Constructor `Matriks(bykBaris, bykKolom)`
Class `Matriks` hanya membutuhkan satu field data untuk menyimpan array 2-D. Setelah membuat array 2-D, elemen-elemennya harus diinisialisasi ke 0. Sehingga method constructor dari `Matriks` dapat dituliskan seperti berikut:
```python
def __init__(self, bykBaris, bykKolom):
self._arr2D = Array2D(bykBaris, bykKolom)
self._arr2D.clear(0)
```
#### Method `bykBaris()`
Method `bykBaris()` mengembalikan banyak baris dari matriks. Pada method ini kita hanya perlu memanggil method `bykBaris()` dari array 2-D dan mengembalikan nilainya:
```python
def bykBaris():
return self._arr2D.bykBaris()
```
#### Method `bykKolom()`
Method `bykKolom()` mengembalikan banyak kolom dari matriks. Kita hanya perlu memanggil method `bykKolom()` dari array 2-D dan mengembalikan nilainya:
```python
def bykKolom():
return self._arr2D.bykKolom()
```
#### Method `getitem(brs, klm)`
Untuk mengimplementasikan method `__getitem__` kita hanya perlu mengembalikan nilai elemen dalam array 2-D menggunakan notasi subscript. Sehingga, method `__getitem__` untuk struktur matriks dapat dituliskan seperti berikut:
```python
def __getitem__(self, indexTuple):
return self._arr2D[indexTuple[0], indexTuple[1]]
```
Kita tidak perlu menuliskan kondisi untuk `(brs, klm)` yang valid karena kondisi ini sudah ditangani oleh method `getitem()` dari array 2-D.
#### Method `setitem(brs, klm, nilai)`
Sama seperti pada implementasi method `__getitem__`, untuk mengimplementasikan method `__setitem__` kita hanya perlu menggunakan notasi subscript untuk menetapkan nilai pada array 2-D. Sehingga, method `__setitem__` untuk strukutr matriks dapat dituliskan seperti berikut:
```python
def __setitem__(self, indexTuple, nilai):
self._arr2D[indexTuple[0], indexTuple[1]] = nilai
```
Kita tidak perlu menuliskan kondisi untuk `(brs, klm)` yang valid karena kondisi ini sudah ditangani oleh method `setitem()` dari array 2-D.
#### Method `kaliSkalar(skalar)`
Method `kaliSkalar(skalar)` memodifikasi elemen-elemen pada object matriks dengan mengalikan setiap elemen dalam matriks dengan `skalar`. Untuk mengalikan setiap elemen dengan `skalar`, kita menuliskan loop `for` tersarang yang mengiterasi baris dan kolom dari object matriks untuk mengakses setiap elemen dari object matriks, lalu mengalikan elemen tersebut dengan `skalar`:
```python
def kaliSkalar(self, skalar):
for brs in range(self.bykBaris()):
for klm in range(self.bykKolom):
self[brs, klm] *= skalar
```
#### Method `transpos()`
Method `transpos()` mengembalikan matriks transpos dari object matriks. Method ini tidak memodifikasi object matriks. Untuk mengimplementasikan method ini, kita pertama membuat sebuah matriks baru dengan banyak baris sebanyak banyak kolom dari object matriks dan banyak kolom sebanyak banyak baris dari object matriks. Lalu, kita mengakses setiap elemen dari object matriks menggunakan loop `for` tersarang. Pada setiap iterasinya, kita mengisi matriks baru dengan menetapkan elemen indeks `(brs, klm)` pada object matriks menjadi elemen indeks `(klm, brs)` dari matriks baru. Setelah mengisi semua elemen pada matriks baru, kita mengembalikan matriks tersebut.
Berikut adalah kode implementasi dari method `transpos()`:
```python
def transpos(self):
trMatrix = Matriks(self.bykKolom(), self.bykBaris())
for brs in range(self.bykBaris()):
for klm in range(self.bykKolom()):
trMatrix[klm, brs] = self[brs, klm]
return trMatrix
```
#### Method `add(matriksLain)`
Method `add(matriksLain)` mengembalikan sebuah matriks baru hasil penjumlahan matriks antara object matriks dengan `matriksLain`. Method ini tidak memodifikasi object matriks.
Penjumlahan matriks hanya dapat dilakukan antara dua matriks dengan ukuran yang sama (banyak baris sama dan banyak kolom sama). Oleh karena ini, dalam method ini kita pertama-tama menguji apakah banyaknya baris dan banyaknya kolom pada `matriksLain` sama dengan banyaknya baris dan banyaknya kolom pada object matriks. Jika tidak sama, kita meng-raise `ValueEror` dan jika sama, kita melakukan operasi penjumlahan matriks.
Dalam operasi penjumlahan matriks, kita membuat matriks baru sebagai matriks hasil penjumlahan. Lalu, kita menuliskan loop `for` tersarang untuk mengiterasi setiap elemen dari kedua matriks. Pada setiap iterasi, kita mengisi elemen pada baris dan kolom pada matriks baru dengan hasil penjumlahan elemen object matriks dengan elemen `matriksLain` pada baris dan kolom yang sama.
Berikut adalah kode implementasi dari method `add(matriksLain)`:
```python
def __add__(self, matriksLain):
if (matriksLain.bykBaris() != self.bykBaris()) or \
(matriksLain.bykKolom() != self.bykKolom()):
raise ValueError('Matriks yang dijumlahkan harus berukuran sama.')
else:
hasil = Matriks(self.bykBaris(), self.bykKolom())
for brs in range(self.bykBaris()):
for klm in range(self.bykKolom()):
hasil[brs, klm] = self[brs, klm] + matriksLain[brs, klm]
return hasil
```
***Catatan.*** Implementasi method `substract(mtrkLain)` dan method `multiply(mtrksLain)` dijadikan latihan.
#### Kode Implementasi ADT Matriks
Berikut adalah kode implementasi ADT Matriks:
***Module `matriks.py`***
```python
from array2d import Array2D
# Implementasi ADT Matriks
class Matriks:
# Constructor: membuat sebuah matrix dengan ukuran bykBaris x bykKolom
# dengan semua elemen diinisialisasi ke 0
def __init__(self, bykBaris, bykKolom):
self._arr2D = Array2D(bykBaris, bykKolom)
self._arr2D.clear(0)
# Method bykBaris() mengembalikan banyaknya baris dalam matrix
def bykBaris(self):
return self._arr2D.bykBaris()
# Method bykKolom() mengembalikan banyaknya kolom dalam matrix
def bykKolom(self):
return self._arr2D.bykKolom()
# Operasi getitem(brs, klm) mengembalikan nilai elemen pada brs dan klm.
# Diakses dengan notasi subscript: x[i, j]
def __getitem__(self, indexTuple):
return self._arr2D[indexTuple[0], indexTuple[1]]
# Operasi setitem(brs, klm, nilai) menetapkan nilai elemen pada brs dan klm
# dengan nilai.
# Diakses dengan notasi subscript: x[i, j] = nilai
def __setitem__(self, indexTuple, nilai):
self._arr2D[indexTuple[0], indexTuple[1]] = nilai
# Operasi kaliSkalar(skalar) memodifikasi matriks dengan mengalikan
# setiap elemen matriks dengan skalar yang diberikan.
def kaliSkalar(self, skalar):
for brs in range(self.bykBaris()):
for klm in range(self.bykKolom):
self[brs, klm] *= skalar
# Operasi transpos() mengembalikan matriks baru yang merupakan
# transpos dari matriks ini.
def transpos(self):
trMatrix = Matriks(self.bykKolom(), self.bykBaris())
for brs in range(self.bykBaris()):
for klm in range(self.bykKolom()):
trMatrix[klm, brs] = self[brs, klm]
return trMatrix
# Operasi add(matriksLain) mengembalikan matriks baru
# hasil penjumlahan matriks ini dengan matriksLain.
# Diakses menggunakan operator +.
# Contoh: mtrkC = mtrkA + mtrkB
def __add__(self, matriksLain):
# Cek apakah matriksLain mempunyai baris dan kolom yang sama dengan
# object matriks.
if (matriksLain.bykBaris() != self.bykBaris()) or \
(matriksLain.bykKolom() != self.bykKolom()):
raise ValueError('Matriks yang dijumlahkan harus berukuran sama.')
else:
hasil = Matriks(self.bykBaris(), self.bykKolom())
for brs in range(self.bykBaris()):
for klm in range(self.bykKolom()):
hasil[brs, klm] = self[brs, klm] + matriksLain[brs, klm]
return hasil
# Operasi substract(matriksLain) mengembalikan matriks baru
# hasil pengurangan matriks ini dengan matriksLain.
# Diakses menggunakan operator -.
# Contoh: mtrkC = mtrkA - mtrkB
def __sub__(self, matriksLain):
# ...
# Operasi multiply(matriksLain) mengembalikan matriks baru
# hasil perkalian matriks ini dengan matriksLain.
# Diakses menggunakan operator *.
def __mul__(self, matriksLain):
# ...
```
#### Menguji Implementasi ADT Matriks
Kita dapat menggunakan program berikut untuk menguji hasil implementasi ADT Matriks:
```python
from matriks import Matriks
from random import randint
def cetakMatriks(matriks):
for brs in range(matriks.bykBaris()):
for klm in range(matriks.bykKolom()):
print(f'{matriks[brs, klm]: 4d}', end=' ')
print()
def main():
# Buat sebuah matriks
matrix1 = Matriks(3, 4)
# Isi elemen matriks dengan integer acak menggunakan
# operasi setitem melalui notasi subscript.
for i in range(matrix1.bykBaris()):
for j in range(matrix1.bykKolom()):
matrix1[i, j] = randint(0, 100)
# Cetak isi matriks menggunakan loop for tersarang
# dan menggunakan operasi getitem untuk mendapatkan
# nilai elemen.
print('Matrix 1:')
cetakMatriks(matrix1)
print()
# Cetak matriks transpos dari matrix1 menggunakan
# operasi transpos().
matrixTranspose = matrix1.transpos()
print('Transpose matrix 1:')
cetakMatriks(matrixTranspose)
print()
# Buat matriks lain dengan ukuran yang sama seperti
# matrix1
matrix2 = Matriks(3, 4)
# Isi elemen matrix2 dengan integer acak
for i in range(matrix2.bykBaris()):
for j in range(matrix2.bykKolom()):
matrix2[i, j] = randint(0, 100)
# Cetak isi matrix2.
print('Matrix 2:')
cetakMatriks(matrix2)
print()
# Lakukan penjumlahan matrix1 + matrix2
# menggunakan operasi add dengan operator +.
jumlahMatriks = matrix1 + matrix2
# Cetak jumlah matriks
print('Matrix 1 + Matrix 2:')
cetakMatriks(jumlahMatriks)
print()
# Lakukan pengurangan matrix1 - matrix2
# menggunakan operasi substract dengan operator -.
selisihMatriks = matrix1 - matrix2
# Cetak selisih matriks
print('Matrix 1 - Matrix 2:')
cetakMatriks(selisihMatriks)
print()
# Definisikan matrixA = | 1 2 3 |
# | 4 5 6 |
matrixA = Matriks(2, 3)
matrixA[0, 0] = 1
matrixA[0, 1] = 2
matrixA[0, 2] = 3
matrixA[1, 0] = 4
matrixA[1, 1] = 5
matrixA[1, 2] = 6
# Cetak matrix A
print('Matrix A: ')
cetakMatriks(matrixA)
print()
# Definisikan matrixB = | 7 8 |
# | 9 10 |
# | 11 12 |
matrixB = Matriks(3, 2)
matrixB[0, 0] = 7
matrixB[0, 1] = 8
matrixB[1, 0] = 9
matrixB[1, 1] = 10
matrixB[2, 0] = 11
matrixB[2, 1] = 12
# Cetak matrix B
print('Matrix B: ')
cetakMatriks(matrixB)
print()
# Hitung hasil kali dan cetak hasilnya
print('Hasil kali matrix A dan matrix B: ')
cetakMatriks(matrixA * matrixB)
print()
main()
```
Output dari program di atas:
```
Matrix 1:
24 73 22 33
13 11 29 88
17 43 7 14
Transpose matrix 1:
24 13 17
73 11 43
22 29 7
33 88 14
Matrix 2:
77 21 92 92
72 80 38 1
23 63 27 51
Matrix 1 + Matrix 2:
101 94 114 125
85 91 67 89
40 106 34 65
Matrix 1 - Matrix 2:
-53 52 -70 -59
-59 -69 -9 87
-6 -20 -20 -37
Matrix A:
1 2 3
4 5 6
Matrix B:
7 8
9 10
11 12
Hasil kali matrix A dan matrix B:
58 64
139 154
```
Sign in with Wallet
Connect another wallet