전체기사 최신뉴스 GAM
KYD 디데이
산업 생활경제

속보

더보기

[김정호의 4차혁명 오딧세이] 인공지능은 강아지와 고양이를 어떻게 구분할까?

기사입력 :

최종수정 :

※ 본문 글자 크기 조정

  • 더 작게
  • 작게
  • 보통
  • 크게
  • 더 크게

※ 번역할 언어 선택

알고보면 흥미로운 선형대수(linear algebra. 線型代數)

보통 고등학교 때 처음 수학 ‘행렬’을 배운다. 행렬은 다차원적인 숫자의 나열로 2차원인 경우 '(x,y)'로 표현된다. 대부분의 고등학교 수학처럼 왜 배워야 하는지, 어디 쓰는지 그때 알기 어렵다. 그런데 이 행렬 수학이 ‘인공지능 컴퓨터 계산’의 핵심 방법이다.

김정호 카이스트 교수

필자는 대학 2학년때 ‘선형 대수학’이라는 수학과목을 수강했다. 행렬의 수학적 의미와 원리를 배운다. 이 과목은 필자가 대학 때 공부한 과목 중에 가장 감동적이고 재미가 있었다. 수학 논리 전개의 아름다움을 깊이 느끼는 계기가 됐기 때문이다. 전기공학이나, 전자 공학, 전산 과목 또는 물리학 과목이 아니라 ‘수학과목’이었던 기억이 흥미롭고 그 중에서도 선형대수학이라는 과목이라는 점도 지금도 신기하다.

선형대수학에서는 벡터에서 출발해서 행렬의 정의하고 행렬의 기본이 되는 원리들을 순서대로 제시하고 증명한다. 행렬 속의 각 열 벡터가 서로 상호 의존적인가 독립적인가 논의한다. 서로 선형적이면 종속적이고 비선형적이면 독립적이다. 각 열 벡터가 독립적 벡터로 이루어진 행렬은 역행렬이 존재하고 구할 수 있다. 역행렬이 존재하는 행렬은 그 벡터들을 더하고 곱해서 변형하면 대각행렬(Diagonal Matrix, 대각선 부분 숫자만 있고 나머지는 모두 ‘0’인 행렬)가 될 수 있다.

선형대수 과목에서는 이러한 이론들을 처음부터 끝까지 200 여 페이지 책에서 순서대로 빈틈없이 증명한다. 처음부터 끝까지 한 개의 논리적 오점 없이 전체를 증명하고 전개해 간다. 이러한 논리의 완결성이 눈부시기까지 하다. 완벽하게 논리적이다.

행렬의 구성과 곱셈 공식. [출처: 정보통신 기술용어해설]
대각행렬의 구성과 조건. [출처: 정보통신 기술용어해설]

 

강아지와 고양이를 구분하게 해주는 'CNN 알고리즘'


요즈음 행렬 계산이 공학적으로 더욱 중요해 지고 있다. 모든 빅데이터가 디지털로 기록되기 때문이다.

그 중에서도 데이터의 깊이가 크고 정보량이 많은 데이터가 영상 이미지이다. 카메라에서 얻은 이미지는 카메라 센서가 2차원 평면 배열로 되어 있다. 이 배열 자체가 (x,y) 2차원이다. 여기에 색깔 정보, 밝기 정보, 빛의 세기 정보가 더해지면 N 차원 정보가 되고 이를 수학적으로 표시하면 N 차원 행렬이 된다. 그래서 유튜브의 사용이 더욱 확대되면 행렬 계산양도 늘어난다.

인공지능 딥러닝 알고리즘 중에서 영상 이미지 판독에 가장 유효하게 쓰이는 방법이 CNN(Convolution Neural Network) 이라는 알고리즘이다. CNN 에는 여러 개의 신경망 층으로 이루어져 있다. 쉽게 이야기해서 CNN 입력으로 사진이 들어가면 CNN이 강아지인지, 고양이 인지, 곰인지, 사슴인지 찾아 낸다.

그런데 이 CNN 에서 여러 개의 신경망 층(Layer)을 지나면서 각 층의 출력이 단순화되고 추상화 되어 나간다. 이러한 과정을 거치면서 입력이 수천 다차원 행렬이라 하더라도 최종 출력은 ‘동물의 이름’이 되기 때문이다. 이렇게 크기가 큰 행렬을 줄여나가는 과정을 수학적으로 함수 합성곱(Convolution) 이라고 한다. 이 과정은 수식적으로 볼 때 크기가 큰 행렬에 작은 크기의 행렬을 계속 곱해서 얻는다.

이 곱하는 작은 행렬을 필터 행렬이라고 한다. 이렇게 되면 각 신경망 층이 추상화(Abstraction) 과정을 하게 된다. 첫 층의 입력이 사진이라면 2층은 윤곽을 표현하고, 3층은 코, 입, 귀를 판단하고, 뒷 부분 층은 남녀 인종 등을 파악하고 최종적으로 누구인지 파악하는 과정을 거친다. 이처럼 CNN 에서도 학습과정에서 계속해서 행렬 연산이 이루어져 있다.

사진과 영상 분석에 유용한 인공지능 알고리즘인 CNN의 구성도. [출처: Intel]

행렬과 텐서

그러니 인공지능을 위한 프로그램을 만들기 위해 소프트웨어 코딩을 한다는 것은 수많은 행렬연산을 계획된 순서대로 짜는 것과 같다. 특히 인공지능의 학습과정과 ‘판단(Decision)’ 혹은 ‘추론(Inference)’을 내릴 때 수 많은 행렬 연산을 한다. 그래서 인공지능을 연구하고 개발한다는 의미는 행렬 연산에 묻혀 사는 것과 같다.

이처럼 다차원 행렬을 수학에서 텐서(Tensor)라고 부른다. 그러므로 스칼라(Scalar)는 ‘0 텐서’, 벡터(Vector)는 ‘1 텐서’, 행렬은 ‘2 텐서’라고 부르기도 한다. 구글에서 제공하는 인공지능 계산 플랫폼을 텐서 플로우(Tensor Flow) 라고 부르는 것이 이런 배경이 된다. 인공지능에서 다 차원 행렬인 텐서 계산이 딥러닝 층을 지나가면서 쭉 흘러간다. 이 수학적인 과정이 학습과 판단 과정이다.

재미있는 드라마에는 ‘암시’를 주고 되살아나는 과정이 있으며, 이 과정이 드라마의 재미를 더해 준다. 암시는 장면, 만남, 표정, 대사에서 다양하게 나타난다. 특히 드라마 초반에 나타나 미래 전개 과정을 암시한다. 필자가 대학 2학년 때 선형대수 과목에 푹 빠졌던 것은 40년 후 다가올 4차 산업혁명 시대와 인공지능 시대를 암시했는지도 모른다.

구글의 오픈소스 인공지능 플랫폼 텐서 플로우, [출처: Data Flair]

 

 

joungho@kaist.ac.kr


[김정호 카이스트 전기 및 전자공학과 교수]

[관련키워드]

[뉴스핌 베스트 기사]

사진
'케데헌', 美 골든글로브 2관왕 [서울=뉴스핌] 이지은 기자 = 넷플릭스 애니메이션 영화 '케이팝 데몬 헌터스(케데헌)'가 미국 골든글로브 어워즈에서 2관왕을 차지했다. 11일(현지시간) 미국 로스앤젤레스 베벌리힐튼호텔에서 열린 제83회 골든글로브 어워즈에서 '케데헌'이 장편 애니메이션상을 비롯해 극중 가상 K팝 걸그룹 헌트릭스가 부른 '골든(Golden)'이 주제가상을 수상했다. [서울=뉴스핌] 이지은 기자 = 제83회 골든글로브 시상식에서 '케이팝 데몬 헌터스'(케데헌)로 애니메이션 작품상(장편 애니메이션)을 받은 크리스 애펠한스(왼쪽) 공동 연출자, 메기 강 감독(가운데) 등. [사진=로이터 뉴스핌] 2026.01.12 alice09@newspim.com 이날 '케데헌'은 애니메이션 '엘리오'와 '아르코', '주토피타2' 등을 제치고 장편 애니메이션상의 영예를 안았다. 메기 강 감독은 수상 후 "트로피가 정말 무겁다"며 "한국 문화에 뿌리를 둔 영화가 전 세계 관객과 공감할 수 있다고 믿어주셔서 감사하다"며 소감을 밝혔다. 전 세계적인 인기를 끈 '케데헌' 오리지널사운드트랙(OST) '골든'은 주제가상을 차지했다. 이는 '아바타: 불과 재' '위키드: 포 굿' '씨너스: 죄인들' '트레인 드림스'를 제치고 거둔 성과다. '골든'을 작곡한 가수 겸 작곡가 이재는 수상 결과에 눈물을 보이며 "어릴 때 아이돌이라는 꿈을 이루기 위해 10년 동안 노력했지만 뜻을 이루지 못해 좌절했다"며 "그 고통을 견디기 위해 음악에 매달렸고 결국 이 자리에 설 수 있었다"고 말했다. [서울=뉴스핌] 이지은 기자 = 가상 K팝 걸그룹 헌트릭스의 오리지널사운드트랙(OST) '골든'이 미국 골든글로브 어워즈에서 주제가상을 수상했다. '골든'의 작곡가 겸 가창자 이재(가운데). [사진=로이터 뉴스핌] 2026.01.12 alice09@newspim.com 이어 "사람들이 어려움을 극복하는 데 힘이 되는 노래의 일부가 됐다는 것이 감사하다. 나는 꿈을 이뤘다"며 한국어로 "엄마 사랑해요"라고 덧붙였다. 앞서 '케데헌'은 제83회 골든 글로브 시상식에서 장편 애니메이션상, 주제가상(헌트릭스 '골든'), 박스오피스 흥행 성과상까지 3개 부문 후보에 이름을 올렸다. 다만 후보에 올랐던 박스오피스 흥행상 수상은 불발됐다. 해당 부문은 '씨너스: 죄인들'이 차지했다. '케데헌'은 이번 2관왕으로 오는 3월 열리는 아카데미(오스카상) 수상 가능성에 힘이 실리게 됐다. 케데헌은 앞서 지난 4일 열린 '크리틱스 초이스 어워즈'에서도 장편 애니메이션상과 주제가상을 받으며 2관왕을 차지한 바 있다. 한국계 캐나다인 메기 강 감독이 연출한 '케이팝 데몬 헌터스'는 케이팝 슈퍼스타인 헌트릭스의 루미, 미라, 조이가 화려한 무대 뒤 세상을 지키는 숨은 영웅으로 활약하는 이야기를 담은 액션 판타지 애니메이션이다. 지난해 6월 20일 공개 이후 넷플릭스 사상 최초 3억 누적 시청수를 돌파하며 영화·시리즈 통틀어 역대 1위를 차지했다. alice09@newspim.com 2026-01-12 14:16
사진
안세영, 왕즈이 잡고 말레이오픈 3연패 [서울=뉴스핌] 박상욱 기자 = 날카로운 공격력까지 장착해 한 차원 업그레이드 된 안세영(삼성생명)이 2026년 첫 국제 대회에서 우승했다. 안세영은 11일 말레이시아에서 열린 세계배드민턴연맹(BWF) 월드투어 슈퍼 1000 말레이시아 오픈 여자 단식 결승에서 세계랭킹 2위 왕즈이(중국)를 56분 만에 게임 스코어 2-0(21-15, 24-22)으로 물리치고 대회 3연패를 달성했다. 우승 상금은 10만1500달러(1억3000만원)다. [서울=뉴스핌] 박상욱 기자 = 안세영. [사진=BWF] 2026.01.11 psoq1337@newspim.com 지난 해 8차례 만나 모두 왕즈이를 제압했던 안세영은 이날 승리호 상대 전적 17승 4패가 됐다. 왕즈이는 지난해 12월 21일 왕중왕전 결승에서 패한 뒤 "안세영은 항상 모든 나라 선수들에게 롤모델"라며 믹스트존에서 한동안 말을 잇지 못했고 눈물을 쏟았다. BWF 관계자조차 "왕즈이의 이런 모습은 처음 본다"고 할 만큼 이례적인 반응이었다. 이번 대회는 안세영에게 긍정적인 변수가 많았다. 8강에서 맞붙을 예정이던 세계 3위 한웨이(중국)가 감기 몸살로 기권했고 준결승에서 최대 난적인 세계 4위 천위페이(중국)의 기권으로 결승에 올랐다. 결승 상대 왕즈이는 이날 경기 전 "안세영은 허점이 거의 없는, 매우 철저하고 완성도 높은 선수"라며 승리에 대한 각오를 다졌다. 안세영은 1게임 초반 몸이 덜 풀린 듯 범실을 쏟아내며 1-5까지 밀렸다. 뒤늦게 리듬을 찾은 안세영은 하프 스매싱을 앞세워 득점을 쌓아 10-11로 인터벌에 들어갔다. 휴식 후 특유의 송곳샷이 살아나며 역전했고 셔틀콕을 상대 엔드 라인과 사이드 라인 위에 떨어뜨리며 21-15로 게임을 잡았다. [서울=뉴스핌] 박상욱 기자 = 안세영이 11일 월드투어 슈퍼 1000 말레이시아 오픈 여자 단식 결승에서 승리한 뒤 포효하고 있다. [사진=BWF SNS 동영상 캡처] 2026.01.11 psoq1337@newspim.com [서울=뉴스핌] 박상욱 기자 = 안세영이 11일 월드투어 슈퍼 1000 말레이시아 오픈 여자 단식 시상식에서 포즈를 취하고 있다. [사진=BWF SNS 동영상 캡처] 2026.01.11 psoq1337@newspim.com 2게임에선 짜릿한 뒤집기쇼를 펼쳤다. 9-17까지 밀려 패색이 짙었으나 수비와 길게 가져가는 랠리로 추격에 나섰다. 왕즈이가 20-19로 먼저 게임 포인트에 들어갔지만 안세영이 듀스를 만들고 23-22로 앞선 뒤 대각 스매시로 챔피언십 포인트를 뽑았다. 2026년을 여는 첫 국제대회에서 우승한 안세영은 환호하는 말에이시아팬들을 향해 두 팔을 번쩍 들어올리며 포효했다.   psoq1337@newspim.com 2026-01-11 14:46
기사 번역
결과물 출력을 준비하고 있어요.
종목 추적기

S&P 500 기업 중 기사 내용이 영향을 줄 종목 추적

결과물 출력을 준비하고 있어요.

긍정 영향 종목

  • Lockheed Martin Corp. Industrials
    우크라이나 안보 지원 강화 기대감으로 방산 수요 증가 직접적. 미·러 긴장 완화 불확실성 속에서도 방위산업 매출 안정성 강화 예상됨.

부정 영향 종목

  • Caterpillar Inc. Industrials
    우크라이나 전쟁 장기화 시 건설 및 중장비 수요 불확실성 직접적. 글로벌 인프라 투자 지연으로 매출 성장 둔화 가능성 있음.
이 내용에 포함된 데이터와 의견은 뉴스핌 AI가 분석한 결과입니다. 정보 제공 목적으로만 작성되었으며, 특정 종목 매매를 권유하지 않습니다. 투자 판단 및 결과에 대한 책임은 투자자 본인에게 있습니다. 주식 투자는 원금 손실 가능성이 있으므로, 투자 전 충분한 조사와 전문가 상담을 권장합니다.
안다쇼핑
Top으로 이동