데블스캠프2017/Deep Learning Day

이스트소프트 AI Plus Lab

컴퓨터 비전
자연어 처리
악성코드 탐지
금융시장 예측

1. 딥러닝의 원리

1.1. 딥러닝의 이해
1.2. 딥러닝의 원리 1 - similarity
1.3. 딥러닝의 원리 2 - Probability

2. ~~(딥)~~러닝

2.1. K Nearest Neighbor Classifier
2.2. Linear Classification

3. 고래 등에 태운 텐서플로

4. 딥러닝과 자연어 처리

5. 인공지능의 미래

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1. 딥러닝의 원리 ¶

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1.1. 딥러닝의 이해 ¶

인공지능
- 사람만큼이나 사람보다 똑똑한 기계
머신러닝
- 더 많은 데이터를 더 빠르게 처리할 수 있지만, 처리 알고리즘은 사람이 만들어야 한다
- 사람보다 똑똑한 기계를 만들기 위해 사람(생물)이 학습하는 방법을 모델링
  - 데이터로부터 경험적, 귀납적으로 만들어낸 알고리즘에 의해 추론
  - feature와 label
  - 더 좋은 feature들을 추출할 수 있다면, 더욱 쉽게 분류할 수 있다
  - feature engineering
    - 딥러닝 이전 머신러닝에서 반드시 수행되어야하는 작업
    - 사람이 정답을 더 잘 찾기 위한 특징을 찾아내고 (->도메인 전문가)
    - 사람이 데이터에서 그런 특징을 식별하고 추출하는 알고리즘을 설계하는 것 (->알고리즘)
- 단일 층으로 분류가 불가능하다면, 분류가 가능할 때까지 공간을 변형시키면 된다
  - 즉, 다중 층을 사용하면 된다
딥러닝
- 여러 층을 통째로 학습시키면(차원이 늘어나면)
- 사람이 찾을 수 있는 특징보다 더 좋은 특징을 찾아 분류를 할 수 있다
- 이 특징은 사람이 이해하기에는 어려울 수 있다
- 더 어렵고 복잡한 문제를 해결할 수 있는데 이를 수용력이라 함
- 딥러닝은 머신러닝 더 넓은 수용력을 가지는 학습 방법
- 학습할 데이터가 충분히 많아야 더욱 정확하고 복잡한 특징을 추출할 수 있게 된다
딥러닝에 필요한 것들
- 선형대수학
- 확률과 통계
- 다변수 미적분
- 알고리즘, 최적화
- 기타 등등
  - 정보이론(엔트로피 ..)
  - 기타 수학적 이론들

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1.2. 딥러닝의 원리 1 - similarity ¶

딥러닝에서는 스스로 좋은 feature를 찾아가기 때문에 최대한 손실이 없는 데이터를 사용하는 것이 유리하다
벡터의 유사도를 나타내는 방법
- 유클리드 거리(두 벡터의 차이)
- 코사인 유사도(두 벡터의 내적)
- 하지만 유사한 데이터라고 해서 유사한 벡터인 것은 아니다
- 이를 해결하는 것이 머신러닝의 핵심적인 목교
입력층 벡터를 유사하게 -> 입력 데이터의 모델링
마지막 은닉 층 벡터를 유사하게 -> 네트워크 모델링
Supervised Learning
- 분류의 정답인 함수 값을 통해 어떤 데이터들이 분류가 같아야 하고, 분류가 달라야하는지
- 기준을 가르치는 것
뉴럴 네트워크를 학습한다는 것
- 학습한다는 것은 정답과의 오차를 줄이는 방향으로 모델 파라미터를 수정해 나가는 것
- 학습이 잘 된 후에는 어떤 입력에 대해 강하게 반응하려면 가중치가 그 벡터와 유사해 진다
모델링
- 더 적은 데이터를 가지고 더 적합한 학습을 시킬 수 있도록하는 것이 모델링
- ex) CNN
응용
- 변종 악성코드의 탐지와 분류
- 악성코드의 유사도
  - 메타데이터가 유사하다
  - 파일 구조와 내용이 유사
  - 코드 패턴, 행위 패턴이 유사
  - 사용하는 API가 유사
  - 개발자의 습관이 유사
  - 노리는 대상이나 취약점이 유사
  - 통신하는 대상이나 패킷이 유사
  - 압축, 난독화, 암호화, 패키지 방식이 유사
  - 악성 여부?
    - 정말 모든 악성 코드를 유사한가?
    - 정말 모든 정상 코드는 유사한가?
    - 정말 정상코드와 악성코드는 유사하지 않은가?
  - 탐지명
    - 보안 분석가들이 오랜 기간동안 악성코드를 분류
    - 유사한 악성코드를 같은 탐지명으로 분류할까?
    - 같은 탐지명으로 분류된 악성코드들은 유사할까?
    - 하나의 악성코드는 하나의 탐지명으로만 분류할 수 있을까?
  - 탐지명을 label로 학습을 시킨다 하더라도
- 신종 악성코드의 탐지와 분류
  - 학습한 데이터의 유사한 악성코드가 없다
  - 학습한 훈련 데이터에 같은 분류로 분류된 악성코드가 없다

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1.3. 딥러닝의 원리 2 - Probability ¶

변별 모델
- classification, regression
- 입력 데이터 x가 주어질 때, 간단한 응답 y를 결정
- 조건부 확률을 사용
  - 조건부 확률의 함정
  - 조건부 활률 뒤집기
    - 수 많은 경우의 수가 존재하므로 직접 계산하는 것은 굉장히 어렵다
    - 결합 확률
      - x,y가 동시에 일어날 확률
      - 베이즈 정리에 의해 계산
    - 결합 확률을 계산
생성모델
- y라는 속성을 같는 그럴듯한 x를 생성
- 딥러닝을 활용하면 y뿐만아니라 대량의 x로부터 숨겨진 특징 z를 찾아낼 수 있다
- 가르친 적 없는 x를 생성
- 딥러닝 기반 생성모델 VAEs, GANs, Auto-Regressive model, DBNs, RBMs

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2. (딥)러닝 ¶

http://cs231n.stanford.edu/

이미지 분류기

이미지 데이터를 각 픽셀에 대해 rgb로 표현
다른 시각에서, 다른 성질을 가진 같은 물체를 어떻게 같은 label로 분류할 것인가
hard-code로는 분류기를 만드는 것이 불가능함

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2.1. K Nearest Neighbor Classifier ¶

이미지를 학습하여 저장
새로 들어온 이미지를 차이가 가장 작은 값을 통해 분류
비교하는 방법
- 픽셀값으 절대값 거리 계산
- 이를 distance로 사용
분류 시간이 linear하게 증가
CNN 모델에서는 학습시간은 증가하지만, 분류가 빠름
hyper parameter
- L1 distance vs L2 distance
- K?
- 실험적으로 hyper parameter를 결정
  - 학습 데이터 중 일부를 validation data로 사용
  - cross-validation

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2.2. Linear Classification ¶

선을 그어 분류하는 방법
non-parametric approach
- KNN 등
parametric approach
- 선의 기울기를 사용하여
- f(x, W) -> 분류
- score function f = W*x + b = 점수의 벡터
loss function
- 학습 데이터에 대해 unhappiness를 측정하는 함수
- loss function을 작게 만드는 과정 -> optimization
- ex) SVM loss function
softmax classifier
- score = 특정 분류에 대한 normalized 되지 않은 조건부 확률
- loss function = -log(normalized score)
optimization
- loss function을 최소화하는 W을 구하는 과정
- random search
  - W를 랜덤하게 생성하여 찾은 W 중 가장 loss 값을 가지는 W를 선택
  - 낮은 정확도
- gradient descent
  - 가능한 작은 h를 사용하여 gradient를 측정
  - loss가 작아지는 방향으로 점진적으로 접근