5. 재미있는 의사결정트리 놀이
핵심 개념
표현과 추론
활동 목표
의사결정트리 놀이를 통해 인공지능이 지식을 표현하고 추론하는 방법을 알 수 있습니다.

인간의 지적 기능을 구현하는 인공지능 기술에서 지식을 어떻게 표현하고 추론하는지가 중요한 과제입니다. 인공지능은 지식을 활용하는 방법에 따라 크게 규칙 기반 인공지능, 학습 기반 인공지능으로 나눌 수 있습니다. 규칙 기반 인공지능은 다양한 데이터 속에서 규칙을 찾고, 이를 바탕으로 추론을 통해 논리적 결론을 내립니다. 본 차시의 의사결정트리를 통해 데이터에서 추론한 규칙을 바탕으로 데이터를 분류하거나, 결론을 바탕으로 데이터의 특징을 예측하는 과정을 체험할 수 있습니다.

준비물 : 교재(활동지), 필기구
학습 활동
도입
학습내용 : 만화 이해하기

데이터의 특징을 알아가는 인공지능에 대해 생각해 봅시다.

학습형태 : 전체학습
활동1
의사결정트리 놀이하기

의사결정트리 놀이 방법 알기

의사결정트리 놀이하기

의사결정트리의 개념 이해하기

학습형태 : 개별학습
학습자료 : 활동지1
활동2
기준 만들어 놀이하기

데이터의 특징을 파악할 수 있는 기준 만들기 놀이

의사결정트리를 통해 데이터의 특징을 표현하고 추론할 수 있음을 알기

학습형태 : 개별학습
활동3
의사결정트리 예측하기

의사결정트리 놀이를 통해 예측해보기

의사결정트리를 통해 인공지능이 지식을 표현하고 추론하는 방법 생각해보기

학습형태 : 개별학습
정리
학습한 내용 확인하기
학습형태 : 개별학습
활동 팁

인공지능이 데이터 속에서 중요한 특징을 찾고 이를 토대로 각 데이터를 분류할 때 의사결정트리와 같은 방법으로 지식을 표현하고 추론할 수 있음을 이해할 수 있도록 합니다.

의사결정트리 외에도 지식그래프 등 다양한 방법으로 지식을 표현하고 추론할 수 있습니다. 의사결정트리는 여러 가지 방법 중 하나로 이해합니다.

시작해요데이터의 특징을 알아가는 인공지능에 대해 생각해 봅시다.
로봇 박물관에 간 누나와 동생 그림. 동생: 이게 다 인공지능 로봇이야? / 누나: 응. 정말 신기하다. 로봇이 남매 앞에서 인사를 하는 그림. 로봇: 안녕? 나는 인공지능로봇 주니라고해. 무엇을 도와줄까? / 동생: 우와~ 진짜 사람 같다. 넌 정말 사람처럼 생각하고 행동할 수 있어?
로봇이 설명하고 남매가 질문하는 그림. 로봇: 쉽지 않은 일이지만 노력하고 있어. 데이터에서 중요한 특징을 찾아 ㄴ나만의 방식으로 표현하고 학습하면서 말이야. / 누나: 데이터에서 중요한 특징을 찾는다고? 어떻게? 로봇이 해맑게 말하고 남매가 감탄하는 그림. 로봇: 데이터를 보면서 스무고개처럼 질문을 하고 답을 찾아내면서 중요한 특징을 찾아. / 남매: 우와!

- 아이들은 무엇을 관찰하고 있나요? O표해 봅시다.

동물
인공지능

- 인공지능은 어디에서 중요한 특징을 찾는다고 했나요?

- 인공지능이 데이터를 보면서 어떻게 중요한 특징을 찾는다고 했나요?

하고 을 찾아내면서 특징을 찾습니다.
학습 목표
의사결정트리 놀이를 통해 인공지능이 지식을 표현하고 추론하는 방법을 알 수 있습니다.

활동
1의사결정트리 놀이하기

▷ 특정 기준에 따라 데이터를 구분하는 의사결정트리 놀이를 해 봅시다.


활동 방법
의사결정트리 놀이 방법을 알아봅시다.
독수리, 돌고래, 팬더, 펭귄 그림

➊ 데이터를 확인합니다. 그림 속 동물의 이름은 무엇인가요?

의사결정트리표. 날개가 있나요? (예)있다면 독수리/펭귄, (아니오)없다면 돌고래/팬더

➋ 첫 번째 질문에 따라 데이터를 이동시킵니다

의사결정트리표. 날개가 있나요? (예)있다면 날 수 있나요? (예)있다면 독수리, (아니오)없다면 펭귄 / 날개가 있나요? (아니오)없다면 지느러미가 있나요? (예)있다면 돌고래, (아니오)없다면 팬더

➌ 두 번째 질문에 따라 데이터를 이동시킵니다

▷ 날개가 있고 날 수 있는 것은 무엇인가요?
▷ 날개가 없고 지느러미가 있는 것은 무엇인가요?
▷ 섞여있는 동물을 이런 방법으로 구분하면 어떤 점이 좋을까요?
동물의 특징을 알 수 있어요.
동물이 모두 몇 마리인지 알 수 있어요.
지도 Tip
- 인공지능이 많은 데이터의 특징을 어떻게 표현하는지 생각해 보도록 합니다.
- 전체적인 모양이 나무를 뒤집어 놓은 것과 같아서 의사결정나무라 부릅니다.
- 동물 카드를 이용하여 실제로 분류해 보며 데이터의 특징을 예측할 수 있습니다.

[활동지 5-1] 의사결정트리 놀이하기

- 부록의 붙임 딱지를 활용해 다음 도형을 의사결정트리로 분류해 봅시다.

○, □, △, ■, ● 도형들이 여러 개 배치되어 있는 그림
의사결정트리표. 질문- 사각형인가? (예)맞다면 질문- 검은색인가? /// 질문-사각형인가? (아니오)틀리다면 질문- 원인가? (예)맞다면 질문. 검은색인가?

활동지 다운로드

활동
2기준 만들기 놀이하기

▷ 1단계. 다음 데이터를 보기 적절하게 분류하기 위한 질문을 만들어 봅시다.

오이, 딸기, 풋사과, 사과가 배치된 의사결정트리표. 질문.(빈칸) -> (예)맞다면 딸기, 오이. / (아니오)틀리다면 사과, 풋사과

질문 :

오이, 바나나, 풋사과, 사과가 배치된 의사결정트리표. 질문.(빈칸) -> (예)맞다면 바나나, 오이. / (아니오)틀리다면 사과, 풋사과

질문 :

지도 Tip
- 나누어진 과일의 공통된 특징을 분류 기준으로 생각할 수 있습니다.
- 같은 데이터라도 기준에 따라 다르게 분류될 수 있습니다.



▷ 2단계. 다음 데이터를 보고 적절하게 분류하기 위한 질문을 만들어 봅시다.

닭, 팬더, 돌고래, 문어, 독수리, 뱀이 배치된 의사결정트리표. 질문1 = (예)맞는 경우- 닭, 독수리 -> 질문2 = (예)맞는 경우- 닭, (아니오)틀린 경우- 독수리 / 질문1 = (아니오)틀린경우- 문어, 팬더, 뱀, 돌고래 -> 질문3 = (예)맞는 경우- 뱀, 돌고래, (아니오)틀린 경우- 문어, 팬더 -> 질문4 = (예)맞는 경우- 팬더, (아니오)틀린 경우 문어
왼쪽에는 질문1~4 글자가 세로로 배치되어 있고, 오른쪽에는 다리가 4개입니까? / 머리에 벼슬이 있습니까? / 다리가 없습니까? / 날개가 있습니까? 글자가 세로로 배치되어 있는 선긋기(짝 이어주기) 표
지도 Tip
- 질문에 따라 분류된 동물 데이터를 보고 각각 어떤 특징을 가지고 있는지 이야기해 보도록 합시다.


활동
3의사결정트리 예측하기

▷ 앞의 활동에서 만든 질문으로 동물은 분류한다고 했을 때 다음 새로운 동물은 어떤 그룹에 속하는지 예측해 봅시다.

새로운 동물. 사자, 달팽이 그림
닭, 팬더, 돌고래, 문어, 독수리, 뱀이 배치된 의사결정트리표. 질문1 = (예)맞는 경우- 닭, 독수리 -> 질문2 = (예)맞는 경우(주황색)- 닭, (아니오)틀린 경우(노란색)- 독수리 / 질문1 = (아니오)틀린경우- 문어, 팬더, 뱀, 돌고래 -> 질문3 = (예)맞는 경우(회색)- 뱀, 돌고래, (아니오)틀린 경우- 문어, 팬더 -> 질문4 = (예)맞는 경우(파란색)- 팬더, (아니오)틀린 경우(초록색)- 문어
- 사자는 어떤 그룹에 속할까요? 주황,노랑,회색,파랑,초록색 네모
- 달팽이는 어떤 그룹에 속할까요? 주황,노랑,회색,파랑,초록색 네모

- 완성된 의사결정트리를 보고 분류된 각 동물의 특징을 정리해 봅시다.

그룹 특징 예시
주황색 동물 그룹 닭
노란색 동물 그룹 예) 날개가 있고 벼슬은 없습니다. 독수리
회색 동물 그룹 돌고래
파란색 동물 그룹 팬더
초록색 동물 그룹 문어


지도 Tip
- 의사결정트리를 활용해 데이터의 특징을 파악하고 분류하거나 예측할 수 있습니다.
- 인공지능은 이렇게 의사결정트리 등의 방법을 활용해 데이터 속에서 중요한 특징을 찾아 분류하거나 예측하는 등의 일을 합니다. 따라서 의사결정트리는 인공지능이 데이터의 특징에 따라 지식을 표현하고 추론하는 방법 중 하나라고 볼 수 있습니다.


정리해요

▷ 다음 낱말 퍼즐을 완성해 봅시다.


낱말퍼즐. <가로열쇠> ①전체적인 모양이 나무를 뒤집어 놓은 것과 같아서 ○○○○○○라고 불려요. 여섯 글자 의----- / ③ 인공지능은 학습을 통해 어떤 일을 분류하거나 예측할 수 있어요. 이 낱말은 ‘학습’과 비슷한 말이에요. 두 글자 공- / ⑤ 인공지능이 학습을 하려면 ○○○가 필요해요. 학습의 원재료라고 할 수 있어요. 세글자 데-- / <세로열쇠> ② 인간의 지능을 구현한 시스템을 말해요. 네 글자 -공-- / ④ 인공지능은 데이터 속 중요한 ○○을 찾아 학습해요. 두 글자 특-

참고자료

- 인공지능, 머신러닝, 딥러닝의 개념

인공지능- 인간이 가진 지적능력을 컴퓨터로 실현하는 기술. 인공지능 영역 안에 들어있는 머신러닝(기계학습)- 컴퓨터가 스스로 학습하여 성능을 향상 시키는 방법. 인공지능 안 머신러닝 안에 들어있는 딥러닝- 뇌 속의 뉴련과 비슷한 인공신경망으로 정보를 처리하는 방법

음성 명령을 인식하는 인공지능 스피커에서부터 나의 소비 습관을 분석하여 상품을 추천하는 서비스까지 우리 생활 속에서 인공지능은 다양하게 활용되고 있으며 여러 가지 편리함을 줍니다.
인공지능(AI; Artificial Intelligence)이란 인간의 지적 능력을 모방하여 컴퓨터로 실현하는 기술을 말합니다. 인공지능에 포함되는 개념으로서 머신러닝(기계학습; Machine Learning)과 딥러닝(Deep Learning)은 인공지능이 학습하는 방식을 의미합니다.
머신러닝은 학습하는 방법에 따라 지도학습, 비지도학습, 강화학습으로 나눌 수 있습니다.(머신러닝 학습 방법과 관련한 내용은 다음 차시에서 더 자세하게 확인하실 수 있습니다.)
딥러닝은 머신러닝의 한 부분으로 컴퓨터에 입력된 수많은 데이터에서 패턴을 발견하고 스스로 학습하여 인간이 사물을 구분하듯 데이터를 분류합니다.

- 데이터와 의사결정트리

최근 인공지능의 원재료인 데이터가 증가함에 따라 인공지능 기술도 급격하게 발전하였습니다. 데이터는 규칙에 따라 정리된 정형 데이터와, 형태나 규칙이 없어 추가적인 해석이 필요한 비정형 데이터로 나눌 수 있습니다.
인공지능으로 문제를 해결하기 위해서는 많은 양의 데이터를 목적에 맞게, 인공지능이 학습하기 좋은 형태로 데이터를 가공하거나, 수집, 분석하는 과정이 필요합니다. 의사결정트리는 데이터 분석 기법 중 하나로서, 의사결정트리 놀이를 통해 여러 가지 데이터를 구조화하여 분류하고 데이터의 특징을 예측하는 과정을 체험할 수 있습니다.

개념 쏙쏙
1
의사결정트리를 활용해 데이터의 특징을 파악하고 분류하거나 예측할 수 있습니다.
2
의사결정트리는 인공지능이 데이터의 특징에 따라 지식을 표현하고 추론하는 방법 중 하나라고 볼 수 있습니다.

함께 확인해요! - 학습활동 평가

평가내용 평가결과
의사결정트리의 방법을 활용해 데이터를 분류하거나 예측할 수 있나요?
수업에 적극적으로 참여하였나요?