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SESSION 41 · Part 8 AI 이해와 활용

딥러닝과
신경망

뉴런 · 레이어 · 가중치 — 오늘날 AI 폭발의 진짜 엔진

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💭

신경망
이해해야 할까?

ChatGPT·Stable Diffusion·자율주행 — 모두 신경망으로 동작한다.
"딥러닝"이라는 단어를 자주 듣지만 정작 무엇이 "깊은(deep)" 걸까?

구조를 알면 AI가 왜 그렇게 동작하는지,
왜 GPU가 필요한지까지 한 번에 이해된다.

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🎯

이 세션에서
배우는 것

🧬
신경망의 기초
뉴런·레이어·가중치 — 신경망의 기본 구성 요소를 설명할 수 있다
🏗️
"딥"의 의미
딥러닝의 "deep"이 무엇을 뜻하는지 이해한다
🔄
학습 메커니즘
신경망이 어떻게 가중치를 조정하며 배우는지 직관적으로 안다
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🧬

뉴런 → 퍼셉트론

생물학적 뉴런을 흉내 낸 가장 작은 수학적 단위 — 퍼셉트론.
입력에 가중치를 곱해 합산 후, 출력으로 내보낸다.

1
입력(input)을 받음
x₁, x₂, x₃ … 여러 개의 신호가 들어옴
2
가중치(weight)를 곱함
각 입력의 중요도(w₁, w₂, w₃)를 곱해줌. 학습으로 조정되는 값
3
합산 후 활성화 함수 통과
모두 더한 뒤, 일정 임계값 넘으면 "켜짐(1)", 아니면 "꺼짐(0)"
4
출력(output) 전달
결과를 다음 뉴런에게 보냄 — 이것이 신경망 한 칸의 동작
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🏗️

신경망 구조 —
층층이 쌓는다

퍼셉트론을 여러 개 모아 층(layer)으로 쌓은 것이 신경망.

입력층
x₁
x₂
x₃
은닉층
h₁
h₂
h₃
h₄
은닉층
h₁
h₂
h₃
h₄
출력층
y₁
y₂

입력층(데이터) → 은닉층(처리) → 출력층(결과). 모든 노드가 다음 층의 모든 노드와 연결

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⛰️

딥러닝의 "딥"이란?

"deep"은 은닉층이 여러 개 깊게 쌓였다는 뜻.

📏 얕은 신경망 (Shallow)
은닉층 1~2개
단순한 패턴만 학습 가능
이미지·언어엔 부족
전통적 머신러닝의 한계
🏔️ 딥 신경망 (Deep)
은닉층 수십~수백 개
계층적으로 복잡한 특징 학습
선·형태·물체로 단계 추출
이미지·언어·음성 모두 가능

계층적 학습: 첫 층은 선·점, 중간 층은 형태, 마지막 층은 "고양이 얼굴" 같은 의미를 알아본다

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🎚️

가중치 학습 —
조금씩 다이얼을 돌린다

"학습한다"는 것은 결국 가중치(weight)를 조정하는 것.
예측이 정답과 차이 나면, 그 차이(오차)를 줄이도록 가중치를 조금씩 움직인다.

1
예측(forward)
현재 가중치로 입력에 대한 출력 계산
2
오차(loss) 측정
예측값과 정답 사이의 차이를 숫자로 표현
3
가중치 업데이트
오차가 줄어드는 방향으로 모든 가중치를 살짝 조정
4
수만 번 반복
오차가 충분히 작아질 때까지 반복 — 이것이 학습
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활성화 함수 —
"켜고 끄는" 스위치

합산된 신호를 비선형으로 변형해주는 함수.
이게 없으면 신경망은 그저 직선만 그릴 수 있다.

📈
ReLU
음수는 0, 양수는 그대로. 가장 흔하고 빠른 활성화 함수
📊
Sigmoid
0~1 사이로 압축. 확률처럼 표현 가능. 출력층에서 자주 사용
📉
Tanh
-1~1 사이로 압축. 평균 0 중심이라 학습 안정적

왜 필요? 비선형이 있어야 곡선·복잡한 경계를 학습할 수 있다 — 그래야 진짜 패턴 인식이 된다

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🔁

역전파 —
오차를 거꾸로 전달

출력층에서 발생한 오차를 입력층 방향으로 되돌려 보내며 가중치를 갱신.

📥 입력
은닉층
은닉층
📤 출력 → 오차!
📥 입력
은닉층 갱신
은닉층 갱신
📤 오차 시작

핵심: "어느 가중치가 얼마나 잘못했는가"를 역방향으로 계산해 모두 조금씩 조정

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🏭

신경망은 공장 컨베이어 벨트

구조와 학습 과정을 한 번에 정리해주는 비유.

🏭 공장 컨베이어 벨트 비유
원자재 투입
=
입력층 — 데이터가 들어옴
각 작업자
=
뉴런 — 자기 역할만 정확히 수행
작업 단계
=
은닉층 — 단계가 깊을수록 정교한 가공
완성품
=
출력층 — 최종 예측 결과
불량품 발생
=
오차 — 정답과 다른 결과
거꾸로 추적·재교육
=
역전파 — 어느 작업자가 잘못했는지 찾아 가르침
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🌐

딥러닝이
바꾼 세상

이 구조 하나로 거의 모든 AI 분야가 폭발적으로 발전했다.

🖼️
이미지 인식
CNN
🎙️
음성 인식
RNN
💬
자연어 처리
Transformer
🎨
이미지 생성
Diffusion
🚗
자율주행
실시간 감지
🧬
단백질 예측
AlphaFold
🏥
의료 영상
진단 보조
🎮
게임 AI
강화학습
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이렇게
이해하셨나요?

맞게 이해하셨어요
신경망은 입력층 → 은닉층(여러 개) → 출력층 구조로 이루어진다
이렇게는 아니에요
"딥"은 모델이 똑똑하다는 뜻 (틀림! 은닉층이 깊게 쌓였다는 의미)
맞게 이해하셨어요
학습 = 가중치를 오차가 줄어드는 방향으로 조정하는 과정
이렇게는 아니에요
신경망이 진짜 인간 뇌처럼 생각한다 (틀림! 수학적 모델일 뿐)
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📌

핵심 정리

🧬
퍼셉트론
입력×가중치 합산 후
출력하는 기본 단위
🏗️
신경망 구조
입력층 → 은닉층 →
출력층
⛰️
"딥"의 의미
은닉층이 여러 개
깊게 쌓인 신경망
🎚️
가중치 학습
오차를 줄이도록
조금씩 조정
활성화 함수
ReLU·Sigmoid —
비선형성 부여
🔁
역전파
오차를 출력→입력
방향으로 전달
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🚀

다음 세션
Session 42 · 자연어 처리와 LLM

딥러닝이 언어라는 가장 어려운 영역을 어떻게 정복했을까?
토큰·임베딩·Transformer·LLM — ChatGPT의 진짜 정체를
다음 세션에서 풀어본다.

💡 기억할 것: 신경망 = 작업자(뉴런)들이 여러 단계로 가공하는 공장. 학습 = 가중치 조정.

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