평소 사용하는 검색과 영화, 동영상, 쇼핑 서비스에 AI가 숨어 있고, 알고리듬으로 작동한다니 놀랍지? 그 알고리듬의 핵심은 수학이야. 그 중에서도 가장 기초가 되는 것은 ‘벡터’라는 수학 개념이지. 무슨 얘기냐고? 지금부터 알려줄게!
데이터를 AI에 학습시키려면 벡터로 나타내야 해요!
여행 추천 AI와 앱을 개발하는 ‘누아’는 ‘워짜이날’이라는 중국어 여행앱을 출시해 성공한 기업입니다. 2021년 2월에는 세계 지하철 노선 지도를 바탕으로 최적의 여행 경로를 골라 안내하고, 맛집을 추천하는 앱 ‘트리파이’를 출시할 예정이죠.
박상준 개발자는 누아에서 개발하는 앱 전반에 관여하며 필요한 데이터를 모으고, 이를 분석해 의미 있는 결과물을 만드는 여행 추천 AI를 개발합니다. 예를 들어 유럽 여행을 계획하고 있다면, 인터넷에서 ‘유럽 여행’이라는 단어를 입력해 글을 모두 읽어보고 여행지를 골라 경로를 짜야 하지만, 추천 AI에 검색할 단어를 입력하면 결과를 금방 얻을 수 있죠.
그런데 사람이 쓰는 단어를 컴퓨터가 인식할 수 있을까요? 박 개발자는 “인공지능이 단어를 인식할 수 있도록 숫자들의 모임인 ‘벡터’로 바꿔주는 것이 필요하다”고 설명했습니다.
벡터는 글자나 이미지, 소리 등의 정보를 컴퓨터가 이해할 수 있도록 표현한 일종의 언어입니다. 예를들어 가로세로 100개의 픽셀로 이뤄진 이미지 안에서 특정한 위치의 픽셀 정보를 나타낸다면 가로 위치, 세로 위치, 색상값의 형태로, 수 3개를 나열해 나타낼 수 있지요. 이렇게 수를 나열해 정보를 나타낸 것을 벡터라고 하며, 이 방식으로 소리나 영상 등의 정보도 나타낼 수 있습니다.
단어 역시 벡터로 나타낼 수 있습니다. 컴퓨터가 사람처럼 각각의 단어를 보고 의미를 알 수는 없지만, 단어를 벡터로 바꿔 모아 놓은 ‘벡터 공간’에서는 의미를 파악할 수 있기 때문이죠. 이 과정을 거치면 아무리 많은 정보를 다루더라도 쉽고 빠르게 단어와 관련된 정보를 정리하고 검색할 수 있죠.
컴퓨터는 단어도 벡터로 받아들이기 때문에, 단어를 더하고 뺄 수도 있습니다. 예를 들어 명령어 입력창에 (한국-서울+도쿄)를 입력하면 단어들 사이의 연산을 통해 일본이라는 답을 내놓죠. 박 개발자는 “데이터를 수의 모임인 벡터로 나타내는 것은 각기 다른 형태의 데이터를 컴퓨터가 학습할 수 있도록 통일된 형태로 변환하는 것”이라며 AI에 있어서 벡터의 중요성을 강조했습니다.
AI를 다루려면 수학의 기초를 튼튼히 다지는 게 중요해요!
최재식 KAIST AI대학원 교수는 AI의 내부를 뜯어보는 ‘설명 가능한 AI 기술’을 연구합니다. 따라서 다양한 종류의 AI 모형에 대해 잘 알고 있죠. 최 교수는 AI를 다루려면 “수학의 기초를 다지는 것이 무척 중요하다”고 설명했습니다.
박상준 개발자의 말처럼 AI에 입력되는 모든 정보는 벡터로 나타냅니다. 벡터는 수를 나열한 것이면서 동시에 벡터 공간의 점을 나타내는 좌표이기도 합니다. 정보를 벡터로 나타낸다는 것은 우리가 눈으로 보는 사물이나 소리 같은 정보를 세분화해 공간 위의 점의 집합으로 나타낸다는 뜻입니다. 이렇게 정보를 수학적인 양으로 나타내면 컴퓨터로 연산할 수 있습니다.
최 교수는 벡터가 중요한 이유로 정보의 유사성을 쉽게 판단할 수 있기 때문이라고 강조했습니다. 예를 들어 벡터에서는 점 사이의 거리와 각도를 구할 수 있습니다. 점 사이의 거리는 두 정보 사이의 거리를 알 수 있는 정보이며, 각도는 각 정보가 같은 방향에 있는지 아닌지 알 수 있죠.
단어를 예로 들면 컴퓨터는 나와 너, 우리라는 단어만으로 정보가 유사한지 아닌지 알 수 없지만, 거리와 각도 계산을 통해 세 단어가 밀접하다는 것을 학습할 수 있죠.
최 교수는 추천 AI도 이런 벡터 개념을 바탕으로 작동한다고 설명했습니다. 다양한 사용자의 성별, 나이, 활동 기록을 벡터로 나타낸 뒤 딥러닝 등의 기계학습 모형으로 학습해서 특정 사용자가 클릭하거나 구매할 만한 광고 혹은 상품을 학습하고 제시하는 거죠.
최 교수가 연구하는 설명 가능한 AI 기술은 왜 추천 AI가그 상품이나 광고를 추천했는지까지 논리적으로 설명해주는 AI 기술입니다. 최 교수는 “자율주행이나 의료, 국방, 금융 기술처럼 사람의 생명이나 재산에 영향을 미치는 AI 시스템은 어떻게 작동하는지 세밀하게 알아야 한다”고 말했습니다.
