전산직 인공지능학 - 핵심 요약

⚠️ = 기출 함정 포인트. 여기 있는 건 전부 ⭐⭐⭐



01. AI 개요


정의와 역사

  • 튜링 테스트 (1950, 튜링) : 사람과 대화해서 기계인지 구분 못 하면 지능 있다고 봄
  • 다트머스 회의 (1956, 매카시) : “인공지능” 용어 탄생
  • 흐름 : 기호주의(규칙·논리, 전문가 시스템) → AI 겨울 2번 → 기계학습 → 딥러닝 (2012 AlexNet) → 생성형 AI (2022 ChatGPT)
구분 의미
약한 AI 특정 작업만 (지금의 모든 AI)
강한 AI / AGI 사람처럼 범용

AI ⊃ 기계학습 ⊃ 딥러닝

1
2
3
인공지능 (규칙 기반 포함)
 └ 기계학습 (데이터로 스스로 학습)
    └ 딥러닝 (다층 신경망)

⚠️ 전문가 시스템은 AI지만 기계학습이 아님 (사람이 규칙을 넣음)



02. 탐색


무정보 탐색 (Blind)

탐색 자료구조 특징
BFS (너비 우선) 큐 최단 경로 보장, 메모리 많이 씀
DFS (깊이 우선) 스택 메모리 적음, 최단 보장 X, 무한 루프 가능
균일 비용 탐색 우선순위 큐 경로 비용 최소 (다익스트라)
반복 깊이 심화 – DFS를 깊이 제한하며 반복. BFS 장점 + DFS 메모리

정보 탐색 (Heuristic)

탐색 평가 함수 특징
언덕 오르기 h(n) 현재보다 좋은 이웃으로만 이동 → 지역 최적해에 갇힘
최상 우선 (Best-First) h(n) 만 빠르지만 최적 보장 X
A* f(n) = g(n) + h(n) g = 지금까지 비용, h = 남은 추정. h가 과대평가 안 하면(허용적) 최적 보장

⚠️ A* = g + h. “h(n)만 쓴다”는 최상 우선 ⚠️ 휴리스틱이 실제 비용보다 작거나 같아야(허용적) 최적

게임 트리

  • Minimax : 나는 최대(MAX), 상대는 최소(MIN)로 가정해 최선 수 선택
  • 알파-베타 가지치기 : 결과에 영향 없는 가지를 잘라내 탐색량 감소 (결과는 Minimax와 동일)



03. 지식 표현과 추론


지식 표현 방법

방법 형태 예
규칙 (생성 규칙) IF 조건 THEN 결론 전문가 시스템
의미망 노드(개념) + 링크(관계) 그래프 새 —is-a→ 동물
프레임 객체의 슬롯-값 구조 (상속) 객체지향과 유사
논리 명제 논리 / 술어 논리 (변수·한정자 ∀ ∃) 형식적, 정확
온톨로지 개념과 관계의 명시적 명세 시맨틱 웹

추론 방식

전향 추론 (Forward) 후향 추론 (Backward)
사실 → 규칙 적용 → 결론 (데이터 주도) 목표(가설) → 그걸 뒷받침하는 사실 찾기 (목표 주도)
가능한 결론을 모두 도출 특정 결론 검증에 효율적
  • 연역(일반 → 특수, 확실) / 귀납(사례 → 일반, 불확실) / 유추

전문가 시스템

  • 구성 : 지식 베이스 (규칙) + 추론 엔진 + 사용자 인터페이스 + 설명 기능 + 지식 획득 모듈
  • 한계 : 지식 획득 병목 (전문가 지식을 규칙으로 옮기기 어려움), 유연성 부족

불확실성 처리

  • 베이즈 정리 : P(A B) = P(B A)·P(A) / P(B) → 사전 확률을 증거로 갱신 (사후 확률)
  • 확신도 (CF) : MYCIN. −1 ~ +1
  • 퍼지 논리 : 참/거짓이 아니라 0~1 사이 소속도 (“약간 덥다” 0.3). 퍼지화 → 추론 → 비퍼지화

⚠️ 퍼지 = 확률 아님. 확률은 “일어날 가능성”, 퍼지는 “얼마나 그 집합에 속하나”



04. 기계학습 기초


학습 유형

유형 데이터 하는 일 알고리즘
지도 학습 정답(레이블) 있음 분류 (범주), 회귀 (수치) 선형·로지스틱 회귀, kNN, 결정트리, SVM, 신경망
비지도 학습 정답 없음 군집, 차원 축소, 연관 규칙 k-means, 계층 군집, PCA, Apriori
강화 학습 정답 대신 보상 에이전트가 환경과 상호작용하며 보상 최대화 정책 학습 Q-learning, DQN
준지도 일부만 레이블 – –

⚠️ 분류 = 미리 정해진 범주로 (지도) / 군집 = 범주를 새로 찾음 (비지도) ⚠️ 회귀 출력은 연속값, 분류 출력은 범주

강화 학습 용어

  • 에이전트, 환경, 상태(S), 행동(A), 보상(R), 정책(π)
  • 탐험(새로운 시도) vs 활용(아는 최선) 트레이드오프
  • Q-learning : Q(s, a) 테이블 갱신. 마르코프 결정 과정(MDP) 기반

데이터 분할

  • 훈련 / 검증 / 테스트 = 학습 / 하이퍼파라미터 조정 / 최종 평가
  • k-fold 교차 검증 : 데이터를 k등분해 k번 돌려가며 검증 → 데이터 적을 때 유리
  • ⚠️ 테스트 데이터는 학습에 절대 쓰면 안 됨

과적합 / 과소적합

과적합 (Overfitting) 과소적합 (Underfitting)
훈련 데이터에 너무 맞춤 → 훈련 정확도 ↑, 테스트 ↓ 너무 단순 → 둘 다 낮음
분산(Variance) 큼 편향(Bias) 큼
대응 : 데이터 ↑, 정규화(L1/L2), 드롭아웃, 조기 종료, 모델 단순화, 교차 검증 대응 : 모델 복잡도 ↑, 특성 추가

⚠️ “훈련 정확도 99%, 테스트 60%” = 과적합

평가 지표 (혼동 행렬)

  예측 양성 예측 음성
실제 양성 TP FN
실제 음성 FP TN
지표 식 의미
정확도 (Accuracy) (TP+TN) / 전체 전체 중 맞춘 비율. 불균형 데이터에선 무의미
정밀도 (Precision) TP / (TP+FP) 양성이라 한 것 중 진짜 양성 (스팸 필터)
재현율 (Recall) TP / (TP+FN) 실제 양성 중 찾아낸 비율 (암 진단)
F1 2·P·R / (P+R) 정밀도·재현율 조화 평균
ROC / AUC – AUC 1에 가까울수록 좋음

⚠️ 정밀도 분모 = FP, 재현율 분모 = FN. 둘은 트레이드오프 ⚠️ 암 진단처럼 놓치면 안 되는 건 재현율, 스팸처럼 오탐이 싫은 건 정밀도

  • 회귀 지표 : MSE, RMSE, MAE, R²



05. 주요 알고리즘


알고리즘 유형 핵심
선형 회귀 회귀 y = wx + b, 최소제곱법(오차 제곱 합 최소)
로지스틱 회귀 분류 시그모이드로 0~1 확률 출력. 이름은 회귀지만 분류
kNN 분류·회귀 가장 가까운 k개 다수결. 학습 없음(게으른 학습). k 작으면 과적합
결정 트리 분류·회귀 정보 이득(엔트로피)·지니 지수로 분할. 해석 쉬움, 과적합 쉬움 → 가지치기
랜덤 포레스트 앙상블 결정 트리 여러 개 배깅 → 과적합 완화
SVM 분류 클래스 간 마진 최대화하는 초평면. 서포트 벡터가 결정. 커널 트릭으로 비선형
나이브 베이즈 분류 베이즈 정리 + 특성 독립 가정. 스팸 필터, 텍스트
k-means 군집 k개 중심 → 할당 → 중심 재계산 반복. k를 미리 정해야, 초기값에 민감
PCA 차원 축소 분산이 최대인 축(주성분)으로 투영. 비지도
Apriori 연관 규칙 지지도, 신뢰도, 향상도. 장바구니 분석

앙상블

배깅 (Bagging) 부스팅 (Boosting)
데이터를 복원 추출해 여러 모델 병렬 학습 → 투표·평균 틀린 데이터에 가중치 올려 순차 학습
분산 ↓ (과적합 완화) 편향 ↓ (성능 ↑, 과적합 주의)
랜덤 포레스트 AdaBoost, XGBoost, LightGBM

⚠️ 로지스틱 회귀는 분류. kNN의 k와 k-means의 k는 다른 것 (이웃 수 vs 군집 수)



06. 신경망


퍼셉트론

  • 입력 × 가중치 합 + 편향 → 활성화 함수 → 출력
  • 단층 퍼셉트론은 XOR 못 품 (선형 분리 불가) → 다층 퍼셉트론(MLP) + 은닉층으로 해결

⚠️ XOR 문제 = 단층 퍼셉트론 한계 → 다층으로 해결 (1차 AI 겨울 원인)

활성화 함수

함수 범위 특징
시그모이드 0 ~ 1 이진 분류 출력. 기울기 소실 문제
tanh −1 ~ 1 시그모이드보다 낫지만 소실 여전
ReLU max(0, x) 기울기 소실 완화, 계산 빠름. 은닉층 기본. 죽은 뉴런 문제
소프트맥스 합 = 1 다중 분류 출력층 (확률 분포)

⚠️ 이진 분류 출력 = 시그모이드 / 다중 분류 출력 = 소프트맥스 / 은닉층 = ReLU

학습 과정

1
순전파 (예측) → 손실 함수 (오차 계산) → 역전파 (기울기 계산, 체인 룰) → 경사 하강법 (가중치 갱신)
  • 손실 함수 : 회귀 = MSE / 분류 = 교차 엔트로피
  • 경사 하강법 : 가중치를 기울기 반대 방향으로 학습률만큼 이동. w ← w − η·∂L/∂w
  • 학습률 너무 크면 발산, 너무 작으면 느림
  • 종류 : 배치(전체) / SGD(하나씩) / 미니배치(묶음, 실무 표준). 개선 : 모멘텀, Adam
  • 에포크 = 전체 데이터 1회 학습

학습 문제와 해결

문제 원인 해결
기울기 소실 시그모이드 미분 ≤ 0.25 가 층마다 곱해져 0으로 ReLU, 배치 정규화, 잔차 연결(ResNet)
과적합 모델 너무 복잡 드롭아웃(뉴런 무작위 끔), 정규화, 조기 종료, 데이터 증강
지역 최소값 – 모멘텀, Adam, 학습률 조정



07. 딥러닝 모델


모델 데이터 핵심
CNN 이미지 합성곱(필터로 특징 추출) + 풀링(크기 축소, 맥스 풀링) + 완전 연결층. 파라미터 공유, 위치 불변
RNN 순차 데이터 (시계열, 텍스트) 이전 출력을 다시 입력(순환). 장기 의존성 문제(기울기 소실)
LSTM / GRU 순차 RNN 개선. 게이트(망각·입력·출력)로 장기 기억
트랜스포머 텍스트·전부 셀프 어텐션(“어느 단어에 집중할지”), 순환 없이 병렬 처리. BERT, GPT의 기반
GAN 생성 생성자 vs 판별자 경쟁 학습 (위조범 vs 경찰)
오토인코더 비지도 입력 → 압축(인코더) → 복원(디코더). 차원 축소, 이상 탐지

⚠️ CNN = 이미지·합성곱·풀링 / RNN = 순차·순환 / 트랜스포머 = 어텐션·병렬 ⚠️ RNN 장기 의존성 문제 → LSTM이 해결

CNN 계산

  • 출력 크기 = (입력 − 필터 + 2·패딩) / 스트라이드 + 1
  • 예 : 입력 32, 필터 3, 패딩 0, 스트라이드 1 → 30
  • 풀링 : 파라미터 없음, 특징 맵 크기만 줄임

학습 기법

  • 전이 학습 : 큰 데이터로 미리 학습한 모델을 가져와 미세 조정(Fine-tuning) → 데이터 적어도 OK
  • 데이터 증강 : 회전·자르기 등으로 데이터 늘림 (과적합 완화)
  • 배치 정규화 : 층 입력을 정규화 → 학습 안정·빠름



08. 자연어 처리 · 생성형 AI


NLP 기초

  • 전처리 : 토큰화 → 불용어 제거 → 어간 추출/표제어 → 벡터화
  • 벡터화 : BoW / TF-IDF(단어 빈도, 순서 무시) → Word2Vec(의미 유사 단어는 가까운 벡터, 임베딩) → 문맥 임베딩(BERT)
  • TF-IDF : 문서에 자주(TF) 나오지만 전체 문서엔 드문(IDF) 단어가 중요

LLM (대규모 언어 모델)

  • 트랜스포머 기반, 다음 토큰 예측으로 사전 학습 → 미세 조정 / RLHF(사람 피드백 강화 학습)
  • BERT : 인코더, 양방향, 이해 / GPT : 디코더, 생성
  • 프롬프트 엔지니어링 : Zero-shot(예시 없이), Few-shot(예시 몇 개), Chain-of-Thought(단계적 사고)
  • RAG : 외부 문서 검색 후 답변 생성 → 환각 완화, 최신 정보
  • 환각 (Hallucination) : 그럴듯한 거짓을 생성. 토큰·컨텍스트 윈도우 제한

생성형 AI 종류

  • 텍스트 : GPT, Claude / 이미지 : 확산 모델(Diffusion, 노이즈 → 복원), GAN / 멀티모달



09. AI 윤리


이슈 내용
편향 학습 데이터 편향이 결과 차별로 (채용, 대출)
설명 가능성 (XAI) 딥러닝은 블랙박스 → 왜 그런 결론인지 설명 필요
프라이버시 학습 데이터 개인정보, 딥페이크
책임 자율주행 사고 책임 소재
안전·정렬 AI가 사람 의도대로 작동하도록
  • 국내 : AI 기본법 (2026 시행), 고영향 AI 규제 / 해외 : EU AI Act (위험 등급별 규제)



⚡ 마지막 1분 함정 체크

함정 정답
전문가 시스템은 기계학습? X (규칙 기반)
BFS는 스택? 큐 (DFS가 스택)
A* 평가 함수? f = g + h
A* 최적 조건? h가 과대평가 안 함
알파-베타는 결과가 다름? 같음, 탐색만 줄임
전향 추론은 목표에서 출발? 사실에서 (후향이 목표)
퍼지 = 확률? X, 소속도
군집은 지도 학습? 비지도
로지스틱 회귀는 회귀? 분류
과적합 = 편향 큼? 분산 큼
훈련 99%, 테스트 60%? 과적합
정밀도 분모? TP + FP (재현율은 FN)
암 진단에 중요한 지표? 재현율
랜덤 포레스트는 부스팅? 배깅
단층 퍼셉트론이 못 푸는 것? XOR
다중 분류 출력층? 소프트맥스
기울기 소실 해결? ReLU
드롭아웃 목적? 과적합 방지
CNN 핵심 연산? 합성곱 + 풀링
RNN 문제? 장기 의존성 → LSTM
트랜스포머 핵심? 어텐션, 병렬
GAN 구성? 생성자 + 판별자
GPT는 인코더? 디코더 (BERT가 인코더)
RAG 목적? 검색 결합으로 환각 완화
32 입력, 3 필터, 패딩 0, 스트라이드 1 출력? 30