고양이와 개를 구분하는 규칙을 쓴 사람은 없다. 프로그래머가 "만일 족한 귀와 수염이 있다면"이라고 타이핑한 적도 없다. 그런데도你的手机는…한다.
English narration · English + 中文 subtitles burned in · 영어 내레이션 · 영어 + 중국어 자막 burned-in
18.1
What AI is · 인공지능(AI)이란
Syllabus
English
Candidates should be able to:
Notes and guidance
Show understanding of how graphs can be used to aid Artificial Intelligence (AI)
Purpose and structure of a graph Use A algorithm* and Dijkstra’s algorithm to perform searches on a graph Candidates will not be required to write algorithms to set up, access, or perform searches on graphs
Show understanding of how artificial neural networks have helped with machine learning
Show understanding of Deep Learning, Machine Learning and Reinforcement Learning and the reasons for using these methods.
Understand machine learning categories, including supervised learning, unsupervised learning
Show understanding of back propagation of errors and regression methods in machine learning
한국어
응시자가 다음을 수행할 수 있어야 함:
참고 사항 및 가이드라인
그래프를 **인공지능(AI)**에 활용하는 방법에 대한 이해
그래프의 목적 및 구조 A 알고리즘* 및 다이키스트라 알고리즘을 사용하여 그래프에서 검색 수행 candidates will not be required to write algorithms to set up, access, or perform searches on graphs
인공 신경망이 머신러닝에 어떻게 기여했는지에 대한 이해를 보임
딥러닝, 머신러닝, 강화학습에 대한 이해 및 이러한 방법론 사용 이유
머신러닝 카테고리 이해, supervised learning, unsupervised learning 포함
머신러닝에서의 역전파 및 회귀 분석 방법에 대한 이해를 보임
Source: Cambridge International syllabus · 출처: Cambridge International syllabus
English
Artificial intelligence 人工智能 (AI) builds systems that do tasks normally needing human intelligence — recognising speech and images, translating, playing games, driving, generating text. Most modern AI uses machine learning 机器学习 — algorithms that learn patterns from data instead of being programmed step by step. Within it, deep learning 深度学习, using neural networks 神经网络 with many layers, has been dominant since the 2010s.
A humanoid robot 人形机器人 puts many of these abilities into one body: it uses AI to see faces, understand speech and move its face and arms in a lifelike way.
한국어
인공지능(AI) 은 음성 및 이미지 인식, 번역, 게임 플레이, 자율 주행, 텍스트 생성 등 인간 지능이 일반적으로 필요한 작업을 수행하는 시스템을 구축합니다. 대부분의 현대 AI는 머신러닝(machine learning) 을 사용합니다—단계를 따라 프로그래밍되는 대신 데이터로부터 패턴을 학습하는 알고리즘입니다. 그 중 딥러닝(deep learning) 은 2010년대 이후부터 여러 계층을 가진 신경망(neural networks) 을 사용하는 방식으로 지배적 위치를 차지했습니다.
인간형 로봇(humanoid robot)은 이러한 능력들을 하나의 신체에 집약합니다. AI를 사용하여 얼굴을 인식하고, 언어를 이해하며, 얼굴과 팔을 생생하게 움직입니다.
인간형 로봇은 사람처럼 보고, 듣고, 반응하기 위해 AI를 사용함딥러닝은 머신러닝의 일부이며, 머신러닝은 AI의 일부입니다
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AI learning type lab · AI 학습 유형 실험실
Classify AI examples by the type of learning or concern involved. · 涉及的 learning type or concern 에 따라 AI 예를 분류하십시오.
Many AI problems sit on a graph 图 — nodes 节点 (states, places) joined by edges 边 (moves, relationships).
pathfinding: roads form a graph; the shortest route is a graph search (Dijkstra's algorithm, the A* algorithm).
game playing: each board position is a node, each move an edge; minimax 极小化极大 with alpha-beta pruning searches the game tree.
state-space search: a planning problem is moving between states by applying operators to reach a goal.
knowledge representation: a semantic network 语义网络 has concepts as nodes and relationships as edges ("dog IS-A animal"); a knowledge graph 知识图谱 stores facts about the world for search engines and assistants.
Standard tools for navigating graphs include breadth-first search 广度优先搜索 and depth-first search 深度优先搜索.
"Describe the purpose and structure of a graph in an AI system."Purpose: to represent a problem as a set of states (or places) and the possible moves between them, so that an algorithm can search it for a solution, such as the shortest or cheapest route, or the best next move. Structure: a set of nodes (vertices), each representing a state, location or item, joined by edges representing the connections between them; each edge may carry a weight (a cost, distance or time), and edges may be directed (one-way) or undirected. "Explain the use of graphs to aid AI": the graph is the model on which the AI's search algorithms run: A* and Dijkstra's algorithm find optimal paths through it (navigation, routing), game positions form a tree searched for the best move, and knowledge stored as a graph lets a system reason about how facts are related.
The graph used below: the edge numbers are real distances; the red numbers are each node's heuristic 启发式 estimate of how far the goal still is, which only A uses*
Dijkstra's algorithm. It finds the shortest distance from the start to every node. Keep a table of the best distance found so far to each node (start 0, all others infinity). Repeatedly take the unvisited node with the smallest distance, mark it visited, and for each neighbour check whether going through this node gives a shorter distance; if so, update it and record where it came from. Stop when every node is visited (or the target is).
Worked example. Find the shortest distances from H to every other node in the graph above.
step
visit
H
A
B
C
D
G
start
0
∞
∞
∞
∞
∞
1
H (0)
0
4 (H)
3 (H)
∞
∞
∞
2
B (3)
0
4 (H)
3
∞
9 (B)
∞
3
A (4)
0
4
3
9 (A)
8 (A)
∞
4
D (8)
0
4
3
9 (A)
8
10 (D)
5
C (9)
0
4
3
9
8
10 (D)
6
G (10)
Shortest distances: A 4, B 3, D 8, C 9, G 10, and the path to G is H–A–D–G (read the "came from" labels backwards). At step 3, A offers D a distance of $4 + 4 = 8$, better than the 9 found through B, so D is updated; at step 5, C could reach G at $9 + 3 = 12$, worse than 10, so nothing changes. Showing these comparisons is the "working" the question asks for.
The A* algorithm. Dijkstra explores in every direction. A* adds a heuristic$h$, an estimate of the distance still to go, and always expands the node with the smallest $f = g + h$, where $g$ is the distance travelled so far. With a sensible heuristic (never over-estimating), it finds the same shortest path while looking at far fewer nodes, which is why satnavs and games use it. The exam gives $h$ for each node and a table to fill in.
Worked example. Find a path from H to G with A*, showing the working.
node expanded
$g$ so far
$h$
$f = g + h$
neighbours added (node: $g$, $h$, $f$)
H
0
7
7
A: 4, 5, 9; B: 3, 6, 9
B (tie with A; either)
3
6
9
D via B: 9, 2, 11
A
4
5
9
C: 9, 3, 12; D via A: 8, 2, 10 (better than 11, keep)
D
8
2
10
G: 10, 0, 10; C via D: 9 (no better)
G
10
0
10
goal reached
Path H–A–D–G, length 10, the same as Dijkstra's, but C was never expanded. Each time a node is reached by a second route, keep the smaller $g$; the search ends when the goal is the node with the smallest $f$. State the $g$, $h$ and $f$ values in every row: those are the marks.
한국어
많은 AI 문제는 그래프(graph) 위에 존재합니다—노드(nodes) (상태, 장소)들이 엣지(edges) (이동, 관계)로 연결되어 있습니다.
패스파인딩(pathfinding): 도로들은 그래프로 이루어지며, 최단 경로는 그래프 탐색(디(resolve算法 Dijkstra's algorithm), A 알고리즘*)을 통해 구합니다.
게임 플레이: 각 바둑판/게임 상태는 노드, 각 기물은 엣지; 알파-베타 전 prune를 적용한 미니맥스(minimax) 알고리즘으로 게임 트리(game tree)를 탐색합니다.
상태 공간 탐색(state-space search): 연산자를 적용하여 상태를 이동하여 목표에 도달하는 계획 문제입니다.
지식 표현(knowledge representation): **의미 네트워크(semantic network)**는 개념을 노드, 관계를 엣지로 가집니다("개 IS-A 동물"); **지식 그래프(knowledge graph)**는 검색 엔진 및 어시스턴트를 위해 세상의 사실들을 저장합니다.
AI 문제는 종종 그래프 위에 위치하며, 여기서는 최단 경로가 강조되어 있습니다
그래프를 탐색하는 표준 도구로는 **너비 우선 탐색(breadth-first search)**과 **깊이 우선 탐색(depth-first search)**이 있습니다.
"AI 시스템에서 그래프의 목적과 구조를 설명하시오."목적: **문제를 표현(represent a problem)**하기 위함으로, 상태(또는 장소)의 집합과 그 사이의 가능한 이동을 정의하여 **알고리즘이 해를 탐색(search)**할 수 있게 합니다. 예로 최단 또는 가장 저렴한 경로의 최적화, 혹은 가장 좋은 다음 수를 찾는 것이 있습니다. 구조: 각 상태, 위치 또는 항목을 나타내는 **노드(nodes/vertices)의 집합이며,它們之间由表示连接关系的엣지(edges)**로 이어집니다; 각 엣지는 가중치(weight) (비용, 거리 또는 시간)를 가질 수 있으며, 엣지는 유향적(directed) (일방적)이거나 무향일 수 있습니다. "AI를 보조하기 위한 그래프의 활용 설명": 그래프는 AI의 탐색 알고리즘이 실행되는 모델입니다: A*와 다이크스트라(Dijkstra) 알고리즘은 이를 통해 최적의 경로를 찾습니다(내비게이션, 라우팅), 게임 위치는 최선의 수를 찾기 위해 트리 형태로 탐색되며, 그래프로 저장된 지식을 통해 시스템은 사실 간의 관련성에 대해 추론할 수 있습니다.
아래에서 사용할 그래프: 엣지 숫자는 실제 거리이며, 빨간 숫자는 각 노드의 목표까지의 잔여 거리에 대한 히ュー리스틱 추정치입니다. 이는 A만 사용합니다*
다이크스트라(Dijkstra) 알고리즘. 시작점부터 모든 노드까지의 최단 거리를.finds합니다. 각 노드까지 현재까지 발견된 최단 거리를 기록하는 표를 유지합니다(시작점은 0, 나머지는 무한대). 가장(smallest) 거리를 가진 미방문 노드를 반복적으로 선택하고 방문标记로 표시하며, 각 이웃 노드에 대해 이 노드를 거칠 때 더 짧은 거리가 되는지 확인합니다. 그렇다면 업데이트하고的来源을 기록합니다. 모든 노드가 방문되거나(또는 목표 노드에게서) 멈춥니다.
풀이 예제. 위 그래프에서 H에서 모든 다른 노드까지의 최단 거리를 구하시오.
단계
방문
H
A
B
C
D
G
시작
0
∞
∞
∞
∞
∞
1
H (0)
0
4 (H)
3 (H)
∞
∞
∞
2
B (3)
0
4 (H)
3
∞
9 (B)
∞
3
A (4)
0
4
3
9 (A)
8 (A)
∞
4
D (8)
0
4
3
9 (A)
8
10 (D)
5
C (9)
0
4
3
9
8
10 (D)
6
G (10)
최단 거리: A 4, B 3, D 8, C 9, G 10이며, G로의 경로는 H–A–D–G ("came from" 라벨을 역순으로 읽음). 단계 3에서 A는 D에게 거리 $4 + 4 = 8$을 제안하며, B를 통한 9보다 좋으므로 D가 업데이트됩니다; 단계 5에서 C는 G까지 $9 + 3 = 12$로 도달할 수 있으나, 이는 10보다 나쁘므로 변경사항이 없습니다. 이러한 비교 과정을 보여주는 것이 문제에서 요구하는 '작업 과정'입니다.
A 알고리즘.* 다이크스트라는 모든 방향으로 탐색합니다. A*는 히ュー리스틱$h$(아직 갈 거리 estimation)을 추가하고, 항상 가장 작은 $f = g + h$을 가진 노드를 확장합니다. 여기서 $g$는 지금까지 이동한 거리입니다. 합리적인 히ュー리스틱(과대 평가하지 않음)을 사용하면 훨씬 적은 노드를 확인하면서도 동일한 최단 경로를 찾을 수 있어 내비게이션 시스템과 게임에서 사용됩니다. 시험에서는 각 노드에 대해 $h$을给出하고 채워야 할 표를 제공합니다.
풀이 예제. A*를 사용하여 H에서 G까지의 경로를 찾으되, 풀이 과정을 보여주시오.
확장된 노드
到目前为止的距离$g$
$h$
$f = g + h$
추가된 이웃 (노드: $g$, $h$, $f$)
H
0
7
7
A: 4, 5, 9; B: 3, 6, 9
B (A와 동률;任选其一)
3
6
9
D via B: 9, 2, 11
A
4
5
9
C: 9, 3, 12; D via A: 8, 2, 10 (11보다 좋아서 유지)
D
8
2
10
G: 10, 0, 10; C via D: 9 (더 나은 값 없음)
G
10
0
10
목표 도달
경로 H–A–D–G, 길이 10, 디크스트라와 동일하지만 C는 확장되지 않았습니다. 노드가 두 번째 경로로 도달할 때마다 더 작은 $g$을 유지하고, 목표 노드가 가장 작은 $f$을 가질 때까지 검색이 종료됩니다. 각 행의 $g$, $h$, $f$ 값을 명시하십시오: 이것이 채점 기준입니다.
An ANN is inspired by the brain's neurons. An artificial neuron 人工神经元:
takes several input values, multiplies each by a weight 权重, and adds them up with a bias term 偏置项.
applies an activation function 激活函数 (a non-linear function such as ReLU) to the sum.
outputs the result, which feeds neurons further on.
Neurons sit in layers: an input layer, one or more hidden layers 隐藏层 (where useful internal patterns are learned), and an output layer. With many hidden layers it is a deep neural network 深度神经网络, and training it is deep learning.
ANNs let models learn complex patterns straight from raw data (pixels, audio, text) without hand-designed features — driving breakthroughs in image recognition 图像识别, speech recognition 语音识别, machine translation 机器翻译, and game playing. They do well with large amounts of data, noisy or very complex input, and patterns too hard to capture with explicit rules.
"Explain what is meant by an artificial neural network."A model of the brain's network of neurons, made of layers of connected nodes: an input layer, one or more hidden layers and an output layer. Each connection has a weight; each node sums its weighted inputs and passes the result through an activation function to the next layer. "Explain how ANNs enable machine learning" (three marks): the network is trained on many examples; for each example the output is compared with the expected result and the error is used to adjust the weights (back propagation) so that the error falls; after enough examples the weights encode the patterns in the data, and the network can then classify or predict for new data it has never seen. "State the reason for multiple hidden layers": each additional layer combines the features found by the layer before it into more complex, more abstract features, so the network can learn more complex relationships (edges, then shapes, then objects); that is what makes a network deep.
한국어
ANN은 뇌의 신경세포에서 영감을 받았습니다. 인공 뉴런(artificial neuron):
여러 **입력값(input values)**을 받아 각각 **가중치(weight)**를 곱하고 **편향 항(bias term)**과 더합니다.
합계에 활성화 함수(activation function) (ReLU와 같은 비선형 함수)를 적용합니다.
결과를 출력하며, 이는 후속 뉴런에 피드백됩니다.
단일 뉴런: 각 입력에 가중치를 곱하고 편향과 합친 뒤 활성화 함수 적용
뉴런은 계층에 배치됩니다: 입력층, 유용한 내부 패턴을 학습하는 숨겨진 층(hidden layers) 하나 이상, 그리고 출력층(output layer). 숨겨진 층이 많으면 딥 neural network이며, 이를 훈련시키는 것은 **딥러닝(deep learning)**입니다.
입력층, 두 개의 숨겨진 층 및 출력층을 가진 신경망
ANN들은 수동으로 설계된 특징 없이 원시 데이터(픽셀, 오디오, 텍스트)로부터 복잡한 패턴을 직접 학습하게 하여 이미지 인식(image recognition), 음성 인식(speech recognition), 기계 번역(machine translation), 그리고 게임 플레이 분야에서 혁신을 주도합니다. 방대한 양의 데이터, 노이즈가 있거나 매우 복잡한 입력, 명시적인 규칙으로는 포착하기 어려운 패턴에서 우수하게 작동합니다.
"인공신경망의 의미를 설명하시오." 뇌의 신경세포 네트워크를 모델로 한, 연결된 노드들의 계층으로 구성된 구조: 입력층, 하나 이상의 숨겨진층 및 출력층.* 각 연결에는 가중치(weight) 가 있으며, 각 노드는 가중치가 적용된 입력을 합산하여 활성화 함수를 통해 다음 계층으로 전달합니다. "ANN이 머신러닝을 가능하게 하는 원리를 설명하시오 (3점): 네트워크는 다양한 예시들을 통해 학습(training) 됩니다; 각 예시에 대해 출력값과 예상 결과값을 비교하고 오류(error) 를 사용하여 가중치를 조정(역전파, back propagation) 함으로써 오류를 줄입니다; 충분한 예시만큼 학습되면 가중치에 데이터의 패턴(patterns) 이 인코딩되어, 네트워크는 이제 과거에 본 적이 없는 새로운(new) 데이터에 대해 분류하거나 예측할 수 있습니다. "여러 개의 숨겨진층이 필요한 이유를 서술하시오": 추가되는 각 층은 이전 층에서 발견한 특징들을 더 복잡하고 추상적인 특징으로 결합하므로, 네트워크는 더 복잡한 관계(선, 형태, 객체 등)를 학습할 수 있게 됩니다; 이것이 바로 네트워크를 "딥(deep)" 하게 만드는 이유입니다.
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Tap the parts of a neural network · 신경망의 부분을 클릭하세요
Explore the layers. Data flows left to right: the input layer takes the features, the hidden layers learn patterns, and the output layer gives the answer — with every connection carrying a weight that training adjusts. · 레이어를 탐색하십시오. 데이터는 왼쪽에서 오른쪽으로 흐릅니다: 입력층은 특징을 받아들이고, 숨겨진층은 패턴을 학습하며, 출력층은 답을 제시합니다. 각 연결에는 가중치가 있으며, 훈련 과정에서 이를 조정합니다.
Machine learning, deep learning, reinforcement learning · 머신러닝, 딥러닝, 강화학습
English
Machine learning
The umbrella term — any algorithm that learns from data. Three paradigms:
supervised learning 监督学习 — the data has labels 标签 (images tagged "cat"/"dog"); the algorithm learns input → label. Used for classification 分类 (a category) and regression.
unsupervised learning 无监督学习 — no labels; the algorithm finds structure, e.g. a cluster 聚类 of similar customers.
reinforcement learning (below).
Use ML when explicit rules would be impractical (spam filters, recommendations, fraud detection).
"Describe supervised learning and unsupervised learning" (the marked wordings).Supervised learning: the algorithm is trained on labelledtraining data 训练数据, each example paired with the correct output (the target); it learns the relationship between inputs and outputs and uses it to classify or predict for new inputs; the answers are known while training, so the error can be measured. Unsupervised learning: the data is unlabelled, with no correct answers given; the algorithm looks for patterns, structure or groupings in the data by itself (clustering similar items, finding associations); the output is a set of categories or relationships that were not defined in advance. How they differ: labelled against unlabelled data; known outputs against discovered structure; supervised is used to predict (classification, regression), unsupervised to explore (clustering, anomaly detection). Both are categories of machine learning; the third is reinforcement learning.
Deep learning
A subset of ML using deep neural networks. Lower layers learn simple patterns (edges, phonemes), higher layers combine them into abstract concepts. It needs lots of data and lots of compute (GPUs); for small datasets, simpler ML methods often do better.
"Explain what is meant by deep learning" (three marks).Machine learning that uses artificial neural networks with many hidden layers (deep networks); the network is trained on very large amounts of data, and each layer extracts features from the output of the layer below, so that the network learns the features it needs by itself rather than having them specified by the programmer.Reasons for using it: it can solve problems too complex for hand-written rules or shallow models (recognising faces, understanding speech, translating text); it improves as more data becomes available; it removes the need for human feature engineering; and it can handle unstructured data such as images, sound and text. How it is made more effective: more (and better-labelled) training data; more layers or nodes, within the limits of overfitting; more processing power (GPUs) and training time; tuning the learning rate and other parameters. Examples: speech recognition in voice assistants, image recognition in medical scans and self-driving cars, machine translation, recommendation systems.
Reinforcement learning
In reinforcement learning 强化学习, an agent 智能体 acts in an environment; each action changes the state and returns a reward 奖励. The agent learns a policy 策略 (a strategy) that maximises the total reward over time, by trial and error with no labels up front. Used for sequential-decision problems — games, robot control, autonomous driving.
"Explain what is meant by reinforcement learning" (three marks).An agent learns by interacting with its environment: it takes an action, the environment moves to a new state and returns a reward (or penalty), and the agent adjusts its behaviour so as to maximise the total reward over time. There is no labelled data: the agent learns by trial and error, discovering which actions are good from the rewards it collects, and gradually forms a policy that says what to do in each state. Used where the right answer is not known in advance but the result of an action can be scored: game playing (chess, Go), robot control, traffic-light timing, resource allocation. A computer playing a board game against a user learns in this way, or searches the game tree with minimax to choose the move whose worst outcome is best.
A self-driving car 自动驾驶汽车 is a real example. Lidar 激光雷达 and camera sensors (the spinning unit on the roof) build a live picture of the road, and a learned policy decides how to steer, speed up and brake safely.
한국어
머신러닝
데이터로부터 학습하는 모든 알고리즘을 포괄하는 총칭적 용어입니다. 세 가지 패러다임이 있습니다:
** supervis ed learning (监督学习/监督式学习)** — 데이터에 라벨(labels) 이 부여됩니다(예: "고양이"/"강아지" 태그가 있는 이미지); 알고리즘은 입력 → 라벨 관계를 학습합니다. 분류(classification, 범주 지정) 및 회귀 분석에 사용됩니다.
unsupervised learning (비监督学习/非监督式学习) — 라벨이 없으며, 알고리즘이 유사한 고객群体的와 같은 클러스터(cluster) 등의 구조를 스스로 찾아냅니다.
강화학습(아래 참조).
명확한 규칙을 설정하는 것이 비현실적일 때 ML을 사용합니다(스팸 필터, 추천 시스템, 사기 탐지 등).
동일한 데이터를 두 가지 방식으로 본 것: 라벨이 있을 때는 클래스를 구분하는 것을 학습하는 것이 목표이며, 라벨이 없을 때는 데이터 내에 그룹이 존재함을 발견하는 것이 목표입니다
"监督学习和非监督学习的区别进行描述(使用划线词语).监督学习: 알고리즘은 라벨이 붙은훈련 데이터(training data) 를 통해 학습되며, 각 예시는 올바른 출력(target) 과 쌍을 이루고 있습니다; 이는 입력과 출력 사이의 관계를 학습하여 새로운 입력에 대해 분류하거나 예측하는 데 사용되며; 학습 중에는 정답이 이미 알려져 있으므로 오류를 측정할 수 있습니다. 비监督学习: 데이터는 라벨이 없으며, 정답이 주어지지 않습니다; 알고리즘은 데이터 내에서 패턴, 구조 또는 그룹(clustering) 을 스스로 찾아내며(유사 항목 묶기, 연관성 발견 등), 출력은 사전에 정의되지 않은 카테고리나 관계의 집합입니다. 차이점: 라벨 있음 vs 없음; 알려진 출력 vs 발견된 구조; 监督学习用于predict(예측, 분류/회귀), 非监督学习用于explore(탐색, 클러스터링/이상 탐지). 둘 다 머신러닝의 하위 범주이며, 세 번째 범주는 강화학습입니다.
监督学习: 모델은 라벨이 있는 데이터로 학습된 후, 새로운 데이터를 인식합니다
딥러닝
딥神经网络를 사용하는 ML의 하위 영역입니다. 하위 층은 단순한 패턴(선, 음소 등)을 학습하고, 상위 층은 이를 조합하여 추상적 개념을 만듭니다. 많은 데이터와 많은 컴퓨팅 자원(GPUs) 이 필요하며, 데이터셋이 작을 경우 더 간단한 ML 기법이 더 나은 결과를 내기도 합니다.
"딥러닝의 의미를 설명하시오 (3점).many hidden layers(다수의 숨겨진층) 를 가진 인공신경망을 사용하는 머신러닝; 네트워크는 very large amounts of data(매우 방대한 양의 데이터) 로 학습되며, 각 층은 아래 층의 출력을 기반으로 features(특징) 를 추출하므로, 네트워크가 프로그래머에게 지시받지 않고도 필요한 특징을 스스로 학습하게 됩니다. 사용 이유: 손으로 작성한 규칙이나 얕은 모델로는 해결하기에도 너무 complex(복잡한) 문제(얼굴 인식, 음성 이해, 번역 등)를 해결할 수 있습니다; more data(더 많은 데이터) 가 제공됨에 따라 성능이 improves(향상) 됩니다; 인간의 feature engineering(특징 공학) 을 할 필요가 없으며, 이미지, 소리, 텍스트와 같은 unstructured(비구형/unstructured) 데이터를 처리할 수 있습니다. 효과를 높이는 방법: 더 많고(더 정확히 라벨이 붙은) 훈련 데이터; 오버피팅의 한계 내에서 더 많은 층이나 노드; 더 많은 연산 능력(GPUs)과 훈련 시간; 학습률 및 기타 파라미터의 튜닝. 예시: 음성 비서에서의 음성 인식, 의료 검진 및 자율주행 자동차에서의 이미지 인식, 기계 번역, 추천 시스템.
강화학습
reinforcement learning(강화학습) 에서 agent(에이전트) 는 환경 내에서 행동을 취하며, 각 행동은 상태를 변경하고 reward(보상) 을 반환합니다. 에이전트는 초기에 labels(라벨) 없이 trial and error(시착법/trial-and-error) 을 통해 시간 전체에 걸쳐 총 보상을 극대화하는 policy(정책/전략) 을 학습합니다. 순차적 의사결정 문제(게임, 로봇 제어, 자율주행)에 사용됩니다}
Training an ANN: backpropagation · ANNのトレーニング:逆伝播法
English
Training adjusts the weights so outputs match the targets. The standard method is backpropagation 反向传播 (back propagation of errors) with gradient descent 梯度下降. For each training example:
forward pass — feed the input through to the output.
compute the error with a loss function 损失函数 (a single number for how wrong the output is).
backward pass — propagate the error backwards, finding each weight's gradient (how much it contributed to the error) using the chain rule.
update the weights by a small step (set by the learning rate 学习率) that reduces the error.
Repeat over many examples and many passes (epochs 训练轮次) until the error stops shrinking. The name "back" comes from step 3: the error flows from the output back towards the input, so every weight's gradient is found in one sweep. After training, a new input needs only one forward pass to get a prediction.
"Describe the back propagation of errors method" (four marks). (1) An input is fed forward through the network and its output is compared with the expected (target) output; (2) the difference is the error; (3) the error is passed backwards through the network, layer by layer from the output to the input, and each weight's share of the error is calculated; (4) the weights are adjusted in proportion to their contribution, in the direction that reduces the error; (5) the process is repeated with many examples until the error is as small as required. The point of the method is that a network with hidden layers has no direct way of knowing which internal weight caused an output error; back propagation apportions the blame.
Choose the coefficients to minimise the sum of squared errors against the training data. Use it when the relationship looks roughly linear and you want an interpretable model. For curved data, use polynomial, decision-tree, or neural-network regression methods — same idea: define a model, define a loss, and adjust the parameters to minimise it. Regression and classification are both supervised; the choice depends on whether the answer is a number or a category.
"Describe regression methods in machine learning" (two marks).Statistical methods that find the relationship between input variables and a continuous output, by fitting a function (a line or curve) to the training data with the smallest total error; the fitted function is then used to predict the output for new inputs. Linear regression fits a straight line; other methods fit curves. Regression predicts a value (a price, a temperature, a time); classification predicts a category, which is the distinction the exam asks for.
Drag the controls. Linear regression draws the straight line that makes the squared distances to the data points as small as possible — then it predicts a number for any new input. · 제어를 드래그하십시오. 선형 회귀는 데이터 포인트까지의 제곱 거리가 최소가 되는 직선을 그으며—새로운 입력에 대해 수치를 예측합니다.
optical character recognition/ˈɒptɪkl ˈkærɪktə ˌrekəɡˈnɪʃn/
광학문자인식
text-to-speech/tekst tə spiːtʃ/
텍스트-음성 변환
18.1
How AI is used in a real scenario · 実際のシナリオにおけるAIの活用
English
Many exam scenarios use the same pattern — a deep-learning model trained on labelled data, often several combined into a pipeline:
customer identification at an automated shop: the system is trained on labelled face images; a camera captures a face; image recognition extracts a representation; it is matched against registered customers; the closest match identifies the person.
reading text from images: image recognition finds text regions; optical character recognition 光学字符识别 extracts the characters; machine translation converts them; text-to-speech 文本转语音 reads them aloud.
checkout item-detection: object-detection AI, trained on labelled product images, sees which items go into a basket and charges the account.
By the time a user interacts with the system, the model is fast — it only does forward-pass inference; the intelligence is in the patterns learned during training.
Model answers for the scenario questions.A car-park camera reads registration numbers: the camera captures an image; an AI trained on many labelled images of number plates locates the plate in the image; character recognition (a deep-learning classifier, again trained on labelled characters) converts the plate into text; the text is stored with the time and matched when the car leaves. A CCTV system detects and tracks a person: image-recognition software trained on labelled images of people identifies a person in each frame; the system compares successive frames to follow their movement; unusual movement can trigger an alert. Speech turned into commands: speech recognition trained on many recorded voices converts the sound into text; the system matches the text to a set of known commands; it improves as it is corrected. A camera that focuses on faces: a face-detection model trained on labelled faces finds the face region, and the lens is adjusted to bring that region into focus. A bank's face-recognition login: the app captures the face, a deep network extracts its features, and they are compared with the stored features for that customer. In every case the pattern is: trained on labelled examples, extracts features, matches or classifies new input.
Worked example. For each task, say whether it needs regression or classification, and what the output layer of an ANN would look like: (a) predict tomorrow's temperature; (b) decide whether an email is spam. Ask what kind of thing is being predicted. (a) A temperature is a number on a continuous scale, so this is regression, and the output layer is a single neuron holding that value. (b) Spam or not-spam is a category, so this is classification, and the output gives a probability per class. Both are supervised learning: each needs labelled examples to train on, and training adjusts the weights by backpropagation to reduce the error. The deciding question is simply number-or-category - not how difficult the task feels.
이미지 텍스트 판독: 이미지 인식은 텍스트 영역을 찾아내며, **광학 문자 인식(OCR)**은 문자를 추출하고, 기계 번역이 이를 변환하며, 텍스트-투스피치가 이를 발음하여 읽습니다.
체크아웃 품목 탐지: 레이블이 지정된 제품 이미지를 통해 학습된 객체 탐지 AI는 바구니에 들어갈 품목을 확인하고 계좌에서 결제합니다.
사용자가 시스템과 상호작용할 때 모델은 속도가 빠릅니다. 이는 전방 추론만 수행하기 때문입니다. 지능은 학습 과정에서 배운 패턴에 있습니다.
시나리오 질문의 모델 답변.주차장 카메라가 번호판을 읽습니다: 카메라가 이미지를 캡처하면, 여러 레이블링된 이미지로 학습된 AI가 이미지 내에서 번호판 위치를 찾습니다. 문자 인식(레이블링된 문자로 다시 학습된 딥러닝 분류기)이 번호판을 텍스트로 변환하고, 이 텍스트는 시간과 함께 저장되어 차량이 출차할 때 매칭됩니다. CCTV 시스템이 사람을 탐지하고 추적합니다: 사람 이미지의 레이블링된 데이터로 학습된 이미지 인식 소프트웨어가 각 프레임에서 사람을 식별합니다. 시스템은 연속되는 프레임을 비교하여 이동 경로를 따릅니다. 비정상적인 움직임은 경보를 트리거할 수 있습니다. 음성이 명령어로 전환됩니다: 여러 녹음된 음성으로 학습된 음성 인식이 소리를 텍스트로 변환합니다. 시스템은 텍스트를 사전에 정의된 명령어 세트와 매칭하며, 교정을 통해 성능이 향상됩니다. 얼굴에 초점을 맞추는 카메라: 얼굴 레이블링 데이터로 학습된 얼굴 탐지 모델이 얼굴 영역을 찾고, 렌즈가 해당 영역에 초점을 맞추도록 조정됩니다. 은행의 얼굴 인식 로그인: 앱이 얼굴을 캡처하고, 딥 네트워크가其特征를 추출하여 저장된 해당 고객 특징과 비교합니다. 모든 경우의 공통 패턴은 다음과 같습니다: 레이블링된 예시로 학습, 특징 추출, 새로운 입력 매칭 또는 분류.
해설 예제. 각 작업에 대해 회귀(regression) 또는 **분류(classification)**가 필요한지, 그리고 ANN의 출력 계층이 어떻게 생겼는지 설명하십시오: (a) 내일의 기온 예측; (b) 이메일이 스팸인지 여부 판단. 어떤 유형의 대상을 예측하는지 묻습니다. (a) 기온은 연속적인 척도상의 숫자이므로, 이는 회귀이며, 출력 계층은 해당 값을 가지는 단일 뉴런입니다. (b) 스팸인지 비스팸인지는 **범주(category)**이므로, 이는 분류이며, 출력은 각 범주마다 확률을 제공합니다. 둘 다 **监督 learning(监督学习)**입니다. 각각 학습에 필요한 레이블링된 예제가 필요하며, 학습은 오차를 줄이기 위해 **역전파(backpropagation)**를 통해 **가중치(weights)**를 조정합니다. 결정적인 질문은 단순히 숫자인지 범주인지 - 작업이 얼마나 어렵게 느껴지는지가 아닙니다.
에이지ント가 시오와 실패를 통해 학습하며, 환경 내에서受け取는 보상을 극대화하도록 actions을 선택한다
딥러닝
많은 숨겨진 계층을 가진 신경망을 사용하는 기계 학습으로, 대량의 데이터로 학습되며 각 계층이 아래 계층으로부터 features를 추출한다
역전파(backpropagation of errors)
네트워크의 출력과 타겟을 비교하여 오차를 계층들을 거슬러 올라가 전달하고, 이를 줄이기 위해 각 가중치를 조정한다
회귀(regression)
학습 데이터에 함수를 fitting하여 inputs로부터 continuous output value를 predict하기 위해 사용한다
18.1
Exam tips · 시험 팁
English
Graph answers name nodes, edges and weights, and what they represent; then the algorithm. Dijkstra: table of distances, visit the smallest, update neighbours. A*: $g$, $h$ and $f = g + h$ in every row, expand the smallest $f$.
ANN answers name the layers, the weighted connections and training; deep learning adds many hidden layers, large data and automatic feature extraction, with a reason and an example.
The three categories in one line each: labelled data and known outputs; unlabelled data and discovered structure; agent, environment, actions and rewards.
Back propagation: compare with the target, error backwards through the layers, adjust weights to reduce it, repeat. Regression predicts a value; classification predicts a category.
Scenario questions want the pipeline: trained on labelled examples, extracts features, recognises or classifies new input; name the type of AI (image recognition, speech recognition, deep learning).
Common mistakes
Describing a graph as "a chart"; in AI it is nodes and edges.
Running Dijkstra by picking the nearest neighbour of the current node rather than the smallest overall distance not yet visited; or forgetting to update a node when a shorter route appears.
Adding $h$ into $g$ for the next step in A*; $g$ is only the real distance, $h$ is recomputed from the table.
Saying deep learning is "learning a lot"; it is the many hidden layers.
Confusing unsupervised learning with reinforcement learning; the first finds structure in data, the second learns from rewards.
Describing back propagation without the comparison with the expected output or without saying the weights are adjusted.
Calling a prediction of a price "classification"; a continuous value is regression.
한국어
그래프 답변은 노드, 엣지 및 가중치명과它们在代表什么,然后算法。迪克斯特拉:距离表,访问最小值,更新邻居。A*:$g$、$h$和$f = g + h$在每一行中,扩展最小的$f$。
ANN 답변은 계층, 가중치 연결 및 학습을 명시해야 하며, 딥러닝은 추가적으로 많은 숨겨진 계층, 방대한 데이터 및 자동 feature extraction을 포함하며, 그 이유와 예시를 제시해야 합니다.
세 가지 범위를 한 줄씩 설명: 레이블링된 데이터와已知outputs;未标记的数据和发现的structure;agent, environment, actions and rewards.
역전파: 타겟과 비교, 오차를 계층을 거슬러 올라감, 오차를 줄이기 위해 가중치 조정, 반복. 회귀는 값(predicts a value)을 예측하고, 분류는 범주(predicts a category)을 예측합니다.
시나리오 질문은 파이프라인(pipeline)을 요구합니다: 레이블링된 예제로 학습, 특징 추출, 새로운 입력을 인식하거나 분류; AI의 유형(이미지 인식, 음성 인식, 딥러닝)을 명시해야 합니다.
흔한 실수
그래프를 "차트(chart)"라고 묘사하는 것; AI에서는 노드와 엣지입니다.
디크스트라를 수행할 때 전체에서 가장 작은 거리가 아닌 현재 노드의 nearest neighbour를 선택하거나, 더 짧은 경로가 발견되었을 때 노드를 update하는 것을 잊어버림.
A*의 다음 단계에서 $h$를 $g$에 추가함; $g$는 실제 거리일 뿐이며, $h$는 표(table)에서 재계산됩니다.
딥러닝을 "많이 배우다(learning a lot)"라고 말하는 것; 그것은 많은 숨겨진 계층입니다.
비监督 learning(非监督学习)과 강화 learning(强化学习)을 혼동함; 첫 번째는 데이터에서 structure를 tìm는 것이고, 두 번째는 보상을 통해 학습합니다.
예상 출력과 비교하지 않거나 가중치가 조정됨을 명시하지 않고 역전파를 설명하는 것.
가격 예측을 '분류'라고 부르는 것; 연속적 값은 회귀 분석이다.
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