DD17120003 2017 융합인재교육프로그램인공지능 (AI) 과빅데이터, 그리고우리의삶 학교급 고등학교수업대체용 구분학생용 TIC TAC TOC

Contents 이렇게 공부해요 1 1 차시: 인공지능(AI) 의 문제풀이 3 1 차시 학생용 활동지 5 2 차시: 인공지능(AI) 과 미로 찾기 9 2 차시 학생용 활동지 11 3 차시: 인공지능(AI) 과 TIC TAC TOE 17 3 차시 학생용 활동지 19 참고 자료 24

이렇게 공부해요 1. TIC TAC TOE 프로그램은실생활맥락에서학생들이마주하는실생활문제 에대해과학적으로탐구해보는프로그램입니다. 2. 본프로그램은게임에서의승리전략을인공지능(AI) 과관련하여학생들의흥 미와관심을높이고, 직접적인참여를이끌어내고자하였습니다. 3. 본프로그램은 인공지능(AI) 의문제풀이, 인공지능(AI) 과미로찾기, 인공 지능(AI) 과 TIC TAC TOE 를소재로실생활의문제를탐구해보고, 실제로자 료를조사하고분석해봄으로써인공지능(AI) 에대한융합적사고와문제해 결의기회를가질수있도록구성하였습니다. 4. 본프로그램은학생스스로문제를인식하고관련자료를수집하며관찰하 고분석하는과정을통해사회속에서과학의중요성과역할을이해하도록 하여, 참여와평생학습역량을기를수있도록하였습니다. 5. 친구들과경쟁하기보다는서로협력하면서프로그램을수행할수있도록구 성하였습니다. TIC TAC TOC 1

TIC TAC TOE 1 차시 인공지능 (AI) 의문제풀이

학생용활동지 1 차시 : 인공지능(AI) 의문제풀이 이 활동을 하면 인공지능(AI) 이무엇인지자신만의정의를내릴수있다. 인공지능(AI) 이인간을지배할수있는가에대한자신의주장을내세울수있다. 우리는인공지능(AI) 을어떻게이용해야할지를생각하고발표할수있다. 무엇이 필요할까 인터넷이가능한환경, 학생용활동지 어떻게 할까 생각 열기 다음동영상을보고 지능 에대한다음물음에답해봅시다. [EBS] 과학다큐비욘드( 지능만들기) 출처 : http://www.ebs.co.kr/tv/show?prodid=124333&lectid=10680866 Q. 동영상속의인형은지능을가지고있다고생각하나요? 그이유는무엇인가요? Q. 인간이가지고있는지능은무엇을말하는것일까요? TIC TAC TOC 5

Q. 인공지능(AI) 에대한자신만의정의를내려보고그이유를발표해봅시다. 인공지능은이다. 생각 키우기 인공지능이란흔히 AI 라고부릅니다. 여기서 AI란 Artificial Intelligence의약자로인간의 학습능력과추론능력, 지각능력, 자연언어의이해능력등을컴퓨터프로그램으로실현한 기술을말합니다. 조금더쉽게말하면컴퓨터가인간의지능적인행동을모방할수있 도록하는것을이야기합니다. 인공지능은크게두가지로분류합니다. 인터넷검색을 통해서모둠별로조사해서발표해봅시다. 이세돌 9 단과대국을펼친 알파고 는강한인공지능(AI) 일까? 약한인공지능(AI) 일까? 각 자의의견을적어봅시다. 강한인공지능(AI) 을찾아봅시다. 영화나소설등에서찾아도좋습니다. 모둠별로강한인공지능(AI) 을찾아보고그이유를적어봅시다. 인공지능(AI) 은주어진문제를어떻게해결할까요? 각자조사해보고발표해봅시다. 그 이론을명확하게발표할필요는없습니다. 다만 AI는어떤방법으로문제를해결하고있 는지인터넷을찾아본결과를발표해봅시다. 6 2017 고등학교 수업대체용 프로그램 [ 학생용]

생각 펼치기 다음동영상을참고하여 인공지능이인간을지배할수있을까? 모둠원들과논의하고발표해봅시다. 에대한자신의생각을 tvn 에서방송된 알쓸신잡( 알아두면쓸데없는신비한잡학사전) 에서뇌과학자인정재승교수가 인공지능이인간을지배할확률에대해언급을한부분이있다. 사회자인유희열씨가칩이잘못 되어서인공지능이인간을지배할수도있지않느냐는물음에정재승교수는칩이잘못되어서 갑자기지배욕망이라는굉장히고등한기능을얻을확률은 원숭이가타자기를마구쳐서햄릿 이나올확률 과같다고비교하였다. 이에유시민씨는그표현은 큰자루에항공기부품을넣고마구흔들어서열었더니항공기가 나올확률과같다 고하였다. 정교수는인공지능이인간을지배하려면 1 자기자신을의식하고 2 지배하고싶은욕망을가져야하고 3 인간에대한적대감을가져야한다고하였다. 인간의뇌 가수학과언어를쓴지만년정도되었고의식, 감정, 욕구같은감정은수만년이상이된정교 한기능이며이런감정은우리가왜가졌는지도모르기때문에인공지응에넣어줄수없다는말 을하였다. 위에서말한 1, 2, 3과같은문제를인공지능(AI) 에넣는것은왜어려운일인지에대 한본인의생각을정리해서발표해봅시다. TIC TAC TOC 7

생각 다지기 인공지능(AI) 을일상생활에어떻게사용해야할지를모둠원과토의후발표해봅시다. 8 2017 고등학교 수업대체용 프로그램 [ 학생용]

TIC TAC TOE 2 차시 인공지능 (AI) 과미로찾기

학생용활동지 2 차시 : 인공지능(AI) 과미로찾기 이 활동을 하면 미로찾기의과정에서사람의방법과인공지능(AI) 의방법을비교할수있다. 트리를통해인공지능(AI) 의과정을재현할수있다. 무엇이 필요할까 학생용활동지 어떻게 할까 생각 열기 다음글을읽고생각해봅시다. 미로( 迷路 ) 는복잡한길을찾아출발점부터시작해도착점까지도달하는퍼즐이다. 미로는길을잃 게만들어목표지점에도달하기어렵게만드는구조이고, 미궁( 迷宮 ) 은목표지점에도달할때까지갈 림길이없이연결되도록한것이다. 둘다유사한공간의반복으로최종목적지에도달하기까지심리 적인압박을받으며, 그강도에따라미로나미궁의복잡성이서로다를수있다. 미로나미궁의복 잡한구조를단순화시켜놓은것이직선다이어그램이며, 이는입구와출구를직선상에표시하고, 중 간의갈림길을직선상의좌우또는상하에표시함으로써미로나미궁의전체구조를단순화하여보 여준다. 출처 : https://ko.wikipedia.org/wiki/%eb%af%b8%eb%a1%9c TIC TAC TOC 11

Q. 아래와같은미로문제를해결해보세요. 그리고어떻게해결했는지자신만의전략을적 어보세요. 출처: 인공지능과딥러닝- 인공지능이불러올산업구조의변화와혁신, p67 ~ p70 생각 키우기 다른학생들과미로문제를해결하는자신만의방법을발표하고서로공유해봅시다. 시작( 스타트) 지점에서도착( 골) 지점까지이동하는경우를시각적으로어떻게나타낼수있을지생각해봅시다. 12 2017 고등학교 수업대체용 프로그램 [ 학생용]

생각 펼치기 인공지능(AI) 에서의탐색의기본방법에대해알아봅시다. 탐색이란? 기본적으로여러개의자료중에서원하는자료를찾는작업이다. 컴퓨터가가장많이하는작업중의하나이다. 탐색을효율적으로수행하는것은매우중요하다. 1 순차탐색 탐색방법중에서가장간단하고직접적인탐색방법 정렬되지않은배열의항목들을처음부터마지막까지하나씩검사하여원하는항목을찾아가는방법 2 이진탐색 배열의중앙에있는값을조사하여찾고자하는항목 이왼쪽또는오른쪽부분배열에있는지를알아내어탐색의범위를반으로줄여가며탐색하는방법 10억명중에서이진탐색을이용하여특정한이름을탐색하려면이진탐색은단지 30번의비 교만하면되지만, 순차탐색에서는평균 5 억번의비교과정을거쳐야한다. 위의미로문제에대해탐색하기위해서미로를재구성해보자. TIC TAC TOC 13

트리구조에대해알아봅시다. 트리를이용하여위에서재구성한미로를나타내봅시다. 14 2017 고등학교 수업대체용 프로그램 [ 학생용]

생각 다지기 아래의미로문제를탐색하기위해재구성하고이를트리구조를이용하여나타내봅시다. 여러분이처음에생각한미로문제의해결방안과트리구조를이용한해결방안의차이점은무엇인지서술해보세요. 그리고인공지능(AI) 과트리구조의관계를생각해봅시다. TIC TAC TOC 15

TIC TAC TOE 3 차시 인공지능 (AI) 과 TIC TAC TOE

학생용활동지 3 차시: 인공지능(AI) 과 TIC TAC TOE 이 활동을 하면 게임트리의정의를알수있다. 인공지능(AI) 의탐색방법인 min-max 알고리즘을이해할수있다. min-max 알고리즘을확장한 Alpha-beta pruning 방법을이해하고자신만의알고리즘을개발할수있다. 무엇이 필요할까 학생용활동지 어떻게 할까 생각 열기 친구들과함께 Tic Tac Toe 게임을해봅시다. [Tic Tac Toe] [ 게임방식] 게임에참여하는플레이어는 2 명이다. 양플레이어는서로번갈아가면서가로 자리가빈곳에만점유할수있다. [ 승리조건] * 세로 3 칸씩으로구성된표에서로자리를점유한다. 플레이어가점한 3자리가 1 자로되었을경우그플레이어가승리한다. 테이블이꽉찰때까지결판이나지않으면경기는무승부로한다. ( 출처) https://www.google.co.kr/search?q=tic+tac+toe&source=lnms&tbm=isch&sa=x&ved=0ahukewizq4i _kbnxahxefbwkhvj6cpiq_auicigb&biw=2133&bih=1098 TIC TAC TOC 19

Q. 게임에서승리하기위한자신만의전략을적어봅시다. 생각 키우기 게임트리(Game Tree) 에대해조사하고발표해봅시다. ( 출처) http://en.wikipedia.org/wiki/minimax 20 2017 고등학교 수업대체용 프로그램 [ 학생용]

Min-Max 알고리즘(Minimax Algorithm) 에대해알아봅시다. TIC TAC TOC 21

Minimax algorithm와 Alpha-beta pruning 에대해알아봅시다. ( 출처) http://www.emunix.emich.edu/~evett/ai/alphabeta_movie/sld001.htm AB(n; α, β) If n at depth bound, return AB(n) = static evaluation of n. Otherwise, let n_1,, n_k,, n_b be the successors of n (in order), set k <- 1 and, if n is a MAX node, go to step 2; else go to step 5. Set α <- max[ α, AB(n_k; α, β)]. If α β, return β; else continue. If k = b, return α; else proceed to n_(k+1), k <- k+1 and go to step 2. Set β <- min[ β, AB(n_k; α, β)]. If α β, return α; else continue. If k = b, return β; else proceed to n_(k+1), k <- k+1 and go to step 5. Nils J. Nilsson, <Artificial Intelligence : A New Synthesis>, Morgan Kaufmann, 1998, pp. 205 ( 출처) http://www.aistudy.co.kr/heuristic/alpha_beta_pruning.htm 22 2017 고등학교 수업대체용 프로그램 [ 학생용]

생각 펼치기 아래와같은 [Tic Tac Toe] 게임에서의탐색트리를그려보자. 생각 다지기 여러분이처음에생각한 [Tic Tac Toe] 문제의해결방안과트리구조를이용한해결방안 의차이점은무엇인지서술해보세요. 그리고인공지능(AI) 과트리구조의관계를생각해 봅시다. TIC TAC TOC 23

참 고 자 료 Minimax 알고리즘 위로향하는삼각형노드는자신의수이고, 아래로향하는삼각형노드는상대의수이다. 그리고각각 의숫자는자신을기준으로했을때의평가값수치이다. 그림처럼두단계깊이까지만탐색을수행한다 면, 먼저제일밑의노드들에서각각평가값들을계산한다. 그위노드에서상대방은밑의노드들중에 서평가값이가장작은수를선택하게된다( 자신을기준으로계산한평가값이기때문에상대방에게는 가장작은평가값이가장좋은수가되기때문이다). 그리고다시제일위의노드에서는밑의세개의 노드중에서평가값이가장큰수를선택하게되는데, 그래야만상대가선택하는수가가장좋지않은 수가되고그것이또한자신에게가장좋은수가되기때문이다. ( 출처 )http://www.aistudy.co.kr/heuristic/alpha_beta_pruning.htm 탐색의수를줄이기위한알파베타가지치기 (Alpha-Beta Pruning) Newell, Simon, Shaw는 1958 년알파베타가지치기라는개념을만들어냈다. 이개념은어떠한경우 게임트리의특정한가지는더이상탐색해나갈필요가없다는점에기반한것이다. [ 그림3] 에서왼쪽노드들을탐색하고나면현재까지 MIN의최솟값이 3 이라는것을알수있다. 그리 고가운데노드들을탐색했을때첫노드의평가치가 2 라면, 이는현재까지의최솟값인 3보다작기때 문에상대방은항상이노드를선택하게될것이다. 그러므로자신은절대이노드쪽으로수를두면안 되기때문에가운데노드쪽으로는선택하지않게될것이다. 그러므로더이상가운데노드의자식들 을탐색을수행할필요가없다. ( 출처 )http://www.aistudy.co.kr/heuristic/alpha_beta_pruning.htm 24 2017 고등학교 수업대체용 프로그램 [ 학생용]

이를좀더일반화시킨다면, ' 상대가현재위치이후의어떤지점에서더유리한결과를얻을수있다 면, 현재위치를만드는수는나에게무조건불리하므로더이상고려할필요가없다' 는뜻이된다. 즉 나에게불리한수가만들어지는지점부터는트리의 ' 가지를쳐도(pruning)' 되는것이다. 어떤노드에서가지를쳐도될것인가를구체적으로판단하려면, 게임트리검색의매순간마다현재 까지의탐색에서나에게가장유리한수의최댓값과상대에게가장유리한최댓값을기억하고있어야 한다. 현재의검색에서상대의현재최댓값이나의현재최댓값보다크다면그부분이하는더이상고 려할필요가없다. 이때나의현재최댓값을알파, 상대의현재최댓값을베타라고부른다. TIC TAC TOC 25

연 구 진 < 연구책임자> 함남우( 인천대학교수학과교수) < 연구자문진> 김주아( 한국교육개발원영재교육센터소장) 강병직( 청주교육대학교교수) 심현보( 인천과학예술영재학교교감) < 연구집필진> 김우태( 인천과학예술영재학교교사), 윤덕한( 인천과학예술영재학교교사) 황선미( 인천과학예술영재학교교사), 김완일( 인천과학예술영재학교교사) 김진영( 인천과학예술영재학교교사), 원기재( 인천과학예술영재학교교사) 조대기( 인천과학예술영재학교교사), 허석( 인천과학예술영재학교교사) 조우영( 석남중학교교사), 황영미( 인천효성중학교교사) 2017 융합인재교육프로그램고등학교수업대체용 [ 학생용] TIC TAC TOC 발행일 : 2017. 12. 27. 발행처 인쇄처 : 한국과학창의재단, 인천대학교 : 네오다큐(032-429-1628)

2017 융합인재교육프로그램 [ 학생용 ] 인공지능 (AI) 과빅데이터, 그리고우리의삶 TIC TAC TOC