AI 알고리즘의 이해

우리 삶을 변화시키는 AI의 학습 원리
AI 학습 알고리즘의 원리와 발전 과정, 그리고 실생활 응용 사례를 다룬다. AI 알고리즘은 데이터를 기반으로 학습하고 결정을 내리는 컴퓨터 시스템의 핵심 과정으로 특히 기계 학습과 딥러닝을 통해 인간의 사고방식을 모방하려는 시도가 이루어지고 있다. 이 책은 AI의 발전을 이끌어온 주요 알고리즘, 지도 학습, 비지도 학습, 강화 학습, 신경망 및 딥러닝 등을 개념적으로 쉽게 풀어낸다. 기초 수학적 배경도 이해하기 쉽게 다룬다.
지도 학습 알고리즘은 주어진 데이터를 바탕으로 예측하거나 분류하는 방식이며, 비지도 학습은 데이터 내 숨겨진 패턴을 찾아내는 방식이다. 강화 학습은 행위자가 보상을 최대화할 수 있도록 학습하는 방식으로 자율주행 차량이나 게임에서 활용된다. 고급 알고리즘인 서포트 벡터 머신(SVM), 앙상블 학습, 차원 축소 기법, 트랜스포머 모델을 통한 실생활 응용 사례도 제시된다. 자연어 처리, 이미지 처리, 자율주행, 추천 시스템 등 다양한 분야에서 AI 알고리즘이 어떻게 활용되는지 구체적으로 다룬다. 미래의 AI 기술로 설명 가능한 AI와 양자 기계 학습을 꼽을 수 있다. 이에 이 책은 AI 알고리즘이 어떻게 발전할 것인지에 대한 통찰을 제공한다.

AI 학습 알고리즘의 원리와 발전 과정을 설명한다. 지도 학습, 비지도 학습, 강화 학습, 신경망, 딥러닝 등 다양한 알고리즘을 다루고 AI의 실생활 응용 사례를 통해 기술을 이해할 수 있게 한다. 설명 가능한 AI와 양자 기계학습 등 미래 기술에 대한 전망을 제시하며 AI의 현재와 미래를 통찰한다.

이종원
서울사이버대학교 컴퓨터공학과 조교수다. 한성과학고를 졸업한 후 서울대학교 전기공학부와 경영학과에서 학사 학위를, 미국 퍼듀(Purdue) 대학교 전기컴퓨터공학과에서 석사와 박사 학위를 받았다. 국방과학연구소 미사일연구원과 정책기획부에서 선임연구원으로 재직하면서 국방 기술 연구와 기획 업무를 수행하였고(2011~2022), 스타트업의 창업 공동 대표로 AI 경영 지원을 위한 모바일앱을 개발하였다(2022~2024). 서울사이버대학교 컴퓨터공학과 교수로 임용된 후, 현재 AI 응용 분야 및 선형대수 알고리즘에 대한 강의와 연구에 전념하고 있다.

우리 삶을 변화시키는 AI의 학습 원리

01 AI 알고리즘 개요
02 기초수학
03 기계학습
04 지도 학습 알고리즘
05 비지도 학습 알고리즘
06 강화 학습 알고리즘
07 신경망과 딥러닝
08 고급 알고리즘
09 AI 알고리즘 응용 사례
10 미래의 AI 알고리즘

기계학습은 데이터를 학습시키고 이를 이용하여 새로운 데이터에 대한 예측 또는 결정을 내리는 방법으로, 문제의 유형과 학습 방법에 따라 지도 학습, 비지도 학습, 강화 학습 등으로 나눈다. 딥러닝은 기계학습의 일종으로 심층 신경망을 이용하여 대규모 데이터에서 복잡한 패턴을 학습하는 방법이다. 여러 계층의 뉴런으로 구성된 심층 신경망을 기반으로 특히 이미지 인식, 자연어 처리 분야 등에서 혁신적 성과를 보여 주었다. 고급 알고리즘은 기존의 알고리즘을 개선하거나 더 복잡한 문제를 해결하는 데 사용되며, 서포트 벡터 머신, 앙상블 학습, 차원 축소 기법 등을 그 예로 들 수 있다.
－01_“AI 알고리즘 개요” 중에서

기계학습의 성능은 데이터의 양과 질에 크게 의존하기 때문에 양질의 데이터를 수집하고 정제하는 과정이 매우 중요하다. 게다가 딥러닝 등의 기계학습 모델은 내부 동작 원리를 알 수 없는 경우가 많아서 중요한 의사 결정을 내리는 데 신뢰성 문제를 초래할 수 있다. 이에 모델의 해석 가능성을 높이는 연구가 꾸준히 진행되고 있다. 윤리적 문제 또한 간과할 수 없는 이슈다. 기계학습 기술의 활용에서 데이터 프라이버시, 알고리즘 편향, 자동화로 인한 일자리 감소 등의 문제를 충분히 고려하고 해결하려는 노력이 필요할 것이다.
－03_“기계학습” 중에서

Q-러닝(Q-Learning)은 상태를 보고 행동을 하는 알고리즘으로 대표적인 강화 학습 기법이다. Q-함수에 대한 학습을 통해 최적의 정책을 찾는 것으로, Q-함수는 특정 상태에서 특정 행동을 취했을 때 기대되는 누적 보상의 값을 나타낸다. Q-러닝은 Q-함수를 반복적으로 업데이트하여 최적의 Q-함수로 수렴시키는 것이다.
－06_“강화 학습 알고리즘” 중에서

N 스트리밍 서비스는 사용자의 시청 기록, 선호도, 평점 등을 분석하여 사용자 맞춤형 프로그램을 추천한다. 다른 사용자와의 유사성을 기반으로 추천하는 협업 필터링, 선호 콘텐츠를 분석하여 유사 콘텐츠를 추천하는 콘텐츠 기반 필터링 기법 등이 학습에 적용된다. A 전자 상거래 서비스에서는 구매 이력, 검색 패턴, 장바구니 등을 분석하여 사용자에게 관련 제품을 추천한다. 고객이 원하는 제품을 더 많이 노출하므로, 고객 만족도 및 기업 매출의 상승을 기대할 수 있다. 소셜 미디어 플랫폼에서는 게시물, ‘좋아요’, 댓글 등을 분석하여 추천 콘텐츠를 생성한다. 사용자가 관심 있는 정보를 더 많이 접하게 되어, 사용 시간과 매출의 증가로 연결된다.
－09_“AI 알고리즘 응용 사례” 중에서