수학의 아름다움(AI, 빅데이터에 숨어 있는)

세상 만물의 규칙, 수학!

"이 책을 읽은 독자는 알고리즘 내공이

N배 폭등하리라 확신한다."



세상 만물에는 규칙이 있다. 과학의 목적은 이 규칙을 찾아 진리를 발견하고 다양하게 응용하는 데 있다. 컴퓨터공학과 정보통신기술 분야에서 그 규칙성을 발견하는 가장 좋은 도구는 바로 '수학'이다. 좋은 제품과 서비스 뒤에는 옳은 방법, 좋은 방법이 있듯이 세상을 바꾼 정보기술의 근저에는 뛰어난 수학 모델이 있었다. 그리고 뛰어난 수학 모델은 놀라울 만큼 간단하고 쉽다. 수학이 아름다운 이유다.

이 책은 정보처리와 자연어 처리 그리고 음성인식, 기계번역, 정보 검색, 빅데이터 등 AI 분야의 토대인 수학 모델을 통해 난해한 공학 문제를 풀고, IT 직업 분야에서 실제로 활용 가능하도록 돕는다. 거대한 계산 능력을 지닌 지능 없는 컴퓨터에게 고도의 머신 러닝 능력을 수행하게 하는 것은 정교하게 설계된 수학 명령이다. 컴퓨터과학 및 정보공학 세계에서 수학이 아름다운 이유는 내용은 복잡하고 심오하지만 형식이 간단하기 때문이다. 수학의 단순한 아름다움은 과학과 공학 그리고 제품 개발과 설계에서 경이롭게 구현된다. 이는 설계의 대가 스티브 잡스의 명언 "간결한 것이 아름답다"(Less is more)라는 원칙과도 일맥상통한다.

우수한 수학 모델은 서로 전혀 관련 없어 보이는 공학기술의 현실적 문제들을 능숙하게 풀어주며 서로 연결시킨다. 수학 모델의 발견은 다양한 분야, 특히 컴퓨터과학의 진보를 이끌어왔으며, 앞으로도 우리 생활을 혁신적으로 뒤바꿀 정도로 핵심에 있다.



간단한 수학 모델만 알면

코딩?알고리즘이 훨씬 쉬워진다

사람의 지능을 컴퓨터가 대신하는 인공지능 시대. 컴퓨터가 데이터를 분석해 패턴을 인식하는 방식으로 정보를 처리하는 머신러닝이 이제 인간 뇌 정보처리와 흡사한 인공신경망 기반의 딥러닝으로 진화했다. 데이터 분석 기능에 머물렀던 컴퓨터가 이제 고도의 연산능력을 탑재해 추론하고 판단하는 사고 능력까지 갖추게 된 것이다. 기계번역, 음성 및 이미지 인식, 자동QA는 딥러닝의 가능성이 열린 결과다. 머신러닝에서 딥러닝으로의 급속한 발전으로 AI 분야는 자연어 처리, 음성인식 등의 기술적 발전을 이끌며 기계번역 서비스, 스마트폰 음성 비서, 자연재해 예측 시스템 등 실제 활용되는 서비스로 확장되었다.

이러한 AI 기술을 가능케 한 수학 이야기가 이 책의 테마다. 인간의 역사가 시작된 이래 정보의 탄생부터 컴퓨팅 기술의 발달, 오늘의 AI 기반 기술과 빅데이터에 이르기까지 정보처리기술의 근간인 수학의 원리와 그 응용 방법을 광범위하게 다루고 있다.

구글 연구 개발자였던 저자는 구글에서 개발한 자연어 처리와 정보 검색 분야에서 수많은 코딩?알고리즘 개발 과정을 생생하게 들려준다. 구문이나 의미 분석을 통한 규칙 기반의 자연어 처리 방법을 탈피해 은닉 마르코프 모델, 정보엔트로피 등 수학적 확률 추정 통계언어 모델을 통한 자연어 처리 해법을 흥미롭게 설명하는가 하면, 구글의 웹페이지 정렬 알고리즘인 페이지랭크(pagerank)가 검색 품질을 획기적으로 높이기 위해 찾은 수학 모델이 그래프 이론과 선형 대수의 행렬 연산이라는 이야기는 수학 원리에 대한 이해를 넓힌다. 저자가 직접 개발한 한?중?일 정렬 알고리즘 설계와 인터넷 검색 스팸방지 기술 등은 IT 개발자들에게는 매우 유용한 실전 정보다. 이외에도 구글에서 만났던 수많은 공학자와 수학자들의 천재적 발견, AI 기술 동향과 IT 업계 이야기 등 수학과 관련한 많은 에피소드가 IT 세계에 대한 이해도를 높인다. 이 책의 미덕은 저자의 전문 영역인 자연어 처리, 정보 검색 분야의 프로그래밍 알고리즘의 핵심적인 수학 원리를 풍부하게 접할 수 있다는 데 있다. 오늘날 AI 알고리즘 모델은 단순히 프로그램 명령을 수행하는 것이 아니라 방대한 데이터에서 예측이나 결정을 이끌어내는 복잡한 확률?통계 분석이므로 수학 지식이 필수다. 독자들은 음성인식, 자연어 처리, 빅데이터 등 AI 분야의 발전은 수학에 대한 이해 없이 불가능하다는 것을 실감하게 된다.

이 책에서 다루는 이야기는 한 문장으로 요약될 수 있다. 매우 훌륭한 알고리즘은 단순한 수학 모델로 구현된다는 것이다. 간단해 보이는 수학 규칙이 정보처리기술에 응용되어 우리 삶을 혁신적으로 바꾸는 흥미진진한 이야기를 저자의 비범한 필력과 함께 접할 수 있다.



코딩 기술서보다 유익한 최고의 IT 안내서

이 책은 구글차이나 공식 블로그인 헤이반바오(黑板報)에 연재한 '수학의 아름다움(數學之美)' 시리즈를 엮은 것으로, 초판(2012년)에 이은 개정판(2014년)이다. 구글 창업 초기부터 연구 개발자로 일했던 저자의 경험적 지식이 풍부하게 담겨 있다. 생동감 있고 구체적인 언어로 정보통신과 연계한 수학의 발전사와 실제 사례를 결합해 과거와 현재를 아우르며 현대 정보통신기술과 관련된 중요한 수학 이론의 기원과 발전, 그 작용을 체계적으로 서술했다. 어려운 내용을 이해하기 쉽게 풀어내어 수많은 독자, 특히 과학기술계의 인사들로부터 극찬을 받았다. 컴퓨터가 어떻게 인간의 능력 이상의 능력에 도달하게 되었는지 정보의 탄생부터 기술 진보의 역사를 살펴보면서 우리의 정보처리기술이 현재 어느 수준까지 와 왔는지를 가늠하게 하고, 미래 기술까지 전망할 수 있다.

추천사 1 리싱_ 간단하면서도 치밀한 '수학의 아름다움'

추천사 2 리카이푸_ 컴퓨터공학에 숨겨진 수학 원리를 명쾌히 설명하다

개정판에 대한 설명 _ 정보처리 문제 해결을 위한 필독서

개정판 서문 _ 모스 부호에서 음성인식까지 통신기술의 기반은 수학



1장 문자와 언어 vs 숫자와 정보

2장 자연어 처리의 진화 - 규칙에서 통계로

3장 통계언어 모델

4장 형태소 분석 이야기

5장 은닉 마르코프 모델

6장 정보의 단위와 역할

7장 제리넥과 현대의 언어처리 ? 프레더릭 제리넥을 기리며

8장 단순함의 미학 - 불 대수와 검색엔진

9장 그래프 이론과 웹 크롤러

10장 페이지랭크 - 구글의 민주 표결식 웹페이지 정렬 기술

11장 웹페이지와 질문의 관련성을 결정하는 방법

12장 유한상태기계와 동적계획법 - 지도 및 지역 검색의 핵심 기술

13장 구글 AK-47 설계자 - 아밋 싱할 박사

14장 코사인법칙과 뉴스의 분류

15장 행렬 연산과 텍스트 처리의 두 가지 분류 문제

16장 정보 지문과 응용

17장 중국드라마 <암산>에서 떠올린 암호학의 수학 원리

18장 반짝인다고 다 금은 아니다 - 검색엔진 스팸 방지와 검색 결과의 권위성 문제

19장 수학 모델의 중요성

20장 달걀을 한 바구니에 담지 말라 - 최대 엔트로피 모델

21장 언어 입력법의 수학 모델

22장 자연어 처리의 대부 마커스와 그의 수제자들

23장 블룸 필터의 원리

24장 마르코스 연쇄의 확장 - 베이지안 네트워크

25장 조건부 무작위장 구문 분석 및 기타 확률 예측

26장 비터비와 비터비 알고리즘

27장 신의 알고리즘 - 기댓값 최대화 알고리즘

28장 로지스틱 회귀와 검색광고

29장 각개격파 알고리즘과 구글 클라우드 컴퓨팅의 기초

30장 구글 브레인과 인공신경망

31장 빅데이터의 위력 - 데이터의 중요성



부록_ 계산 복잡도

저자 후기 _ 우리 삶을 바꾸는 것은 결국 수학

참고 문헌

찾아보기

우쥔 구글 초창기 연구원이자 자연어 처리 및 정보 검색 전문가. 칭화대학교를 졸업하고 존스홉킨스대학교에서 컴퓨터공학으로 박사 학위를 받았다. 구글에서 세계적인 검색 전문가 아밋 싱할(Amit Singhal)과 함께 인터넷 검색 스팸방지 기술을 개발해 구글 공학상을 받았으며, 자연어 분석기와 한·중·일 검색 알고리즘을 설계하는 등 구글에서 많은 연구 프로젝트를 수행했다. 2010년부터 2년간 중국 IT 기업 텐센트 검색 및 검색광고를 총괄하는 부사장을 지냈으며, 2012년 구글로 복귀해 차세대 검색 분야인 구글 자동 QA 시스템을 개발하고, 2014년에는 벤처기업 투자에 뛰어들어 실리콘밸리 아미노 캐피탈을 설립했다.

국가 인간·컴퓨터 언어 지적 대화 컨퍼런스(National Human-Computer Voice Intelligent Interface Conference)에서 수여하는 최우수 논문상과 유로스피치(Eurospeech)에서 수여하는 최우수 논문상을 받았으며, 미국 특허와 국제 특허 10여 건을 취득했다. 저서로는 《흐름의 정점(浪潮之?)》(란스쯔 2011년 10대 경제경영서상), 《문명의 빛(文明之光)》(2014년 중국의 좋은 책), 《스마트시대 무엇부터 해야 하나(知能時代)》가 있다.