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자율주행차는 어떻게 학습하고 운전할 수 있는 것일까? (Neuroevolution)

"자율주행차는 어떻게 학습하고 운전할 수 있는 것일까? (Neuroevolution)"에 대한 내용입니다.
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최초등록일 2023.12.05 최종저작일 2023.12
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자율주행차는 어떻게 학습하고 운전할 수 있는 것일까? (Neuroevolution)
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    소개

    "자율주행차는 어떻게 학습하고 운전할 수 있는 것일까? (Neuroevolution)"에 대한 내용입니다.

    목차

    1. Genetic Algorithm (유전 알고리즘) - 진화론적 방법
    2. Neuroevolution
    3. NEAT (NeuroEvolution of Augmenting Topologies)
    4. 실제 자율주행 적용

    본문내용

    자율주행차가 어떻게 학습하고 운전하는지를 가장 쉽게 이해하기 위해 간단한 게임 환경을 위주로 설명하도록 하겠습니다. 여기서는 게임 소스코드작성이 아닌 방법론 위주로 설명하도록 하겠습니다.
    고전적인 소프트웨어 방법론에서는 운전의 상황별 알고리즘을 프로그래밍 해주려 할텐데 현대적 개념의 자율주행은 인공지능을 기반으로 하고 있습니다. 여기서는 일일이 복잡한 상황을 고려해서 sine cosine 함수와 같은 복잡한 공식을 작성하는 것이 아니라 컴퓨터 스스로 학습을 하도록 하는 것이 핵심입니다.
    인공신경망 즉, neural network를 형성한 후 수업이 많은 반복 학습과정을 통해서 이런 도로에서는 좌회전 이런 도로에서는 우회전 하도록 유도하는 방법이 있을 수 있습니다. 이 때 사람이 해주어야 할 일은 이러한 인공신경망을 잘 설계해서 넣어주기만 하면 될 것입니다.
    하지만, 너무나 복잡한 도로 상황 등을 고려하면 이러한 인공신경망을 선정하는 것 조차도 때로는 쉽지않고 힘든 일 일 수 있습니다. 여기서는 인공신경망 조차도 스스로 알아서 필요한만큼 키우고 줄이고 하면서 최적화시킬 것입니다.

    참고자료

    · 없음
  • AI와 토픽 톺아보기

    • 1. 유전 알고리즘 (Genetic Algorithm)
      유전 알고리즘은 자연 진화의 원리를 모방한 강력한 최적화 기법으로, 복잡한 문제 공간에서 좋은 해를 찾는 데 매우 효과적입니다. 특히 전역 최적값을 찾기 어려운 비선형 문제에서 우수한 성능을 보이며, 병렬 처리가 용이하다는 장점이 있습니다. 다만 수렴 속도가 느릴 수 있고 파라미터 튜닝이 필요하다는 단점이 있습니다. 현실 세계의 다양한 분야에서 스케줄링, 설계 최적화, 게임 AI 등에 성공적으로 적용되고 있으며, 앞으로도 하이브리드 알고리즘과의 결합을 통해 더욱 발전할 것으로 예상됩니다.
    • 2. 신경진화 (Neuroevolution)
      신경진화는 신경망의 구조와 가중치를 동시에 진화시키는 혁신적인 접근법으로, 전통적인 역전파 학습의 한계를 극복할 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다. 특히 강화학습 환경에서 에이전트가 직접 경험을 통해 최적의 신경망을 발견할 수 있다는 점이 매력적입니다. 그러나 계산 비용이 매우 높고 수렴이 불안정할 수 있다는 문제가 있습니다. 로봇 제어, 게임 플레이, 신경망 아키텍처 탐색 등에서 흥미로운 결과를 보여주고 있으며, 향후 병렬 처리 기술의 발전과 함께 더욱 실용적인 응용이 가능할 것으로 기대됩니다.
    • 3. NEAT (NeuroEvolution of Augmenting Topologies)
      NEAT는 신경망의 위상 구조를 점진적으로 확장하면서 진화시키는 우수한 알고리즘으로, 불필요한 복잡성을 피하면서 필요한 구조만 발전시킨다는 점에서 효율적입니다. 초기 단순한 네트워크에서 시작하여 필요에 따라 뉴런과 연결을 추가하는 방식은 생물학적으로도 타당하고 계산 효율성도 우수합니다. 특히 XOR 문제 같은 고전적 문제부터 복잡한 게임 AI까지 다양한 영역에서 성공적으로 적용되었습니다. 다만 대규모 문제에 대한 확장성이 제한적일 수 있다는 점이 개선 과제입니다. NEAT의 개념은 현대 신경망 아키텍처 탐색 연구에도 영향을 미치고 있습니다.
    • 4. 자율주행차 학습 및 운전 프로세스
      자율주행차의 학습 및 운전 프로세스는 다양한 센서 데이터 처리, 환경 인식, 의사결정, 제어 등 여러 단계를 통합하는 복잡한 시스템입니다. 딥러닝과 강화학습을 활용한 엔드-투-엔드 학습이 주목받고 있지만, 안전성과 신뢰성 확보가 가장 중요한 과제입니다. 시뮬레이션 환경에서의 학습과 실제 도로 환경의 차이를 극복하기 위해 도메인 적응 기술이 필수적입니다. 또한 예측 불가능한 상황에 대한 대응 능력과 윤리적 의사결정 문제도 해결해야 합니다. 현재 기술 수준에서는 제한된 환경에서의 자율주행이 가능하지만, 완전 자율주행 실현까지는 여전히 많은 연구와 개발이 필요합니다.
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