본 논문은 공학교육에서 PBL을 실천하기 위한 문제개발 전략을 제시하는데 목적이 있다. 이를 위해 문제개발 경험이 없는 교수들에게 'PBL의 실천과 문제개발을 위한 프로그램'을 제공하여 실제적 문제를 개발하는 경험을 갖게 한 후 이들의 문제개발 과정과 개발된 문제의 특성에 대한 분석 결과를 공학 분야의 실제 업무 과정 및 각 과정의 성과물과 비교하여 문제 개발 시 고려해야 할 사항을 추출하였다. 연구결과, 개발된 문제는 PBL 문제의 주요 특성 중 '실제성'이 부족하였다. 따라서 문제의 실제성을 높이기 위해서는 실제 맥락에서 이루어지는 업무의 단계와 각 단계에서 산출되는 산출물이 문제에 충분히 반영되어야 하고, 학년의 구분없이 모든 교과목에서 활용되어야 할 것이다. 따라서 공학교육의 목적에 부합한 PBL 문제를 개발하기 위해서는 교수들에게 그들의 요구처럼 전공별로 다양한 실제적 문제 사례를 경험해 불 수 있도록 하는 지원이 필요하다고 할 수 있다.
강화 학습(Reinforcement Learning)을 실제 문제에 적용하는 데 있어 가장 큰 문제는 차원성의 저주(Curse of dimensionality)이다. 문제가 커짐에 따라 목적을 이루기 위해서 더 않은 단계의 판단이 필요하고 이에 따라 문제의 해결이 지수적으로 어려워지게 된다. 이를 해결하기 위칠 문제를 여러 단계로 나누어 단계별로 학습하는 계층적 강화 학습(Hierarchical Reinforcement Learning)이 제시된 바 있다. 하지만 대부분의 계층적 강화 학습 방법들은 사전에 문제의 구조를 아는 것을 전제로 하며 큰 사이즈의 문제를 간단히 표현할 방법을 제시하지 않는다. 따라서 이들 방법들도 실제적인 문제에 바로 적용하기에는 적합하지 않다. 이러한 문제점들을 해결하기 위해 복잡계 네트워크(Complex Network)가 갖는 작은 세상 성질(Small world Property)에 착안하여 자기조직화 하는 생장 네트워크(Self organizing growing network)를 기반으로 한 환경 표현 모델이 제안된 바 있다. 이러한 모델에서는 문제 크기가 커지더라도 네트워크의 사이즈가 크게 커지지 않기 때문에 문제의 난이도가 크기에 따라 크게 증가하지 않을 것을 기대할 수 있다. 본 논문에서는 이러한 환경 모델을 사용한 강화 학습 알고리즘을 구현하고 실험을 통하여 각 모델이 강화 학습의 문제 사이즈에 따른 성능에 끼치는 영향에 대해 알아보았다.
대부분의 기계학습 알고리즘은 학습 데이터에서 각각의 범주간의 비율이 동일하거나 비슷하다는 가정 하에 문제를 풀게 된다. 그러나 실제 문제에서는 그 비율이 동일하지 않으며 매우 큰 차이를 보이기도 하는데, 이는 분류 성능을 저하시키는 요인이기도 하다 따라서 본 논문에서는 이러한 데이터의 불균형 문제를 해소하는 방안으로 SVM 앙상블 기법을 적용한 샘플링을 제안하고 이를 실제 불균형 데이터에 적용함으로써 제안된 방법이 기존의 방법들에 비해 향상된 성능을 나타내는 것을 보였다.
실제 응용에서 제기되는 많은 최적화 문제는 실제로 여러 개의 목적함수를 가진 최적화 문제로 분류될 수 있다. 이러한 다중 목적함수 최적화 문제에 적용되온 방법 중에서 다중 목적함수 진화 알고리즘은 해집합을 이용한다는 특성 및 목적함수 처리의 용이성 때문에 많은 연구가 이루어지고 있다. 본 논문에서는 대표적인 다중 목적함수 진화 알고리즘이라 할 수 있는 입실론-다중 목적함수에 대하여 다양한 최적화 문제에 대하여 실험적으로 비교 분석해 보았다.
베이즈주의는 믿음의 정도라는 확률의 의미해석과 수학적 확률론에 의한 계산체계를 기초로 하여 가설과 증거간의 입증(confirmation) 관계를 명료하게 분석한다. 베이즈주의는 증거 E가 가설 H를 입증한다는 것을 PR(HIE&K)-PR(HIK)>0으로 정의한다. 그러나 이러한 분석이 과연 과학자들의 입증개념을 올바로 반영하고 있는가 하는 비판이 오래된 증거(old evidence)의 문제로부터 제기되었다 오래된 증거는 이미 알려진 정보이기 때문에 완전한 확률 값 1을 부여받는다. 이 때 오래된 증거가 가설을 입증할 수 있는가 하는 질문은 베이즈주의자와 실제 과학자 사이에 서로 다른 답변을 도출한다. 먼저 베이즈주의에 따르면 오래된 증거가 가설을 입증할 수 없다. 그것은 PR(EIK)=1일 때 PR(HIK)=PR(HIE&K)의 결과가 도출되기 때문이다. 하지만 과학사의 여러 예들로부터 제시되는 실제 과학자들의 입증개념에 따르면 오래된 증거가 가설을 입증하고 있다. 필자는 이와 같은 입증개념의 이질성 문제가 다만 어떤 증거가 입증 가능한 것인지를 구분해야 하는 질적인(qualitative) 문제일 뿐만 아니라 증거가 가설을 어느 정도 입증하는지 하는 입증도를 정확하게 측정해야 하는 양적인(quantitative) 문제라는 점을 밝힌다. 특히 필자는 양적인 문제를 해결하면 질적인 문제가 자연히 해결된다는 점을 밝히고, 반 프라센이나 가버가 제안한 전략이 모두 질적인 문제만을 다루기 때문에 부분적인 해결책에 지나지 않는다는 점을 밝힘으로써 오래된 증거의 문제의 본질은 양적인 문제에 있다는 점을 주장한다.
추천시스템을 설계하는 방법에는 크게 Content-Based Filtering 기법과 Collaborative Filtering 기법이 있다. 이 중 Collaborative Filtering 기법은 사용자가 아직 평가하지 못한 상품에 대한 예측값을 계산할 때, 나와 유사한 상품선호를 갖고 있는 사람들이 그 상품에 대해 평가한 점수를 활용하는 방법이다. 하지만 순수한 Collaborative Filtering 방법은 일반적으로 알려진 Data Sparsity의 문제, First Rater의 문제뿐만 아니라 예측값의 부정확성과 기하급수적 계산량의 증가로 실제구현이 어렵다는 문제점을 가지고 있다. 본 연구에서는 이러한 'Collaborative filtering' 시스템의 문제들 중 예측의 부정확성과 실제 구현의 어려움을 해결할 수 있는 방법으로 군집분석을 적용해 보았다. 특히 본 연구에서는 군집을 나눌 때, 실제 추천이 이루어지는 상품 도메인이 아닌, 그 상품도메인과 비슷한 선호의 기준을 가지고 선택하게 되는 '선택의 상관관계'가 높은 '이웃 상품도메인'에서 사용자들의 군집을 나누고 이를 실제 추천이 이루어지는 상품도메인에 적용하는 방식을 사용하였다.
본 연구는 뷰티산업 현장 실무 전문가를 양성하기 위한 피부미용 이론 및 실기 수업을 통해 문제중심학습(PBL) 수업 개발 및 적용하고자 한다. 학습자들에게 피부미용 현장에서 일어나는 실제적인 문제를 제시하고, 그 문제를 해결하기 위해 학습자들 상호간에 공동으로 문제를 해결하는 방안을 강구하고자 한다. 학습자들에게 문제중심학습(PBL)을 적용한 피부미용 수업을 진행하고, 수강 후 그 효과에 대해 분석한다. 본 연구 결과로 현장 실제의 문제를 제시함으로써 학습자들이 실제 전문가들이 하는 일을 이해할 수 있었고, 주어진 문제에 대한 다양한 해결방법을 도출할 수 있다는 부분을 알게 되었다고 하여 문제해결 능력 신장을 기대 해 볼 수 있었다. 이와 같은 결과는 문제 탐구와 문제를 해결하기 위한 문제중심학습(PBL) 수업 과정은 학습자의 문제해결능력 향상에 긍정적으로 작용하고 있음을 시사하고 있다.
본 연구에서는 두 치차사이의 접촉 문제를 해석하기 위하여 마찰을 고려한 수직 하중과 접선 하중이 동시에 작용하는 경우에서의 접촉 문제를 수식화하였다. 그리고 두개의 원통의 접촉으로 가정함이 없이 실제적인 인벌루우트 곡면간의 접촉 문제를 해석하기 위하여 유한 요소법을 사용하였으며 비선형 연립 방정식으로 수식화된 된 접촉 문제를 효과적으로 풀기 위하여 최적화 기법을 이용한 산법을 제시하였다. 이때 마찰을 고려한 치차의 접촉 문제 해석에 필요한 수직 압력 분포는 이 등에 의하여 이루어진 결과를 이용하였다. 제시한 산법에 의하여 마찰을 고려한 두 치차의 접촉 문제를 해석하여 치차 손상의 중요한 원인중의 하나인 피팅(pitting) 현상을 유발하는 실제적인 조건을 고려함으로써 자동화 및 정밀화 되어가는 기계의 중요한 부품으로서 치차의 정밀 설계를 하기 위한 정확한 자료를 제시하였다.
강화 학습(Reinforcement Learning)을 실제 문제에 적용하는 데 있어 가장 큰 문제는 차원성의 저주(Curse of dimensionality)였다 문제가 커짐에 따라 목적을 이루기 위해서 더 많은 단계의 판단이 필요하고 이에 따라 문제의 해결이 지수적으로 어려워지게 된다. 이를 해결하기 위해 문제를 여러 단계로 나누어 단계별로 학습하는 계층적 강화 학습(Hierarchical Reinforcement Learning)이 제시된 바 있다 하지만 대부분의 계층적 강화 학습 방법들은 사전에 문제의 구조를 아는 것을 전제로 하며 큰 사이즈의 문제를 간단히 표현할 방법을 제시하지 않는다. 따라서 이들 방법들도 실제적인 문제에 바로 적용하기에는 적합하지 않다. 최근 이루어진 복잡계 네트워크(Complex Network)에 대한 연구에 착안하여 본 논문은 자기조직화하는 생장 네트워크(Self organizing growing network)를 기반으로 한 간단한 환경 표현 모델을 사용하는 강화 학습 알고리즘을 제안한다 네트웍은 복잡계 네트웍이 갖는 성질들을 유지하도록 자기 조직화되고, 노드들 간의 거리는 작은 세상 성질(Small World Property)에 따라 전체 네트웍의 큰 사이즈에 비해 짧게 유지된다. 즉 판단해야할 단계의 수가 적게 유지되기 때문에 이 방법으로 차원성의 저주를 피할 수 있다.
대부분의 시뮬레이션이 특정 시스템의 모델에 대한 분석을 위해 시행된다. 하지만 이러한 용도뿐만 아니라 실제 시스템이 의도대로 진행될 것인지의 검증을 위해서 시뮬레이 션을 사용할 수 있다. 예를 들어, FMS(유연생산시스템)와 같이 분산된 환경에서 작동하는 시스템을 구축하는 경우, 시스템의 작동 여부를 검증하는 용도로 시뮬레이션을 사용할 수 있는데 이 경우 첫단계에는 모든 기계를 시뮬레이션으로 대치하여 처리하다가 한단위씩 실 제 기계로 교환하여 목적에 부합하는지를 검토함으로써 전체 시스템을 용이하게 구축할 수 있다. 위와 같은 경우 그 실행 과정에서 실제 작업과 시뮬레이션 작업이 혼합되어 나타나게 된다. 이러한 혼합 분산 시뮬레이션에서는 실제 작업과 시뮬레이션 작업을 동기화하는 문제 가 발생하며 하드웨어의 실제 작업뿐만 아니라 소프트웨어의 실작업 시간 또는 시뮬레이션 진행에 반영되어야만 한다. 여기서는 실제 작업과 시뮬레이션 작업이 혼합되어 나타나는 혼 합 분산 시뮬레이션을 정의하고, 그 필요성을 살펴본다. 그리고 이러한 문제에 대한 기존의 시뮬레이션 연구들의 적용성을 고찰해 보며, 혼합 분산 시뮬레이션의 운영 방법으로서 중앙 시계를 이용한 실제 작업과 시뮬레이션 작업의 동기화 방안을 제시한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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