탐색과이용

[강연] 2026 카오스 콘서트 '인긴-인간-인갼' | 낙관적인 알고리즘을 만나다_오민환 교수(데이터)

인공지능 기술은 우리 삶 깊숙이 들어와 있으며, 알파고부터 대형 언어 모델에 이르기까지 그 핵심에는 ‘의사 결정’이라는 공통점이 있습니다. 이러한 결정의 과정을 학술적으로는 ‘강화 학습’이라고 부릅니다. 강화 학습은 인공지능이 환경과 끊임없이 상호작용하며 장기적인 보상을 최대화하도록 스스로 학습하는 방식입니다. 단순한 정답을 맞히는 것을 넘어, 여러 선택지 중 어떤 행동이 미래에 더 큰 이득을 가져올지 판단하는 능력을 기르는 것이 강화 학습의 궁극적인 지향점이라 할 수 있습니다. 강화 학습의 구조를 살펴보면 의사 결정자와 환경이라는 두 주체가 정보를 주고받습니다. 알고리즘은 환경이 제공하는 현재 상태를 분석하여 행동을 결정하고, 그 결과로 양이나 음의 보상을 받습니다. 여기서 중요한 점은 당장 눈앞의 보상뿐만 아니라 앞으로 받을 모든 보상의 합인 ‘누적 보상’을 최대화하는 방향으로 학습한다는 것입니다. 이는 바둑에서 승리하기 위해 한 수 한 수를 두거나, 챗봇이 사용자에게 유용한 답변을 제공하여 긍정적인 피드백을 얻으려 노력하는 과정과 일맥상통합니다. 강화 학습에서 가장 까다로운 과제 중 하나는 ‘탐색과 이용의 균형’을 맞추는 일입니다. 현재까지의 경험을 토대로 가장 좋아 보이는 행동을 선택하는 것이 ‘이용’이라면, 더 좋은 가능성을 찾기 위해 새로운 시도를 하는 것이 ‘탐색’입니다. 만약 단골 식당만 계속 간다면 새로운 맛집을 영영 발견할 수 없듯이, 알고리즘도 적절한 탐색 없이는 최적의 해답에 도달할 수 없습니다. 따라서 좋은 데이터를 얻기 위해 좋은 행동을 해야 하고, 다시 그 행동을 통해 학습하는 순환 구조를 효율적으로 풀어내는 것이 학습의 핵심입니다. 무작위적인 탐색은 시간과 자원의 낭비가 심해 실제 복잡한 문제에서는 한계가 명확합니다. 이를 극복하기 위해 제안된 것이 바로 ‘낙관의 원리’입니다. 알고리즘이 가보지 않은 길에 대해 ‘더 큰 보상이 있을 것’이라는 낙관적인 가정을 하고, 시도 횟수가 적은 행동에 탐색 보너스를 부여하는 방식입니다. 이러한 방식은 불확실성을 수치화하여 계획적으로 정보를 수집하게 하며, 결과적으로 시행착오를 획기적으로 줄여줍니다. 낙관은 단순히 긍정적인 태도를 넘어, 가장 빠르게 정답에 도달할 수 있게 돕는 정교한 수학적 장치입니다. 우리가 바라는 진보된 인공지능은 단순히 데이터를 학습하는 것을 넘어, 스스로 무엇을 알고 무엇을 모르는지 인지하는 수준에 도달해야 합니다. 직면한 불확실성을 스스로 계산하고 더 나은 정보를 찾기 위해 계획적으로 움직일 때, 비로소 인간의 가치를 반영한 최적의 파트너가 될 수 있습니다. 인공지능 알고리즘이 낙관의 원리를 통해 최적의 상태에 도달하듯, 우리 인간 역시 불확실한 미래 앞에서 낙관을 잃지 않고 함께 발전해 나가는 자세가 필요합니다. 수학이 증명한 낙관의 힘은 인공지능 시대를 살아가는 우리에게도 중요한 이정표가 됩니다.