Asas Sains Komputer notesnota, bab 1

Konsep asas pemikiran komputasional

TextbookBuku teks Asas Sains Komputer Tingkatan 1 KSSM (cetakan pertama 2016, ISBN 978-967-14509-0-1), pageshalaman 1–18

What this chapter coversMatlamat bab ini

Murid boleh menerangkan teknik leraian, pengecaman corak, peniskalaan dan pengitlakan dalam pemikiran komputasional untuk menyelesaikan masalah (1.1.1)
Murid boleh menyelesaikan sesuatu tugasan menggunakan teknik leraian dan menentukan langkah secara tertib (1.1.2)
Murid boleh mengesan unsur persamaan dan perbezaan untuk pengecaman corak dalam sesuatu situasi (1.1.3)
Murid boleh membuat keputusan bagi menentukan aspek penting dalam sesuatu permasalahan (1.1.4)
Murid boleh menentukan ciri-ciri kesamaan dalam sesuatu permasalahan (1.1.5)

1.1Asas pemikiran komputasional

Bab ini bermula dengan satu contoh harian, iaitu cara membuat popia basah. Ada tiga langkah: pilih kulit popia (gandum, beras atau rumpai laut), sediakan inti (sayur, daging, udang, telur, otak-otak, karipap, manis atau tauhu), kemudian sapu sos dan balut popia (sos cili, kacang, manis atau ciptaan sendiri). Apabila kita memikirkan langkah-langkah ini, kita sudah menggunakan konsep pemikiran komputasional.

Pemikiran komputasional ialah satu proses pemikiran bagi tujuan menyelesaikan masalah oleh manusia sendiri, berbantukan mesin atau kedua-duanya sekali, dengan menggunakan konsep asas sains komputer.

Pemikiran komputasional bukan berfikir tentang komputer atau “berfikir” seperti komputer. Komputer tidak boleh berfikir sendiri.

Proses pemikiran komputasional

Masalah dipecahkan kepada bahagian-bahagian yang lebih kecil.
Kenal pasti corak yang sama dan gunakannya untuk menyelesaikan masalah.
Perkara yang tidak penting ditinggalkan.
Sediakan satu model penyelesaian masalah berdasarkan ciri-ciri kesamaan.

Empat kotak berhubung dengan anak panah: masalah dipecahkan, kenal pasti corak yang sama, perkara tidak penting ditinggalkan, sediakan satu model penyelesaian masalah — Proses pemikiran komputasional (Rajah 1.1, ms. 2).

Kemahiran yang diperlukan ialah berfikir secara logik dan membina algoritma. Kemahiran lain yang perlu dipupuk ialah kreativiti, belajar daripada kesalahan, berupaya menjelaskan dan dapat bekerja sepasukan.

1.1.1 Teknik dalam pemikiran komputasional

Empat teknik asas digunakan dalam pemikiran komputasional:

Teknik	Maksud
Leraian (Decomposition)	Memecahkan masalah atau sistem yang kompleks kepada bahagian-bahagian kecil supaya mudah difahami dan diselesaikan.
Pengecaman corak (Pattern Recognition)	Menganalisis bahagian-bahagian kecil untuk mengenal pasti corak, iaitu kesamaan atau ciri yang sama.
Peniskalaan (Abstraction)	Meninggalkan aspek yang kurang penting dan memfokus kepada aspek yang penting.
Pengitlakan (Generalisation)	Membina model (formula, teknik, peraturan atau langkah) untuk menyelesaikan masalah lain yang serupa.

Ingat urutannya: Leraian, Pengecaman corak, Peniskalaan, Pengitlakan. Pecahkan, cari corak, buang yang tidak penting, bina model.

Teknik leraian: masalah binaan anak tangga

Leraian memecahkan masalah atau sistem yang kompleks kepada bahagian kecil. Bahagian kecil itu boleh diteliti, diselesaikan atau direka bentuk secara berasingan.

Contoh buku teks: berapakah batu bata untuk membina tangga lima anak tangga? (Rajah 1.2)

Masalah besar ini dileraikan kepada lima bahagian, satu bahagian bagi setiap anak tangga (Rajah 1.3). Bilangan batu bata setiap bahagian dikira, kemudian dijumlahkan.

Lima blok batu bata: 5 darab 1, 5 darab 2, 5 darab 3, 5 darab 4 dan 5 darab 5, jumlah 75 — Leraian tangga lima anak tangga: 5, 10, 15, 20 dan 25 batu bata (Rajah 1.3 dan 1.4).

Teknik pengecaman corak

Pengecaman corak: selepas masalah dileraikan, bahagian-bahagian kecil dianalisis untuk mencari kesamaan atau ciri yang sama.

Dalam masalah tangga, kelima-lima bahagian mempunyai bilangan batu bata tapak yang sama (5). Yang berbeza ialah bilangan lapisan batu bata.

Pengecaman corak (Rajah 1.4, ms. 4)
Bahagian	Bata tapak	Bilangan lapisan	Jumlah bata
(a)	5	1	5
(b)	5	2	10
(c)	5	3	15
(d)	5	4	20
(e)	5	5	25

Dengan mengenal pasti corak, kita boleh membuat ramalan, mencipta peraturan dan menyelesaikan lebih banyak masalah serupa.

Jika satu anak tangga (anak tangga ke-6) ditambah pada tangga itu, berapakah batu bata yang perlu ditambah? Apakah persamaan dan perbezaan bahagian-bahagiannya?

Tunjuk jawapanSembunyi jawapan

Bahagian ke-6 mempunyai 5 bata tapak dan 6 lapisan, jadi 5 × 6 = 30 batu bata. Jumlah baharu = 75 + 30 = 105. Persamaan: bata tapak sentiasa 5. Perbezaan: bilangan lapisan (1, 2, 3, ...).

Teknik peniskalaan

Peniskalaan meninggalkan aspek yang kurang penting dalam corak yang dicamkan dan memfokus kepada aspek yang penting.

Aspek penting (tangga)	Aspek kurang penting (tangga)
Lebar tangga terdiri daripada lima biji batu bata	Saiz batu bata
Bilangan anak tangga ialah lima	Bahan yang digunakan untuk membuat batu bata

Aspek yang kurang penting bukan salah. Ia hanya tidak diperlukan untuk menyelesaikan masalah yang sedang dikaji.

Teknik pengitlakan

Pengitlakan ialah pembinaan model bagi masalah yang diselesaikan. Model boleh berbentuk formula, teknik, peraturan atau langkah. Model dibina selepas pengecaman corak dan peniskalaan dilakukan ke atas dua atau lebih masalah yang hampir sama. Hasilnya boleh berupa model, prototaip, formula atau algoritma, dan digunakan untuk menyelesaikan masalah yang serupa (Peta Minda 1, ms. 17).

Ringkasan penyelesaian tangga (Jadual 1.1, ms. 5)
Bahagian	Panjang	Lebar	Tinggi	Jumlah
(a)	5	1	1	5
(b)	5	1	2	10
(c)	5	1	3	15
(d)	5	1	4	20
(e)	5	1	5	25
Jumlah keseluruhan				75

Model (formula): jumlah batu bata bagi setiap bahagian = bilangan bata bagi panjang × bilangan bata bagi lebar × bilangan bata bagi tinggi.

Rajah 1.6 ialah masalah yang hampir sama, tetapi lebarnya 2 batu bata. Formula yang sama boleh digunakan (Jadual 1.2):

Masalah yang serupa (Jadual 1.2, ms. 6)
Bahagian	Panjang	Lebar	Tinggi	Jumlah
(A)	5	2	1	10
(B)	5	2	2	20
(C)	5	2	3	30
(D)	5	2	4	40
(E)	5	2	5	50
Jumlah keseluruhan				150

Formula yang sama juga boleh digunakan untuk mengira isi padu kiub atau kuboid.

Gunakan model sendiri

Satu bahagian tangga ialah 5 panjang × 3 lebar × 4 tinggi. Jumlah bata = 5 × 3 × 4 = 60. Untuk lima bahagian setinggi 1 hingga 5 lapisan: 5 × 3 × (1 + 2 + 3 + 4 + 5) = 5 × 3 × 15 = 225 batu bata.

Empat teknik bekerja bersama: leraian memecahkan, pengecaman corak mencari persamaan, peniskalaan membuang perkara tidak penting, pengitlakan membina formula untuk masalah lain.

Padankan: (a) membina formula daripada masalah serupa (b) mengabaikan saiz batu bata (c) memecahkan tangga kepada lima bahagian (d) mendapati bata tapak sentiasa 5.

Tunjuk jawapanSembunyi jawapan

(a) pengitlakan; (b) peniskalaan; (c) leraian; (d) pengecaman corak.

1.1.2 Teknik leraian dan menentukan langkah secara tertib

Leraian membantu kita memahami sesuatu proses kerja, memberi penerangan yang jelas kepada orang lain dan menyediakan algoritma yang lebih tepat.

Contoh buku teks: memberus gigi

Aktiviti ini dileraikan dengan soalan: (1) jenis berus gigi? (2) jenis ubat gigi? (3) berapa kali gosokan di sebelah kiri dan kanan? (4) berapa kuat tekanan berus ke atas gigi?

Tugasan landskap: menganggar kos taman permainan

Anda juru landskap. Syarikat anda perlu menyiapkan sebuah taman permainan (kawasan 120 m × 60 m). Luas laluan pejalan kaki ialah 800 m². Kos satu meter persegi:

Kemudahan dan kos pembinaan (Jadual 1.3, ms. 7)
Kemudahan	Kos (satu meter persegi)
Gelanggang tenis	RM120.00
Gelanggang bola keranjang	RM100.00
Gelanggang badminton	RM80.00
Laluan pejalan kaki	RM75.00
Tanaman rumput	RM140.00

Masalah dileraikan kepada masalah yang lebih kecil: kos gelanggang tenis, bola keranjang, badminton dan laluan pejalan kaki. Selepas itu, kos menanam rumput dikira, dan akhirnya kos keseluruhan.

Formula: kos pembinaan = bilangan binaan × luas pembinaan × kos untuk satu meter persegi.

Kiraan kos (Jadual 1.4, ms. 8)
Langkah	Kiraan	Kos
1. Gelanggang tenis	1 × 648 m² × RM120.00 (36 m × 18 m = 648)	RM77 760.00
2. Gelanggang bola keranjang	1 × 512 m² × RM100.00 (32 m × 16 m = 512)	RM51 200.00
3. Gelanggang badminton	2 × 200 m² × RM80.00 (20 m × 10 m = 200)	RM32 000.00
4. Laluan pejalan kaki	1 × 800 m² × RM75.00	RM60 000.00
5. Tanaman rumput	(7200 − 2360) m² × RM140.00 = 4840 × 140	RM677 600.00

Luas taman = 120 × 60 = 7200 m². Luas binaan = 648 + 512 + 2 × 200 + 800 = 2360 m². Rumput ditanam pada baki kawasan. Jumlah kos semua kemudahan = 77 760 + 51 200 + 32 000 + 60 000 + 677 600 = RM898 560.00.

Leraian yang baik ialah tertib: selesaikan bahagian kecil dahulu, kemudian gabungkan hasilnya.

Encik Ahmad melabur RM50 000. Dividen 8% atas RM10 000 pertama, bonus 5% atas baki pelaburan. Leraikan dan kira (Aktiviti Berfikir 1.2).

Tunjuk jawapanSembunyi jawapan

1. Dividen = 8% × RM10 000 = RM800. 2. Baki = RM50 000 − RM10 000 = RM40 000. 3. Bonus = 5% × RM40 000 = RM2 000. 4. Jumlah = RM800 + RM2 000 = RM2 800.

1.1.3 Pengecaman corak dalam sesuatu situasi

Pengecaman corak boleh dibuat antara masalah yang berlainan atau antara bahagian kecil dalam masalah yang sama. Masalah yang mempunyai corak yang sama diselesaikan dengan kaedah yang sama.

Menyusun empat murid mengikut nombor jersi (Rajah 1.8, ms. 9)

Susun murid berjersi 7, 5, 1, 2 dalam urutan menaik.

Kad nombor 7 5 1 2 disusun dalam lima langkah menjadi 1 2 5 7 — Siri pergerakan untuk menyusun nombor (Rajah 1.8 dan 1.9).

Langkah	Susunan	Perbezaan
Awal	7 5 1 2
1	(5 7) (1 2)	2 kumpulan dibentuk
2	5 (1 7) 2	1 kumpulan dibentuk
3	(1 5) (2 7)	2 kumpulan dibentuk
4	1 (2 5) 7	1 kumpulan dibentuk
5	(1 2) (5 7)	2 kumpulan dibentuk
Akhir	1 2 5 7

Persamaan pada setiap langkah: nombor yang lebih kecil disusun di sebelah kiri setiap kumpulan. Perbezaan: bilangan kumpulan yang dibentuk pada setiap langkah.

Kad 7, 5, 1, 2, 8, 4 (Aktiviti Berfikir 1.3): susun menaik dengan peraturan yang sama (kecil di kiri). Apakah hasil akhir?

Tunjuk jawapanSembunyi jawapan

Hasil akhir: 1, 2, 4, 5, 7, 8. Langkah boleh ditunjuk dengan menyusun kad berpasangan (5 7) (1 2) (4 8), kemudian menggabungkan kumpulan sambil meletakkan nombor lebih kecil di kiri.

1.1.4 Membuat keputusan berdasarkan aspek penting

Sebelum membuat keputusan, kenal pasti aspek penting, iaitu faktor yang mempengaruhi hasil atau output yang dikehendaki. Contoh: apabila menghantar data atas talian, komputer mencari laluan yang paling kurang halangan atau kekangan.

Tugasan posmen (Rajah 1.10 dan 1.11, ms. 11)

Seorang posmen menghantar surat ke tujuh kampung A, B, C, D, E, F dan G. Dia mesti mengelakkan laluan A-D (jalan rosak) dan memilih laluan yang paling singkat.

Graf tujuh kampung dengan jarak: A-B 7, B-C 8, A-D 5, B-D 9, B-E 7, C-E 5, D-E 15, D-F 6, E-F 8, E-G 9, F-G 11 — Jarak antara tujuh kampung dalam kilometer (Rajah 1.10).

Aspek penting: (1) laluan yang tidak mengandungi A-D; (2) laluan yang paling dekat.

Enam pilihan laluan (Rajah 1.11, Jadual 1.5)
Laluan	Urutan	Kiraan jarak (km)	Jumlah	Ada A-D?
1	A-B-C-E-D-F-G	7 + 8 + 5 + 15 + 6 + 11	52	Tidak
2	A-B-C-E-G-F-D	7 + 8 + 5 + 9 + 11 + 6	46	Tidak
3	A-B-D-F-G-E-C	7 + 9 + 6 + 11 + 9 + 5	47	Tidak
4	A-D-B-C-E-G-F	5 + 9 + 8 + 5 + 9 + 11	47	Ya
5	A-D-F-G-E-C-B	5 + 6 + 11 + 9 + 5 + 8	44	Ya
6	A-D-B-C-E-F-G	5 + 9 + 8 + 5 + 8 + 11	46	Ya

Laluan 4, 5 dan 6 tidak memenuhi syarat kerana mengandungi A-D. Antara Laluan 1, 2 dan 3, Laluan 2 (46 km) paling dekat. Keputusan: pilih Laluan 2.

Graf kampung dengan Laluan 2 A-B-C-E-G-F-D berwarna merah, jumlah 46 km — Laluan 2 ialah pilihan terbaik: 46 km dan tidak melalui A-D.

Laluan 5 (44 km) ialah yang terpendek keseluruhan, tetapi ia melalui A-D. Laluan yang melanggar syarat tidak boleh dipilih walaupun pendek.

Nyatakan satu lagi aspek penting yang mungkin mempengaruhi posmen, dan terangkan mengapa Laluan 6 tidak dipilih walaupun jumlahnya sama dengan Laluan 2.

Tunjuk jawapanSembunyi jawapan

Laluan 6 ada 46 km sama seperti Laluan 2, tetapi ia melalui A-D yang rosak. Aspek lain (contoh): keadaan jalan, cuaca atau waktu penghantaran.

1.1.5 Ciri-ciri kesamaan dalam sesuatu permasalahan

Kebolehan mengenal pasti kesamaan atau perbezaan ialah kemahiran asas penyelesaian masalah dan mereka bentuk algoritma. Lebih banyak corak ditemui, lebih cepat masalah diselesaikan.

Situasi 1: syarikat pembungkusan (Rajah 1.12 dan 1.13, ms. 13)

Sepuluh bungkusan setinggi 120, 110, 100, 90, 80, 70, 60, 50, 50 dan 30 cm perlu dimasukkan ke dalam kotak setinggi 200 cm. Kaedah: mulakan dengan bungkusan paling tinggi. Masukkan setiap bungkusan ke dalam kotak yang masih ada ruang; jika tiada ruang yang cukup, guna kotak baharu.

Empat kotak: A 120 dan 80; B 110 dan 90; C 100, 70 dan 30; D 60, 50 dan 50 — Hasil akhir Situasi 1: empat kotak digunakan.

Situasi 2: syarikat pelancongan (Jadual 1.6 dan Rajah 1.14, ms. 15)

76 pelancong daripada 10 kumpulan. Setiap bas memuatkan 20 penumpang. Setiap ahli kumpulan mesti menaiki bas yang sama. Bilangan ahli: 5, 7, 12, 5, 3, 9, 10, 6, 8, 11 (jumlah = 76).

Empat bas: A 12 dan 8; B 11 dan 9; C 10, 7 dan 3; D 6, 5 dan 5 — Hasil akhir Situasi 2: empat bas digunakan (A: 12 + 8 = 20; B: 11 + 9 = 20; C: 10 + 7 + 3 = 20; D: 6 + 5 + 5 = 16).

Corak persamaan dalam kedua-dua situasi: isi ruang yang pertama dengan bilangan yang paling banyak, diikuti bilangan yang kedua banyak. Ulang sehingga semua ruang dipenuhi.

Kita boleh menggunakan satu kaedah yang sama untuk kotak dan bas kerana kedua-dua masalah mempunyai corak yang sama. Inilah kegunaan pengecaman corak dan pengitlakan.

Empat meja, setiap meja memuatkan 10 peserta. Kumpulan: 8, 6, 5, 4, 4, 3, 2, 2 orang (setiap kumpulan di meja yang sama). Susun dengan corak yang sama.

Tunjuk jawapanSembunyi jawapan

Meja 1: 8 + 2 = 10; Meja 2: 6 + 4 = 10; Meja 3: 5 + 4 = 9; Meja 4: 3 + 2 = 5. Jumlah 34 orang, empat meja mencukupi.

Ringkasan bab

Teknik	Tugas	Contoh bab ini
Leraian	Pecahkan masalah kepada bahagian kecil, secara tertib	Tangga lima anak tangga; kos taman permainan
Pengecaman corak	Cari persamaan dan perbezaan	Bata tapak 5, lapisan berbeza; menyusun kad
Peniskalaan	Fokus kepada aspek penting	Syarat laluan A-D dan jarak terpendek
Pengitlakan	Bina model untuk masalah serupa	Formula panjang × lebar × tinggi

Buku teks Asas Sains Komputer Tingkatan 1, ms. 1–18. Rajah dalam nota ini dilukis semula daripada data buku teks.