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[김정호의 4차혁명 오딧세이] 아이에게서 배우는 AI 강화학습

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우리는 어떻게 배우는가

필자가 처음 영어 공부를 시작한 것은 중학교 들어가기 전, 초등학교 6학년 때로 기억한다. 아마 공책에 a, b, c, d 알파벳을 필기체와 출판 서체로 연습한 기억이 난다. 그리고 영어로 배운 첫 문장이 “I am a boy,아니면 “You are a girl” 이 아닌가 생각한다.

        김정호 교수

본격적으로 영어를 공부한 시기는 고등학교 때이다. 그때 사용했던 영어 교재가 ‘성문종합영어’, ‘영어의 왕도’ , 그리고 ‘1200제’였다. 특히 그 중에 가장 어려운 교재가 ‘1200제”이었는데 아마도 일본 참고서를 번역한 책으로 기억한다.

그런데 이렇게 영어 공부를 시작할 때 재일 재미없었던 부분이 문법을 외우는 과정이었다. 명사, 대명사, 동사, 가정법 등 외우는 내용도 많고, 예외도 많았다. 그 규칙을 파악하고 외우고 이를 토대로 문장을 이해하고, 해석하고 작문하였다.

인공지능에서도 전통적으로 이와 비슷한 학습 방법을 써 왔다. 전통적 인공지능에서는 먼저 뇌와 지능의 동작 원리를 이해하고, 그에 맞추어 모델을 세우고 이를 컴퓨터 프로그램으로 구현하는 방법이다. 이 방법은 인간의 뇌의 동작을 인간의 논리로 파악하려 하는 방법이다. 영어 배울 때 문법으로 언어를 배우려는 시도와 같은 방법이다.

성문종합영어 참고서 내의 영어 문법과 작문 부분, [출처: tistory]


하지만 최근 딥뉴럴네트워크(DNN)으로 표현하는 인공지능은 빅데이터를 제공하고 그 데이터를 통해서 인공지능이 스스로 학습하는 방법이다. 이러한 방법을 ‘머신러닝' 인공지능이라고 한다. 여기서는 데이터를 믿고 학습한다. 이러한 머신러닝 학습 방법 중에서 인공지능 스스로 데이터를 만들어 내고 최적의 답을 만들어 내는 방법이 등장했는데, 이를 ‘강화학습(RL: Reinforcement Learning)’이라고 한다. 이를테면 컴퓨터 스스로가 자율학습을 해서 지능을 쌓아가는 방법이다.

아기가 처음 말을 배울 때 하는 말을 ‘옹알이’라고 한다. 옹알이를 통해서 엄마와 소통하면서 말을 배워나간다. 그때 처음 배우는 말이 ‘엄마’, ‘맘마’, ‘아빠’ 와 같은 단어들이다. 맘마라고 부르면 엄마가 우유를 주고, 엄마라고 부르면 엄마가 따뜻한 눈길을 주고 사랑으로 안아준다. 이처럼 아기가 언어를 배우는 과정에서는 아기가 주변 환경과 교류하면서 보상을 얻는 과정에서 말을 배운다. 우리처럼 문법을 통해서 배우지 않는다.

또한 아기가 걸음마를 배우는 과정도 비슷하다. 걷고, 넘어지고 다치면서, 시행착오를 거치면서 아장 아장 걷기를 배운다. 이때 환경은 거실 마루이고, 보상은 걷는 기쁨과 엄마의 웃음이다. 이처럼 주변환경 속에서 행동하고 보상 받으면서, 그 결과 최선의 결정과 행동을 하면서 학습하는 방법을 ‘강화학습’ 인공지능이라고 한다. 그래서 강화학습은 인간이 본능적으로 배우는 학습 방법이다.

아기가 옹알이를 하며 말을 배우고 있다. [출처: tistory]


시행착오 통한 강화학습, 로봇과 게임에도 적용 가능

강화학습에서는 주변 환경(Environment)이 있고 그 상태(State)를 벡터로 표현한다. 다양한 시도(Action)와 보상(Reward)를 얻으면서 스토리(Episode)를 만들고, 그 결과로 환경을 파악해 간다. 이렇게 시행착오를 거쳐서 학습하게 된다. 그리고 최적의 정책(Policy)을 찾아간다.

생쥐의 미로 찾기 게임이 강화학습의 좋은 한 예가 된다. 이 때 미로의 구조가 환경이 되고, 최종적으로 치즈를 먹게 되면 보상을 얻게 된다. 그렇지만 최단 시간 내에 찾아야 하는 조건이 붙게 된다. 이처럼 각 상태에 따라 미래를 정할 수 있고, 과거는 묻지 않는 조건을 강화학습에서는 마르코프(Markov) 조건이라고 한다. 강화학습을 적용하려면 마크코프 조건을 만족해야 한다. 과거는 묻지 않고, 현재 상태로만 그의 미래를 점치는 조건이다. 과거까지 따지면 너무 복잡해서 보상을 예측하기 어렵기 때문이다.

강화학습은 로봇의 걷기 제어에도 적용될 수 있다. 로봇이 넘어지고 걷기를 반복하면서 인간에게 가까운 최적의 보행 제어를 이러한 강화 학습 방법으로 찾을 수 있다. 마찬가지로 이러한 학습은 드론의 조종, 헬리콥터 조종, 항공기의 조종 제어에 사용할 수 있다. 더 나아가 자율주행 자동차의 자동 운전에 강화학습이 사용되어 주어진 조건(State) 에서 최적의 자율 운전을 할 수 있다. 이때 최종적으로 주어지는 보상이 연료비의 절약이나 사고율 저하, 안전성 향상 등이 될 수 있다.

이때 시행착오의 과정은 시간과 비용이 든다. 자동차를 부수기에는 비용이 비싸다. 경우에 따라 시행과 보상을 컴퓨터 시뮬레이션으로 대신 하기도 한다.

강화학습은 게임에 적용되기도 한다. 블록깨기(Atari Breakout)게임을 강화학습으로 하는 경우 금방 최적의 조건을 찾는 것을 볼 수 있었다. 돌이 블록 뒤로 들어가면 여러 번의 반사과정을 반복하면서 저절로 대부분의 블록이 격파되고 점수가 올라간다.

그래서 강화학습을 수행한 컴퓨터와의 인간과의 게임이 이제 더 이상 상대가 되지 않는다. 인공지능은 이런 경우뿐만 아니라 주식투자, 재고관리, 웹사이트의 광고 배치, 상품추천 등 다양한 분야에서 중요한 결정을 인간을 대신해서 할 수 있다. 인간처럼 이 때 보상은 경영상 이익이 된다. 컴퓨터는 졸거나, 피곤해 하거나, 술을 마시지도 불평하지도 않는다. 강화 학습으로 훈련한 보상 체계만 따를 뿐이다.

생쥐 미로게임에서 다양한 시도를 통해 치즈를 얻는 길을 찾는 인공지능 강화학습의 내부 구조, [출처: KAIST]
강화학습 인공지능으로 무장한 컴퓨터의 블록깨기(Atari Breakout) 게임, [출처:Ecosia]


강화학습은 인공지능의 '무기' 

이와 같이 강화학습은 데이터와 정답 없이 스스로 학습이 가능한 인공지능 알고리즘이다. 공부로 치면 자율학습 공부 방법이다. 인공지능이 데이터를 이용해서 학습하기 위해서는 데이터를 모으는 작업에서 많은 비용을 지불 해야 한다. 데이터 수거 장치, 전송 장치, 저장 장치에 투자해야 한다. 5G 무선 통신도 투자 비용이 크다. 그러면서도 데이터를 모으려면 개인의 허락을 받아야 하고, 개인 정보 보호 문제도 극복해야 한다. 그렇지만 강화학습은 데이터 없이 학습한다. 인공지능이 점점 강력해지는 또 다른 이유이기도 하다. 

 

joungho@kaist.ac.kr

[김정호 카이스트 전기 및 전자공학과 교수]

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CIA는 모든 걸 알고 있었다 [런던=뉴스핌] 장일현 특파원 = 미국과 이스라엘은 누구도 예상하지 못한 대낮 공습을 감행해 이란의 최고지도자 아야톨라 알리 하메네이를 제거했다.  통상 이 같은 대규모 군사작전은 한밤중 또는 새벽에 시작되는데 이날 공습은 오전 9시40분쯤 실행됐다.  미국 언론들은 이 같은 공습 시기 결정과 관련해 미국과 이스라엘이 하메네이를 비롯한 이란의 군 최고 수뇌부가 이날 오전에 테헤란에 모여 회의를 열 것이라는 정보를 완벽하게 파악했기 때문이라고 했다.  수십년 동안 "미국에게 죽음을"이라는 구호를 외쳐온 이란의 최고 지휘부를 일거에 제거할 수 있는 절호의 기회를 포착한 것이다.  [사진=로이터 뉴스핌] 아야톨라 알리 하메네이(왼쪽) 전 이란 최고지도자가 지난해 6월 4일(현지 시간) 테헤란 남부 호메이니 기념관에서 열린 행사에서 이슬람 혁명의 아버지 아야톨라 루홀라 호메이니 전 이란 최고지도자의 손자인 하산 호메이니와 함께 대중을 향해 인사하고 있다. [사진=로이터 뉴스핌] 미 일간 뉴욕타임스(NYT)는 1일(현지 시간) "미 중앙정보국(CIA)이 이란 지도자들의 모임 장소를 정확히 파악하는데 도움을 줬고, 이후 이스라엘이 공격을 실행했다"고 보도했다.  보도에 따르면 CIA는 지난 몇 개월 동안 하메네이의 움직임을 지속적으로 추적해 왔다. 그 결과 그의 행적과 동선에 대해 점점 더 확신을 갖게 됐다고 한다.  그러던 중 CIA는 하메네이가 지난 28일 아침 테헤란 중심부에 있는 이란 정부 청사 단지에서 주요 군 지휘관들과 회의를 한다는 정보를 입수했다.  미국과 이스라엘은 긴급하게 움직였다. 이 기회를 놓치지 않기 위해 공격 시기를 조율했다.  CIA는 '신뢰도가 높은' 하메네이의 동선과 위치에 대한 정보를 이스라엘에 넘겼다고 이 사안에 정통한 소식통들이 NYT에 밝혔다.  이스라엘의 전투기들은 28일 오전 6시쯤 공군기지에서 이륙했다. 이어 오전 9시40분쯤 이 전투기들이 발사한 장거리 공대지 미사일이 테헤란 시내 주요 목표물을 타격했다.  이스라엘 국방부 관계자는 "오늘 아침 공습은 테헤란의 여러 곳에서 동시에 이뤄졌으며, 그 중 한 곳에 이란의 정치·안보 고위 인사들이 모여 있었다"고 했다.  NYT는 "하메네이의 제거는 작년 6월 '12일 전쟁' 이후 미국과 이스라엘이 이란 지도부에 대해 축적해 온 심층적인 정보력을 반영한 것"이라고 진단했다.  이날 공습으로 하메네이 이외에도 아지즈 나시르자데 국방장관과 압둘라힘 무사비 이란군 참모총장, 모하마드 파크푸르 이란혁명수비대 사령관, 알리 삼카니 최고지도자 군사고문 및 국방위원회 위원장 등도 폭사했다. 이란의 군 수뇌부가 한꺼번에 사라진 것이다.  미국은 이번 군사작전을 '장대한 분노(Operation Epic Fury)'라고 했고, 이스라엘은 '포효하는 사자(Operation Roaring Lion)'라고 부르고 있다.  ihjang67@newspim.com   2026-03-01 19:48
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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.
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