앨런 튜링의 튜링 머신과 이미테이션 게임
강태공수학
최고의 수학자이자 컴퓨터 과학과 AI분야의 선구자인
앨런 튜링은 스티븐 호킹을 비롯한 마거릿 대처 전 영국 총리 등
쟁쟁한 과학자 후보 989명을 제치고
최종적으로 2019년 50파운드 지폐의 주인공으로 선정되었습니다.
2021년 3월 공개한 도안에는 튜링의 사진과 그가 설계한
국립물리학 연구소의 컴퓨터 ACE의 축소형 모델 "파일럿 ACE"가 그려져 있습니다.
앨런 튜링의 서명 그리고 물결 모양의 띠 안에는
0과 1로 이루어진 25자리 숫자 코드가 등장하는데,
이는 그의 생일을 이진법으로 나타낸 것입니다.
그리고 미국의 컴퓨터 GPU 설계 회사인 엔비디아에서
13세대 아키텍처의 코드네임으로 튜링을 선정하였습니다.
ai연구와 컴퓨터 과학의 이론적 토대를 마련한 앨런 튜링에 대해 알아봅시다.
인도에서 근무하는 하급공무원이었던 앨런 튜링의 부모님은
사정상 앨런 튜링을 13살때부터 기숙학교에 보내야 했습니다.
수학적 사고를 좋아하는 앨런 튜링은
13살때 역탄젠트 함수의 무한한 연속을
어림 잡을 수 있는 계산 형식으로 수학적 연구 결과를 도출했습니다.
이 연구는 앨런 튜링이 평생 동안 연구하게 되는 실수의 개념이 들어가 있었습니다.
수학적으로 특히 뛰어났던 앨런 튜링은
15살때는 기초 미적분학의 고급 문제를 풀 수 있는 실력이었고
16살 나이에는 알베르트 아인슈타인의 연구를 접하며 아인슈타인이
뉴턴의 운동법칙에 의문을 제기한 것에 대해 이해하고 연구했습니다.
마침내 기숙학교를 졸업하고
케임브리지 대학교 킹스 칼리지 수학과에 장학생으로 입학하였습니다.
케임브리지 대학교에서 공부하며
앨런 튜링의 인생에 많은 영향을 끼친 폰 노이만의 저서
'양자역학의 수학적 기초("Mathematische Grundlagen der Quantenmechanik" )'를 접했습니다.
특히 힐베르트 공간의 정의와 측정 이론 그리고
슈뢰딩거 방정식을 소개하여
양자 역학의 수학적 엄밀성을 높이는데
중요한 역할을 하였습니다.
앨런튜링의 박사 지도교수이자 매우 저명한 수학자 맥스 뉴먼 교수는
앨런 튜링의 결정 문제 연구를 지원하고,
튜링과 함께 저장 프로그램 방식 컴퓨터 개발에 참여하였습니다.
1936년에 ‘계산 가능한 수에 관하여, 결정문제의 응용’이라는 논문을
미국 프린스턴대학교에서 박사과정을 하며 발표하였습니다.
이 논문은 현대 수학의 아버지라 불리는
힐베르트와 아커만이 1928년 제시한 결정문제(Entscheidungsproblem )에 대해
증명하기 위해 작성된 것이었습니다.
앨런 튜링은 결정문제 해결을 위해 논리적 도구인 계산 기계
즉 튜링 머신을 등장시키며
현대적 컴퓨터의 개념을 도입한 논문으로 더욱 유명해졌습니다.
튜링 머신의 개념은
현대 컴퓨터의 아키텍처 설계, 알고리즘 개발, 프로그래밍 언어 이론 등
컴퓨터 과학 전반에 걸쳐 깊숙이 영향을 미쳤습니다.
튜링 머신을 기반으로 ‘학습을 할 수 있는 기계’로 생각을 확장해 나갔는데
이를 공론화한 계기는
1947년 런던 수학협회에서의 강연이었습니다.
이 강연에서 튜링은 입력된 명령만 수행하는 것으로 알려진 컴퓨팅 기계를
다른 방법으로 사용할 수도 있을 것이라고 제안했습니다.
그것은 프로그램 내장식 컴퓨터가 입력된 내용과 함께
스스로 공부하면서 더 많은 것을 배울 수 있게 될 것이며,
이것이 실현되면 기계가 지능을 갖고 있다고 말하게 된다는 주장이었습니다.
챗 GPT 같은 생성형 인공지능에 쓰이는 현대적 의미의 강화 학습 기법과 유사하다고 할 수 있습니다.
1948년 앨런 튜링은
기계가 지능적 행동을 나타낼 수 있도록 하는 방법을 논의한 보고서
‘지능을 가진 기계(Intelligent Machinery)’를 발표했습니다.
이 보고서에서 튜링은 기존 튜링 머신을 확장한
‘범용 튜링 머신(Universal Logical Computing Machine)’의 개념을 새로 도입해
AI로 할 수 있는 일들로 게임과 언어 학습, 언어 번역, 암호학, 수학 등을 구체적으로 나열했습니다.
그리고 머신러닝의 개념을 도입했으며,
기계를 학습시키는 방법으로 오늘날의 강화학습과 비슷한 보상과 처벌을 제안하기도 했습니다.
"기계가 생각할 수 있을까"라는 의문을 제기하고
"기계"와 "생각한다"라는 주제로 실험을 시작한 앨런 튜링은
1950년 철학 저널 Mind 49에 게재한 앨런 튜링의 논문
"계산 기계와 지능"("Computing Machinery and Intelligence")에서
인공 지능의 개념과 가능성에 대한 획기적인 논의를 제시하였습니다.
현대 AI의 연구의 시작이라고 할 수 있습니다.
특히 이 논문에서는 지금까지 많이 회자되는
‘튜링 테스트(Turing Test)’라고 불리는 이미테이션 게임(Imitation Game)을 제안했습니다.
튜링 테스트는 세 명의 참가자로 구성됩니다.
A (기계)는 인간과 구별하기 어려운 지능을 가진 컴퓨터 프로그램입니다.
B (인간 응답자)는 질문자로서, A와 C 중 누가 기계이고 누가 인간인지 판단해야 합니다.
C (인간)는 기계 A를 속이기 위해 노력하는 인간입니다.
이들은 서로 보이지 않는 격리된 공간에 있으며,
B는 텍스트 기반의 질문을 A와 C에게 던집니다.
B의 목표는 답변만을 보고 누가 기계인지 정확히 식별하는 것입니다.
튜링 테스트의 핵심은 B가 A와 C를 구별할 수 있는지 여부에 있었습니다.
만약 B가 상당한 시간 동안 질문을 던진 후에도 A를 인간 C와 구별할 수 없다면,
튜링은 "기계 A가 사고할 수 있다"라고 주장할 수 있다고 보았습니다.
기계와의 소통이 사람과의 소통과 구분하기 어렵다면 기계가 마치 사람 같다고 볼 수 있으며,
사람은 지능을 가졌으므로 마치 사람같이 보이는 기계도 지능을 가졌다고 볼 수 있다는 것입니다.
논란이 많은 가운데,
AI 분야에서 빠지지 않는 실험 중 하나로
컴퓨터가 지능을 가졌는가 하는 판단 기준으로 사용되기도 했습니다.
ai의 시작과 컴퓨터 과학의 선구자가 된 앨런 튜링의 업적에 대해 영상으로 편하게 보세요.
감사합니다.
수학 지식의 모든 것.
강태공math입니다.
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