초인공지능 3강 기계학습과 심층학습: 인간의 직관을 갖춘 AI

 

20세기 AI 연구는 주로 기호를 처리하여 인간이 가지고 있는 논리적 사고를 재현하는 것이었다. 그에 반해 21세기 AI 연구 목표는 화상이나 음성 등 감성 데이터를 처리하여 직관적이고 직감적인 사고를 재현하는 것이다. 즉, 기존 규칙에 기반한 연구가 '기계학습'에 기반한 AI 연구로 경향이 바뀌고 있다. 

 

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기계 학습은 수많은 데이터에서 규칙성을 추출함으로써 정확한 지적 활동을 할 수 있게 하는 기술이다. 어려운 말로 컴퓨터가 패턴 인식 작업을 개발하는 프로세스, 또는 특정 프로그래밍 없이도 컴퓨터가 지속적으로 학습하고 데이터를 기반으로 예측하여 필요한 작업을 수행할 수 있는 능력을 의미한다. 

기계학습은 지도 학습(Supervised Learning), 비지도 학습(Unsupervised Learning), 강화 학습(Reinforcement Learning)으로 크게 분류할 수 있다. 지도 학습에는 크게 분류(classification)와 회귀(regression)가 있다. 비지도 학습(Unsupervised Learning)이란 규칙이나 정답을 따로 알려주지 않고(label이 없다), 비슷한 데이터들을 군집화 하는 것이다. 강화 학습(Reinforcement Learning)이란 보상을 체계화하여 학습하는 방식으로 알파고가 이 방법으로 학습되었고, 주로 게임에서 최적화한 게임 방법을 찾는데 쓰는 학습 방식이다.

강화 학습이란 인간을 포함한 모든 생물의 보상계 활동을 모델화 한 것이다. 인간 의사결정 모델을 현실화한 것으로 의미가 있다. AI 또한 보상을 얻고 싶다는 욕망을 가지고 그 욕망을 충족시키기 위해 방법을 익힌다. 이런 면은 AI가 보상을 위하여 의식이나 욕망을 가질 수 있는 한 가지 방법이 될 가능성이 있다. 상태가 지나치게 많을 경우 통상적인 강화 학습에서 보상값을 결정하기 어렵다. 최근에는 강화 학습과 심층학습 기술을 결합해 심층 강화 학습(Deep Reinforcement Learning)'을 사용하는 경향이 강하다. 우선 인공 신경망과 심층학습에 대해 알아보자.

 

인공 신경망 개념. 이미지출처: https://brunch.co.kr/@gdhan/6

 

인공신경망 뉴런 모델은 생물학적인 뉴런을 수학적으로 모델링한 것이다. 즉, 생물학적인 뉴런이 위 그림과 같이 다른 여러 개의 뉴런으로부터 입력값을 받아서 세포체(cell body)에 저장하다가 자신의 용량을 넘어서면 외부로 출력 값을 내보내는 것처럼, 인공신경망 뉴런은 여러 입력값을 받아서 일정 수준이 넘어서면 활성화되어 출력 값을 내보낸다.

영국 출신 AI 연구자 제프리 힌튼이 2006년 고안한 심층학습이라는 인공신경망 출현으로 패턴인식은 21세기 AI 연구에 있어서 주류가 되었다. 심층학습은 레이어(계층)가 층층이 쌓인 인공신경망이다. 심층 학습, 또는 딥러닝이란, 인간 신경 세포 구조를 재현한 뉴럴 네트워크(neural network)를 이용한 기계 학습 중 하나로, 다층 구조인 뉴럴 네트워크(neural network)를 이용하는 것이 특징이다. 현재는 화상 인식이나 음성 인식, 번역 등 다양한 분야에서 큰 성과를 낳고 있다. 보통 인공지능이라 하면 심층 학습을 이용한 학습과정을 활용한 분야를 의미한다고 생각하면 된다. 

 

퍼셉트론(Perceptron)은 1957년에 프랑크 로젠블라트가 고안한 알고리즘입니다. 오래된 알고리즘이지만 현재 신경망(딥러닝) 기원이 되는 알고리즘으로 퍼셉트론 구조를 알아가는 것이 꼭 필요합니다. 퍼셉트론은 다수 신호를 입력받아 하나의 신호를 출력하는 알고리즘입니다. 간단히 예를 들면 AND 게이트 같이 두 개의 신호를 받아 0, 1로 출력하는 것도 퍼셉트론 알고리즘이라고도 할 수 있습니다.  

 

심층학습 종류와 간단한 설명은 다음 포스팅으로 미룬다. ^^ 놀러 나가야 함.

 

Frank Rosenblatt 왼쪽 기계가 이름도 멋진 퍼셉트론 이미지 출처: https://needjarvis.tistory.com/178

 

 

참고

머신러닝 분류

강화학습 핵심개념 정리-아래 논문과 도서 링크 참고

인공신경망 개념

심층 강화학습 기술 동향 문서

딥러닝에서 사용하는 알고리즘

퍼셉트론이란

퍼셉트론(딥러닝과 인공신경망의 시작)