stdsquare²
🎓 Kelas
stdsquare / materi / slides / pertemuan-02
Tema
Japan
Arcade
Dark Retro
Font
‹ Daftar slide Pertemuan 2: Teknik Dimensionality Reduction (PCA, SVD, ICA)
Prodi Bisnis Digital · FEB UNDIP

Pembelajaran Dalam dan Pembelajaran Mesin

Teknik Dimensionality Reduction (PCA, SVD, ICA)

Mengapa data berdimensi tinggi perlu "disederhanakan" tanpa kehilangan makna — dan bagaimana caranya.

RPS minggu 2 · 2x50 menit
Bagian 1 dari 4
Mengapa Data Perlu Direduksi?
Dari "kutukan dimensi" ke kebutuhan bisnis riil akan visualisasi dan efisiensi model.

Tujuan Pembelajaran Hari Ini

Sub-CPMK
3
kemampuan inti
Menjelaskan konsep dimensionality reduction, menghitung komponen utama secara manual pada data sederhana, dan membedakan PCA, SVD, ICA berdasarkan tujuan pemakaiannya.
Yang Akan Anda Kuasai
  • Mengapa data berdimensi tinggi bermasalah untuk model & visualisasi
  • Intuisi varians maksimum di balik PCA
  • Langkah hitung PCA dari nol memakai matriks kovarians
  • Kapan memilih PCA vs SVD vs ICA di kasus bisnis nyata

Masalah: "Kutukan Dimensi" (Curse of Dimensionality)

Semakin banyak variabel/fitur (kolom data), semakin sulit model menemukan pola — dan semakin sulit manusia memvisualisasikannya.

Contoh
200+
variabel nasabah bank
Umur, saldo, frekuensi transaksi, lokasi, jenis kartu, riwayat gagal bayar, dsb — semua dicatat per nasabah oleh bank seperti BCA.
Masalah
2D
batas mata manusia
Manusia hanya bisa memvisualisasikan data secara nyaman dalam 2 atau 3 dimensi (sumbu X, Y, Z) di satu grafik.
Solusi
→ 2
dimensi baru bermakna
Dimensionality reduction memampatkan ratusan variabel menjadi segelintir "sumbu baru" yang tetap menyimpan pola pentingnya.

Analogi: Meringkas "Rapor" Nasabah/Pelanggan

Kasus: Tokopedia Menilai Pembeli

Tokopedia mencatat puluhan variabel per pembeli: frekuensi belanja, nilai transaksi rata-rata, jumlah komplain, waktu respons chat, rating yang diberikan, kategori favorit, dsb.

Dimensionality reduction bisa meringkas semua itu menjadi 2 sumbu utama, misalnya sumbu "loyalitas belanja" dan sumbu "sensitivitas harga" — tanpa membuang informasi penting.

Intinya: kita mencari kombinasi variabel baru yang paling banyak "menangkap" perbedaan antar-pelanggan, bukan sekadar membuang kolom secara acak.
Bagian 2 dari 4
PCA: Principal Component Analysis
Mencari "sumbu pandang" terbaik yang memaksimalkan keragaman data.

Intuisi PCA: Sudut Foto Terbaik

Bayangkan Anda memotret sebuah teko dari berbagai sudut. Beberapa sudut membuat teko terlihat "gepeng" (informasi hilang), sudut lain menampilkan bentuknya jelas.

Sudut A: sumbu horizontal — keragaman data TINGGI (baik)Sudut B: sumbu vertikal — keragaman data RENDAH (buruk)
PCA mencari sumbu (disebut principal component/komponen utama) yang membuat titik-titik data paling menyebar (varians maksimum) — itulah sudut pandang paling informatif.

4 Langkah Konseptual PCA

Alur Proses
  • 1. Pusatkan data (kurangi rata-rata tiap variabel)
  • 2. Hitung matriks kovarians (ukuran hubungan antar-variabel)
  • 3. Cari eigenvector & eigenvalue dari matriks itu
  • 4. Urutkan & pilih komponen dengan varians terbesar
Glosarium cepat: eigenvector = arah sumbu baru; eigenvalue = besar varians yang "dibawa" arah itu. Semakin besar eigenvalue, semakin penting komponen tersebut.

Hitung dari Nol #1: Memusatkan Data

Data sederhana: skor Belanja (X) dan Kunjungan (Y) dari 4 pelanggan Shopee (dalam satuan terstandarisasi).

LangkahPerhitunganNilai
Data X (4 pelanggan)4, 8, 6, 2
Rata-rata X(4+8+6+2) / 45
Data Y (4 pelanggan)5, 9, 7, 1
Rata-rata Y(5+9+7+1) / 45,5
X dipusatkan4−5, 8−5, 6−5, 2−5-1, 3, 1, -3
Y dipusatkan5−5,5, 9−5,5, 7−5,5, 1−5,5-0,5, 3,5, 1,5, -4,5
Hasil Kunci
0
rata-rata data setelah dipusatkan (selalu 0)

Coba Sendiri: Pusatkan Data lalu Cari Eigenvector

Ubah titik data pelanggan, amati bagaimana pemusatan data dan matriks kovarians menghasilkan arah eigenvector secara langsung.

Hitung dari Nol #2: Matriks Kovarians

Kovarians mengukur apakah X dan Y bergerak searah (positif) atau berlawanan (negatif).

LangkahPerhitunganNilai
Kali X·Y per pelanggan(-1)(-0,5), (3)(3,5), (1)(1,5), (-3)(-4,5)0,5; 10,5; 1,5; 13,5
Jumlah hasil kali0,5 + 10,5 + 1,5 + 13,526
Kovarians(X,Y)26 / (4−1)8,67
Varians(X)(1+9+1+9) / 36,67
Varians(Y)(0,25+12,25+2,25+20,25) / 311,67
Kesimpulan
+8,67
kovarians positif → belanja & kunjungan naik bersama

Dari Kovarians ke Komponen Utama

Matriks Kovarians (2x2)
[ 6,67  8,67 ]
[ 8,67  11,67 ]

Diagonal = varians tiap variabel; luar diagonal = kovarians (hubungan) X-Y.

Dari matriks ini, perangkat lunak (Python/R) menghitung eigenvector dominan — kurang lebih mengarah ke diagonal naik (X dan Y naik bersama), karena kovariansnya positif dan besar relatif terhadap varians masing-masing.
Bagian 3 dari 4
SVD dan ICA: Dua Saudara PCA
Alat serupa untuk tujuan yang berbeda — akan diperdalam pertemuan minggu depan.

SVD: Singular Value Decomposition

SVD adalah teknik aljabar linear yang lebih umum daripada PCA — bisa dipakai pada matriks apa pun (tidak harus persegi), termasuk mesin di balik sistem rekomendasi.

Konsep Inti

SVD memecah satu matriks data A menjadi tiga matriks lebih sederhana:

A = U × Σ × VT

Σ (sigma) berisi "singular value" — mirip eigenvalue, menunjukkan kepentingan tiap komponen.

Contoh Nyata
Netflix
rekomendasi film
SVD dipakai memecah matriks rating pengguna x film menjadi pola "selera tersembunyi" — dasar collaborative filtering.

ICA: Independent Component Analysis

ICA memisahkan sinyal campuran menjadi sumber-sumber yang independen (bukan sekadar tak berkorelasi seperti PCA).

Analogi Klasik: "Cocktail Party Problem"

Dua mikrofon merekam suara di ruangan berisi dua orang bicara bersamaan. Tiap mikrofon menangkap campuran kedua suara. ICA memisahkan kembali menjadi suara Orang A murni dan Orang B murni.

Beda kunci dengan PCA: PCA mencari arah varians maksimum (data boleh berdistribusi normal); ICA mencari sinyal yang saling independen secara statistik — cocok untuk data campuran seperti sinyal EEG, audio, atau transaksi keuangan yang tercampur beberapa pola.

Coba Sendiri: Visualisasi PCA Interaktif

Geser slider untuk melihat bagaimana PCA memilih sumbu dengan varians maksimum pada awan titik data.

Bagian 4 dari 4
Memilih Teknik yang Tepat
Kapan PCA, kapan SVD, kapan ICA — dan bagaimana ini berhubungan dengan pertemuan berikutnya.

Perbandingan PCA vs SVD vs ICA

KriteriaPCASVDICA
Tujuan utamaVarians maksimumDekomposisi matriks umumSumber independen
Syarat dataMatriks persegi (kovarians)Matriks apa punSinyal campuran non-Gaussian
Contoh pakai bisnisRingkas profil pelangganSistem rekomendasi (Netflix)Pisahkan sinyal tercampur (EEG, audio)
OutputKomponen tak berkorelasiU, Σ, VKomponen independen

Latihan Kelas: Diskusi Kasus

Kasus: Startup fintech Anda punya data 50 variabel per pengguna aplikasi (transaksi, lokasi, device, waktu akses, dsb) dan ingin membuat peta visual 2D segmentasi pengguna untuk tim marketing.
Pertanyaan Diskusi
  • Teknik mana yang paling tepat: PCA, SVD, atau ICA? Mengapa?
  • Apa risiko jika hanya memilih 2 variabel mentah tanpa reduksi dimensi?
Waktu
5
menit diskusi kelompok

Jebakan Umum yang Harus Dihindari

Miskonsepsi 1: "PCA membuang variabel yang tidak penting." Salah — PCA membuat kombinasi baru dari SEMUA variabel asli, bukan seleksi variabel.
Miskonsepsi 2: "Komponen utama selalu mudah diinterpretasikan." Sering kali PC1/PC2 adalah campuran matematis abstrak, perlu analisis lanjut untuk memberi makna bisnis.
Praktik baik: selalu standardisasi (samakan skala) variabel sebelum PCA, agar variabel dengan satuan besar (misal: pendapatan dalam Rupiah) tidak mendominasi variabel bersatuan kecil (misal: rating 1-5).

Rangkuman & Menuju Pertemuan Berikutnya

Cheat Sheet Hari Ini
  • Dimensionality reduction = memampatkan banyak variabel jadi sedikit sumbu bermakna
  • PCA = cari arah varians maksimum lewat matriks kovarians
  • SVD = dekomposisi matriks umum (U·Σ·VT), dasar sistem rekomendasi
  • ICA = pisahkan sinyal campuran jadi sumber independen
Minggu Depan
P3
SVD & ICA mendalam
Kita akan menghitung SVD langkah demi langkah dan membedah ICA lebih matematis. Tugas: baca ringkasan bab dimensionality reduction & kerjakan latihan PCA manual pada dataset yang akan dibagikan.