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
국립정동극장 대표이사에 서승만 [서울=뉴스핌] 김용석 선임기자 = 최휘영 문화체육관광부 장관은 10일 서승만 씨를 재단법인 국립정동극장 대표이사에 임명하고 임명장을 수여했다. [서울=뉴스핌] 김용석 선임기자 = 재단법인 국립정동극장 대표이사에 임명된 서승만 씨. [사진= 문체부] 2026.04.10 fineview@newspim.com 서승만 신임 대표이사는 방송·공연 연출·극장 운영 분야를 두루 거친 공연예술·콘텐츠 기획 전문가다. 국민대학교에서 연극영화·영상미디어 학·석사 학위를 취득하고 행정학 박사 학위까지 받았다. 극단 상상나눔 대표, 소극장 상상나눔씨어터 대표를 지냈으며, 사단법인 국민안전문화협회 회장, 한국공공관리학회 홍보위원장, 행정안전부 홍보대사 등 공공 영역에서도 폭넓게 활동했다. 마당놀이 '온달아 평강아'·'뺑파전', 뮤지컬 '노노이야기'·'터널' 등을 직접 연출한 무대 현장 경험도 갖췄다. 최휘영 장관은 "신임 대표이사가 그간 축적한 현장 경험과 홍보 역량을 바탕으로 국립정동극장의 관광 자원으로서 역할을 강화하고, 우수한 공연을 국내 관객을 넘어 세계에 알리는 데 핵심적인 역할을 해주길 기대한다"고 말했다. 서 대표이사의 임기는 3년이다. 국립정동극장은 한국 최초 근대식 극장인 원각사 복원을 설립 이념으로 1997년 문을 연 재단법인이다. 전통공연 예술작품의 제작·공연과 국내외 교류를 주요 사업으로 삼아왔으며, 최근에는 전통연희·연극·뮤지컬 등 정동길의 근현대 문화유산을 토대로 서울 도심을 대표하는 공연을 선보이고 있다. fineview@newspim.com 2026-04-10 14:55
사진
이란, 호르무즈 기뢰 해역 지도 공개 [서울=뉴스핌] 최원진 기자= 이란 이슬람혁명수비대(IRGC)가 호르무즈 해협에 기뢰를 부설한 해역의 지도를 공개했다고 해사 전문 매체 로이즈 리스트와 알자지라 등이 9일(현지시간) 보도했다. 공개된 지도에 따르면 혁명수비대 해군은 해협 남쪽 절반에 해당하는 사각형 구역을 위험 해역으로 지정했다. 선박은 이란 당국의 사전 허가를 받아 북쪽 항로로만 통과할 수 있다. 이란 혁명수비대가 9일(현지시간) 공개한 호르무즈 해협 기뢰 부설 해역 지도. [사진=이란 누르뉴스] 구체적으로 혁명수비대 해군은 "해상 안전 원칙 준수 및 해군 기뢰와의 충돌 방지를 위해, 혁명수비대 해군과의 사전 협조 하에 추후 공지 시까지 첨부 지도에 따른 아래의 대체 항로를 이용할 것을 요구한다"면서 입항 항로는 오만만에서 북쪽 라라크섬 방향으로 진행 후 페르시아만으로 계속 진입하고, 출항 항로의 경우 페르시아만에서 라라크섬 남쪽을 경유한 후 오만만으로 향해야 한다고 안내했다.   미국과 이란의 휴전 합의에도 해협 통행은 사실상 막힌 상태다. 블룸버그통신에 따르면 8일부터 9일 오전까지 해협을 통과한 선박은 이란 연계 선박 7척에 불과했다. 평소 하루 양방향 통행량인 135척과 비교하면 사실상 봉쇄 수준이다. 이란 항만해양청도 기뢰 위협을 이유로 선박용 안전 항로 2개를 별도로 공식 지정했다. 이란 외무부 부장관은 영국 ITV와의 인터뷰에서 "어떤 선박이든 항행할 수 있다"면서도 이란 군과의 사전 교신이 필요하다고 밝혔다. 이란의 허가 요구가 확인되자 통과를 시도하려던 유조선 한 척이 계획을 취소한 것으로 알려졌다. 아랍에미리트(UAE) 최대 석유기업 아부다비국영석유공사(ADNOC)의 술탄 알 자베르 최고경영자(CEO)는 "호르무즈 해협은 열려 있지 않다"며 "접근이 제한되고, 조건부로 통제되고 있다"고 잘라 말했다. 국제해사기구(IMO)의 아르세니오 도밍게스 사무총장은 이란이 통행료 징수 체계를 영구화하려는 움직임에 대해 "국제 관행에 맞지 않는 별도의 메커니즘으로, 받아들일 수 없다"고 비판했다. EOS 리스크그룹의 마틴 켈리 자문실장은 기뢰 부설이 확인될 경우 해협 정상화까지 "최소 수개월이 걸릴 것"이라고 경고했다. 세계 석유·액화천연가스(LNG) 공급량의 약 5분의 1이 통과하는 이 해협의 봉쇄가 장기화될 경우 글로벌 에너지 시장에 미치는 충격은 상당할 것으로 전망된다. wonjc6@newspim.com   2026-04-10 08:42
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