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
지귀연, 尹 내란 선고 후 북부지법行 [서울=뉴스핌] 이바름 기자 = 윤석열 전 대통령의 내란 혐의 재판을 심리 중인 지귀연 부장판사가 이달 말 서울북부지법으로 전보된다. 이른바 '3대 특검(내란·김건희·채상병)'이 기소한 사건을 맡고 있는 이진관·백대현·우인성 부장판사는 서울중앙지법에 남는다. 대법원은 6일 지방법원 부장판사 이하 법관 1003명에 대한 정기인사를 실시했다. 오는 23일자로 시행되는 이번 인사는 지방법원 부장판사 561명, 지방법원 판사 442명 등이 대상이다. [서울=뉴스핌] 사진공동취재단 = 지귀연 부장판사가 21일 서울 서초동 서울중앙지법에서 열린 윤석열 전 대통령의 내란 우두머리 혐의 형사재판 두 번째 공판에서 취재진들의 퇴장을 명령하고 있다. 2025.04.21 photo@newspim.com 지귀연 부장판사는 이번 인사에서 서울북부지법으로 자리를 옮긴다. 지 부장판사는 윤 전 대통령의 내련 혐의 심리를 맡아왔으며, 이 사건은 오는 19일 1심 선고기일만 남겨두고 있다. 한덕수 전 국무총리의 내란 우두머리 방조 등 혐의 재판에서 징역 23년을 선고한 이진관 부장판사는 서울중앙지법에 남는다. 윤 전 대통령의 체포방해 혐의 재판에서 징역 5년을 선고한 백대현 부장판사, 김건희 여사에게 징역 1년 8개월을 선고한 우인성 부장판사도 잔류한다. 3대 특검이 기소한 사건들을 심리한 재판장들 가운데 지 부장판사만 자리를 옮기게 됐다. 한편 이번 정기인사에서는 132명의 법관이 지법 부장판사로 신규 보임됐다. 여성법관 비율은 45.5%(60명)이다. 연수원 40기 판사들이 처음으로 지법 부장판사로 보임된 점이 특징이다. [서울=뉴스핌] 사진공동취재단 = 이진관 부장판사가 30일 서울 서초구 서울중앙지법에서 열린 한덕수 전 국무총리 내란 우두머리 방조 및 위증 등 혐의 사건 첫 재판을 심리하고 있다. 2025.09.30 photo@newspim.com 대법원은 이번 인사에서 비재판보직에 대한 개편을 진행했다. 대법원 재판연구관 근무시기를 유연화하고, 보다 많은 법관에게 상고심 근무 기회를 부여하기 위하여 지법 부장판사에 대한 재판연구관 보임을 확대했다. 재판중계, 재판지원 AI 도입 등 사법제도 관련 과제 추진을 위해 법원행정처 기획조정실에 기획조정심의관 1명을 증원했다. 서울남부지법 김기홍 판사가 겸임한다. 사법인공지능정책 수립을 위해 사법인공지능심의관 1명도 신설했다. 이강호 천지방법원·인천가정법원 부천지원 판사가 해당 직을 수행한다. 신임법관 연수 및 법학전문대학원 강의 지원의 효율성과 전문성 제고를 위해 사법연수원 교수 1명도 증원했다. 퇴직 법관은 45명으로, 70~80명 규모였던 과거에 비해 절반 가까이나 줄었다. 퇴직자가 줄어든 이유로 '스마트워크' 제도의 안착이라는 평가가 나온다. 스마트워크는 재판이 없는 날 근무지가 아닌 법원에서 일할 수 있도록 하는 원격근무 제도다. 대법원은 지난해부터 주 2회 원격근무할 수 있도록 제도를 시행하고 있다. right@newspim.com 2026-02-06 15:20
사진
'50억 클럽' 곽상도 1심 공소기각 [서울=뉴스핌] 홍석희 박민경 기자 = 법원이 대장동 민간 업자들로부터 퇴직금 명목으로 50억 원을 받아 은닉한 혐의로 기소된 곽상도 전 국민의힘 의원에 대한 공소를 기각했다. 아들 곽병채 씨는 무죄를 선고받았다. 서울중앙지법 형사합의23부(재판장 오세용)는 6일 오후 범죄수익은닉규제법 위반 등 혐의로 기소된 곽 전 국민의힘 의원과 특정범죄가중처벌 등에 관한 법률 위반(뇌물) 혐의로 기소된 아들 곽 씨에게 각각 공소 기각과 무죄를 선고했다. 법원이 대장동 민간 업자들로부터 퇴직금 명목으로 50억 원을 받아 은닉한 혐의로 기소된 곽상도 전 국민의힘 의원에 대한 공소를 기각했다. 사진은 곽상도 전 국민의힘 의원. [뉴스핌DB] 재판부는 "선행 사건과 사실상 동일한 내용에 대해 다시 판단을 받게 하는 것으로, 무죄를 뒤집기 위한 자의적인 공소권 행사"라며 "실질적으로 동일한 사안에 대해 1심 판단을 두 번 받는 실질적 불이익을 받은 만큼 공소권 남용에 해당한다"고 판시했다. 또 재판부는 "곽병채가 곽상도 전 의원의 직무와 관련해 금품을 수수하기로 명시적·묵시적으로 공모했다고 보기 어렵고, 기능적 행위 지배도 인정되지 않는다"며 "제출된 증거만으로는 합리적 의심의 여지 없이 범죄 사실이 증명되었다고 보기 어렵다"고 밝혔다. 재판부는 다만 화천대유자산관리(화천대유) 대주주 김만배 씨의 특가법상 알선수재 방조, 정치자금법 위반 등 혐의는 유죄로 인정해 벌금 500만 원을 선고했다. 재판부는 "화천대유 관련 자금이 곽 전 의원에게 후원금 명목으로 기부된 것으로 평가할 수 있다"며 유죄로 판단했다. 양형과 관련해 재판부는 "알선수재 방조는 공무 집행의 공정성과 사회적 신뢰를 저해하는 범죄이고, 정치자금법 위반 역시 정치 자금의 투명성을 훼손해 죄책이 가볍지 않다"고 설명했다. 곽 전 국민의힘 의원은 1심 선고 직후 서울중앙지법 서관에서 "1차 수사로 기소돼 무죄를 선고받았고, 2차 수사로 기소돼 오늘 공소 기각 판결을 받기까지 5년이라는 시간이 흘렀다"며 "그 사이 잃어버린 명예와 모든 것들에 대해 어떤 방식으로 보상받아야 할지 답답하다"고 입장을 밝혔다. 앞서 검찰은 아들 곽 씨에게 징역 9년을 구형했다. 또한, 수수한 뇌물 액수의 2배에 해당하는 벌금 50억 1000여 만 원과 추징금 25억 5000여 만 원을 명령했다. 곽 전 국민의힘 의원에게는 징역 3년을 구형했다. 이들과 함께 기소된 화천대유자산관리(화천대유) 대주주 김 씨에게는 범죄수익 은닉 혐의와 관련해 징역 2년, 알선수재 및 정치자금법 위반 혐의와 관련해 징역 2년을 구형했다. 한편, 곽 전 국민의힘 의원은 2021년 4월 대장동 사업 과정에서 김 씨로부터 하나은행 컨소시엄 이탈 방지 청탁 알선 대가 및 국회의원 직무 관련 뇌물로 약 25억 원 상당을 수수하면서 이를 화천대유 직원이던 곽 씨의 퇴직금과 성과급으로 가장, 은닉한 혐의를 받는다. 아들 곽 씨는 곽 전 국민의 힘 의원의 25억 원 상당의 뇌물 수수에 공모했다는 의혹과 관련해 특가법상 뇌물 혐의를 받는다. pmk1459@newspim.com   2026-02-06 15:52
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