전체기사 최신뉴스 GAM
KYD 디데이
산업 생활경제

속보

더보기

[김정호의 4차혁명 오딧세이] 인공지능과 엔트로피

기사입력 :

최종수정 :

※ 본문 글자 크기 조정

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

※ 번역할 언어 선택

김정호 교수.

엔트로피의 정의와 인공지능의 요구

'엔트로피'라는 단어는 1865년 독일의 물리학자 루돌프 클라우지우스가 처음으로 사용했다. 엔트로피라는 단어는 에너지라는 뜻의 그리스 어원에서 출발했다. 엔트로피는 일반적으로 무질서도라고 알려져 있기도 하며, 미시적 상태의 무질서한 정도를 표현한다.

그런데 열역학 제2법칙에서는 항상 전체 계(System)의 엔트로피가 증가하는 방향으로 사건이 일어난다고 한다. 이 법칙에 따르면 시스템은 엔트로피가 증가하는 쪽으로, 즉 무질서해지는 쪽으로 변하려 한다고 한다. 그래서 전 우주에서 부분으로 뭉쳐있는 에너지가 전체에 걸쳐 평평하게 흩어져가는 과정이 엔트로피의 증가과정이라고 본다. 즉, 엔트로피의 증가는 평형 상태로의 이동이며 에너지적으로 볼 때는 안정화되는 방향이다.

그런데 반대로 인공지능에서는 엔트로피가 감소하는 방향으로 학습을 최적화하기도 한다. 물리 법칙과 인공지능이 반대인 경우이다.

한편, 전자공학의 한 학문 분야인 ‘정보 공학’ 분야에서도 엔트로피 개념이 사용된다. 특히 인공지능과 관련해 정보 이론을 이용해서 인공지능 네트워크를 최적화하고, 그 이론을 뒷받침하려는 연구가 있다. 이러한 새로운 시도는 정보 이론 수학과 인공지능의 만남이다. 엔트로피로 대표되는 정보공학 이론이 인공지능 발전에 어떠한 기여를 할지 미래가 궁금하다.

정보 이론에서 정보의 양을 지수 I로 표현한다. 어떤 일이 일어날 확률을 P(x)라고 할 때, 그것이 갖는 정보량은 I=-Log2(P(x))로 표현된다. 정보를 확률의 로그 함수로 표현한다. 예를 들어 확률이 50%인 P(x)=1/2=0.5라고 하면 정보량 I=-Log2(1/2)=1이 되어 I=1이 된다. 그 뜻은 그 정보를 1비트의 2진수로 표현할 수 있다는 뜻이 된다.

통신이론 내용인 정보이론에서 정의된 엔트로피 수식. [출처=KAIST]

이러한 정의와 수식에 따라 확률이 낮을수록 정보량이 커진다. 거꾸로 확률이 높으면 정보량이 적어진다. 이 같은 확률에는 학교 성적 분포를 예로 들 수 있다. 학교 성적이 넓게 골고루 퍼져 있으면 정보량(I)이 많다. 점수가 골고루 분포돼야 학생의 능력을 구별하기 쉽고, 성적 주기도 편하다.

반면에 높은 성적과 낮은 그룹이 확 구별되면 성적이 특정 점수대에 몰려 있게 된다. 이때 정보량이 낮다. 학점은 2개 종류밖에 없게 된다.

여기에 더 나아가 정보 이론에서는 엔트로피(Entropy)가 정의된다. 엔트로피는 정보량과 확률 곱의 결과물이다. 정보량과 마찬가지로 넓게 골고루 분포하면 엔트로피가 높고, 특정 지점에 확률이 몰려있으면 엔트로피가 낮다.

예를 들어 주사위의 경우, 모두 6개의 면이 나올 확률이 1/6이다. 그래서 확률이 넓게 퍼져있다. 이 경우 엔트로피가 높다. 반면 윷놀이는 도(4/16), 개(6/16), 걸(4/16), 윷(1/16), 모(1/16)가 나올 확률이 각각 다르다. 분포가 균등하지 않다. 결국 윷놀이의 엔트로피가 낮다. 각각 확률의 차이가 크기 때문이다.

이러한 개념의 엔트로피가 인공지능에도 그대로 사용된다. 인공지능에서는 결과가 잘 구별되도록 엔트로피를 낮게 최적화한다. 인공지능에서는 주사위보다는 윷놀이를 원한다.

인공지능에서 출력 결과 값이 분명할수록 좋다. 그래야 인공지능이 미래를 명확하게 판단할 수 있고 미래를 예측한다. 알파고가 게임을 할 때도 인공지능이 이길 승률이 가장 높은 수를 명확히 알려 주어야 한다. 그래서 인공지능의 출력의 확률 분포는 엔트로피가 낮을수록 좋다고 볼 수 있다. 인공지능은 엔트로피 작은 방향을 선호한다.

인공지능에서 사용되는 엔트로피 비용함수

인공지능인 딥 뉴럴 네트워크(Deep Neural Network, DNN)는 대표적으로 두 종류로 나누어진다. 이미 정답을 알고 있고, 그 정답을 이용해서 인공지능을 교육하는 지도학습 (Supervised Learning)과 정답 없이 인공지능 스스로 학습하는 비지도 학습(Unsupervised Learning)으로 나누어진다.

지도 학습의 경우, 입력 데이터를 넣고, 인공지능 예측 결과를 얻는다. 예를 들어 사진을 입력으로 넣고, 고양이인지 호랑이인지 판독한다. 이때 주어진 정답과 인공지능 출력이 같을 수도 있고, 다를 수도 있다. 이때 정답과 인공지능 출력, 두 개의 차이를 함수로 정의하는 데 이를 수학적으로 비용함수(Cost Function)라고 한다.

이 비용함수를 최소화하기 위해서 인공지능 네트워크 변수들을 정해간다. 이를 학습(Training)이라고 부른다. 비용 함수의 선택에 따라 학습의 속도, 정확성에 차이가 난다.

가장 이해하기 쉽고 많이 쓰이는 비용함수가 제곱 오차 함수(Mean Square Error, MSE)이다. 즉, 정답과 인공지능 결과의 차이를 제곱해서 모두 더하는 것이다. 그래서 두 차이가 클수록 비용함수 값이 커진다. 최종 학습 결과로 비용함수가 ‘0’이 되면 제일 좋다. 그때 이 비용 함수의 미분도 ‘0’이 된다. 이처럼 비용함수가 최소화할 때까지 학습을 계속해 간다.

인공지능 최적화에 사용되는 MSE 비용함수 수식. [출처=KAIST]

그런데 또 다른 매우 용한 비용함수가 정보 이론에서 제시하는 엔트로피 함수이다. 엔트로피 함수를 사용하면 학습이 좀 더 빠르다. 다른 말로 혼란을 최소화하고, 분명한 결과를 내려면 엔트로피 값이 최소화된다.

이처럼 엔트로피 개념과 함수가 인공지능에서 유용하게 사용된다.

인공지능 최적화에 사용되는 크로스 엔트로피(Cross-Entropy) 수식. [출처=KAIST]

우리가 사는 세상의 엔트로피

인간 사회도 정보이론의 엔트로피로 표현할 수 있다. 다이내믹 코리아(Dynamic Korea)로 표현되는 우리 사회는 엔트로피가 높다고 할 수 있다. 에너지가 넘치고, 그 결과, 시간이 지나면 사회가 평형을 이룬다.

이렇게 엔트로피가 증가하는 방향은 사회 전체가 평등하다고 볼 수 있다. 사회의 자본, 정보 그리고 기회가 이렇게 골고루 퍼지면 좋다. 또한 누구나 열심히 일하면 계층이동을 할 수 있다. 이런 사회가 엔트로피가 높다.

반면에 사회의 자본, 정보 그리고 기회를 소수가 독점된 사회는 엔트로피가 낮다. 빈부격차가 큰 사회는 엔트로피가 낮다. 좌우 갈등이 높으면 엔트로피가 낮다.

인공지능은 빠르고 냉철한 지능을 가지려고 엔트로피가 낮은 방향으로 학습한다. 그렇게 보면 인공지능은 효율적이지만 냉정한 지능이다. 따뜻한 가슴이 없다.

 

[김정호 카이스트 전기 및 전자공학과 교수] joungho@kaist.ac.kr

[뉴스핌 베스트 기사]

사진
한국, 체코 2-1로 꺾고 첫 승 [서울=뉴스핌] 한지용 기자 = 2026 국제축구연맹(FIFA) 북중미 월드컵에 나선 홍명보호가 산뜻하게 출발했다. 복병 체코를 꺾고 조별리그 첫 승을 거뒀다. 홍명보 감독이 이끄는 한국 축구 국가 대표팀은 12일 오전 11시(한국시간) 멕시코 과달라하라 에스타디오 아크론에서 열린 대회 조별리그 A조 체코전에서 2-1로 승리했다. 한국은 2010 남아공 월드컵 그리스전 2-0 승리 이후 16년 만에 월드컵 조별리그 1차전에서 승리했다. 이날 승리한 한국은 멕시코(승점 3)에 골득실 차에 밀린 A조 2위에 자리했다.  [과달라하라 로이터=뉴스핌] 황인범이 12일 오전 11시(한국시간) 멕시코 과달라하라 에스타디오 아크론에서 열린 대회 조별리그 A조 체코전에서 1골 1도움을 기록해 2-1 승리를 이끌었다. 2026.06.12 football1229@newspim.com 홍 감독은 그간 평가전에서 활용했던 3-4-2-1 포메이션을 가동했다. 최전방에는 주장 손흥민(LAFC)이 나섰고, 2선에는 이강인(파리 생제르맹)과 이재성(마인츠)이 배치됐다. 중원은 황인범(페예노르트)과 백승호(버밍엄 시티)가 맡았고, 좌우 윙백으로는 이태석(아우스트리아 빈)과 설영우(즈베즈다)가 출전했다. 스리백은 왼쪽부터 이기혁(강원)-김민재(바이에른 뮌헨)-이한범(미트윌란)으로 구성했으며, 골문은 김승규(도쿄)가 지켰다. 경기 초반 한국은 평균 신장 188cm를 내세운 체코의 압박에 공격 전개를 원활히 하지 못했다. 그러나 이강인이 공격 전개에 관여하며 한국이 흐름을 잡기 시작했다. 이강인은 손흥민의 슈팅의 기점 역할을 했고, 김민재의 패스를 받아 직접 강력한 왼발 중거리 슛을 날리며 분위기를 가져왔다. 전반 15분에는 위기를 맞기도 했다. 수비 왼쪽 지역에서 이기혁의 실수로 공을 빼앗기며 체코에 결정적인 기회를 내줬다. 파트리크 시크(레버쿠젠)에게 슈팅 기회가 연결됐지만, 김민재가 몸을 던져 막아내며 실점을 허용하지 않았다. 이후 체코는 장신 선수들을 활용해 공중볼 공격을 시도했고, 한국은 빠른 전환과 측면 공략으로 맞섰다. 하지만 양 팀 모두 결정적인 찬스를 만들지는 못했다. 전반 막판 손흥민이 슈팅 기회 세 차례를 연거푸 잡으며 상대를 흔들었지만, 골망을 흔들지는 못했다. 전반은 0-0으로 끝났다. 전반 슈팅 숫자는 8-2로 한국이 압도 했다. 후반에도 한국이 주도권을 잡은 채 전개됐다. 후반 4분 황인범이 페널티지역 오른쪽에서 잘 돌아서서 낮고 강한 슈팅을 때렸다. 골키퍼 맞고 나온 공에 이재성이 쇄도해서 득점을 노렸으나, 체코 수비에 막혔다. 후반 10분에도 결정적인 찬스를 맞았다. 이재성의 원터치 패스를 받은 손흥민이 페널티박스 왼쪽 지역에서 골키퍼와 1대 1 찬스를 맞았으나, 왼발 슈팅이 골키퍼 몸에 걸렸다.  기회를 살리지 못한 한국은 후반 13분, 끝내 상대 세트피스를 막지 못하고 먼저 실점했다. 오른쪽 지역에서 길게 날아온 스로인을 라디슬라프 크레이치(울버햄프턴)가 헤더로 연결했고, 그대로 한국 골망을 흔들었다. 0-1로 뒤진 상황에서 홍 감독은 이재성을 빼고 황희찬(울버햄프턴)을 투입해 득점을 노렸다. 한국은 다시 주도권을 쥔 채 공격을 전개했다. [과달라하라 로이터=뉴스핌] 황인범이 12일 오전 11시(한국시간) 멕시코 과달라하라 에스타디오 아크론에서 열린 대회 조별리그 A조 체코전에서 동점골을 넣고 있다. 2026.06.12 football1229@newspim.com 후반 22분 황인범이 동점골을 터트렸다. 이강인의 킬패스를 받은 후 페널티박스 왼쪽에서 왼발로 한 번 접은 후 오른발로 침착하게 마무리하며 1-1을 만들었다.  이후 홍 감독은 손흥민과 이태석을 불러들이고, 오현규(베식타시)와 엄지성(스완지시티)를 투입하며 승부수를 띄었다.  후반 32분 체코가 프리킥 상황에서 한국의 골망을 흔들었으나, 오프사이드가 선언됐다. [과달라하라 로이터=뉴스핌] 오현규가 12일 오전 11시(한국시간) 멕시코 과달라하라 에스타디오 아크론에서 열린 대회 조별리그 A조 체코전에서 역전골을 넣고 있다. 2026.06.12 football1229@newspim.com 후반 34분 홍 감독의 승부수가 통했다. 백승호가 오른쪽 넓은 지역으로 침투하는 황인범에게 공을 건넸다. 황인범은 페널티 박스 안으로 오현규에게 패스를 건넸다. 오현규가 지체 없이 원 터치 슈팅으로 연결했고, 골키퍼 맞고 들어가며 한국이 2-1 역전에 성공했다.  한국은 중원에서 활약한 황인범과 백승호를 불러들이고, 박진섭(저장)과 김진규(전북)를 투입해 경기를 지켰다. 이후 체코는 높이를 앞세워 동점을 만들기 위해 노력했으나, 한국 수비가 잘 막았다. 수문장 김승규가 결정적인 세이브 2차례를 기록하며 팀의 승리를 지켰다.  football1229@newspim.com 2026-06-12 13:04
사진
'北 무인기' 윤석열 징역 30년 선고 [서울=뉴스핌] 박민경 기자 = 12·3 비상계엄 선포 명분을 만들기 위해 평양에 무인기 투입 작전을 지시한 혐의로 기소된 윤석열 전 대통령이 1심에서 징역 30년을 선고받았다. 서울중앙지법 형사합의36부(재판장 이정엽)는 12일 윤 전 대통령의 일반이적 및 직권남용 권리행사방해 등 혐의 사건 선고 공판을 열어 이 같이 선고했다. 재판부는 함께 재판에 넘겨진 김용현 전 국방부 장관과 여인형 전 국군방첩사령관은 각각 징역 30년, 징역 15년을 선고했다. 무인기 작전 수행을 지휘한 혐의를 받는 김용대 전 드론작전사령관에게는 징역 3년에 집행유예 5년을 선고했다. 12·3 비상계엄 선포 명분을 만들기 위해 평양에 무인기 투입 작전을 지시한 혐의로 기소된 윤석열 전 대통령이 1심에서 징역 30년을 선고받았다. 사진은 '건군 76주년 국군의 날 기념식'에서 윤 전 대통령과 김용현 장관의 모습. [사진=뉴스핌 DB] ◆ 재판부 "계엄 명분 위해 北 도발 유도"…일반이적·직권남용 유죄 재판부는 윤 전 대통령 등이 북한을 군사적으로 도발해 비상계엄 선포 명분을 만들 목적으로 2024년 10월께 드론작전사령부에 평양 무인기 투입 작전을 지시한 혐의를 유죄로 인정했다. 윤 전 대통령과 김 전 장관, 여 전 사령관은 비상계엄 선포를 위한 명분과 법적 요건을 마련하기 위해 북한의 무력 도발을 유도하고 남북 간 군사적 긴장을 고조시켜 국가 비상상황을 조성하기로 공모한 것으로 인정됐다. 재판부는 이들이 이른바 '심리전' 형태의 무인기 투입 작전을 통해 북한을 자극하고 군사적 도발을 유도하려 했으며, 김 전 장관의 지시에 따라 실제 작전이 실행됐다고 봤다. 또 "이 사건 작전은 북한을 자극하고 도발 명분을 제공함으로써 군사적 충돌에 따른 국민과 군의 인명·재산 피해 위험을 발생시켰다"며 "대한민국이 보유한 군사력을 국가안전보장이나 국토방위와 무관한 사적 목적으로 사용한 것으로 불필요한 군사력 소모를 초래하고 국가의 군사상 이익을 해했다"고 지적했다. 윤 전 대통령과 김 전 장관이 작전 지시 과정에서 직권을 남용한 혐의 역시 유죄로 봤다. 재판부는 "군인에 대한 일반적 지휘권을 가진 피고인들이 위법한 작전을 수행하게 했다"라며 "직권을 남용해 순차적인 지시를 통해 군인들에게 의무 없는 일을 하게 한 것"이라고 말했다.  윤 전 대통령측 변호인단은 선고가 끝난뒤 "국가 방위를 위한 군사적 대응을 범죄로 규정하고 이를 이적 행위로 판단한 것은 국가의 기본 책무를 외면한 것"이라며 "특검의 기소와 이번 재판은 대한민국의 안보 역량과 자유민주적 기본질서에 상처를 남긴 사건으로 기록될 것"이라고 주장했다. 사진은 윤 전 대통령 변호인단.[서울=뉴스핌] 박민경 기자= 2026.06.12 pmk1459@newspim.com ◆ 재판부 "계엄 위해 北 도발 유도" vs 尹 측 "군사 대응을 범죄로 규정" 재판부는 양형 이유를 설명하며 윤 전 대통령 등이 일부러 국가 비상사태를 만들려고 했다고 판단했다. 재판부는 "이 사건 일반이적 범행의 본질은 비상계엄을 선포할 수 있는 상황을 조성하기 위해 군사작전이라는 외형을 만들어 북한의 도발을 유도한 데 있다"고 밝혔다. 특히 윤 전 대통령에 대해서는 "국가의 존립과 안전을 수호할 책무를 지닌 대통령이 국군통수권과 계엄선포권을 자신의 정치적 이익을 위해 사용할 수 있다고 믿고 이 사건 작전을 승인했다"고 질타했다. 김 전 장관에 대해서는 "국방부 장관 취임 직후부터 비상계엄 상황 조성을 위해 작전을 주도적으로 계획·지시했고, 작전 실행 사실을 은폐하기 위한 범행까지 저질렀다"고 판단했다. 이 사건은 국가안보와 관련된 기밀 사항을 다룬다는 이유로 그동안 공판이 모두 비공개로 진행됐다. 윤 전 대통령측 변호인단은 선고가 끝난 뒤 "국가 방위를 위한 군사적 대응을 범죄로 규정하고 이를 이적 행위로 판단한 것은 국가의 기본 책무를 외면한 것"이라며 "특검의 기소와 이번 재판은 대한민국의 안보 역량과 자유민주적 기본질서에 상처를 남긴 사건으로 기록될 것"이라고 주장했다. 이어 "그 책임과 평가는 결국 역사의 엄정한 심판 앞에서 가려질 것"이라고 덧붙였다. 조은석 내란 특별검사팀은 지난 결심 공판에서 윤 전 대통령에게 징역 30년, 김 전 장관에게 징역 25년, 여 전 사령관에게 징역 20년, 김 전 사령관에게 징역 5년을 각각 구형했다. 특검팀은 윤 전 대통령 등이 단순 군사작전이라는 목적을 넘어 비상계엄 여건 조성을 위한 목적과 의도를 가지고 무인기 침투를 지시했고, 평양에 무인기가 추락해 군사적으로도 해를 끼쳤다고 봤다.  pmk1459@newspim.com 2026-06-12 12:32
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