컴퓨터과학은 인문학이다.

컴퓨터과학은 자연과학과 달리, 사람과 사회를 대상으로 과학, 공학의 지식과 방법으로 인간과 사회의 문제를 해결하는 학문이라할 수 있으며, 이를 위해 인간의 사고 과정과 의사결정 과정, 판단 과정과 같은 것에 많은 관심이 필요하다. 

 

1936년 앨런 튜링은 인간의 사고(생각) 작업을 대신 처리해 주는 자동화 기계를 설계하고자 했다. 1950년 '컴퓨터 기계 그리고 지능" 제목의 논문을 내면서 이러한 생각을 구체화시켰다. 인간의 생각과 지능을 흉내 내는 자동 기계를 만들기 위해서는 먼저 인간의 사고 체계를 연구 및 이해가 필요하다. 

 

계산 작업은 지루하다. 단순 박복적인 수학 계산 작업을 빠르게 수행하는 기계의 역할을 초기 컴퓨터는 잘 수행했다. 빠르게 발전하면서 인간의 지능적 행위라고 하는 부분까지 일부 대신하기 시작하였고, 그러한 제품(서비스)를 보면 인간의 생각과 행동을 어떻게, 그리고 더 효율적으로 할 수 있을지에 대한 고민이 엿볼 수 있다. 우버 서비스, 카카오 택시는 택시를 잡기 위한 인간의 행위와 판단과 결정을, 자율자동차는 인간의 운전 행위, 판단의 고도의 인지적 작업을 깨닫게 해준다. 

 

우리는 AI 발전과 더불어 디지털 인프라 위에서 인간의 모든 행위(일, 여가, 노동, 경제 등)를 보내고 있다. 컴퓨터과학의 기본적인 개념의 이해를 통해 현재와 미래를 바라보는 관점 조금이라도 가져보고자 청소년부터 성인까지 대상으로 집필한 이책을 읽어보기 시작했다.

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생각의 표현

정보란 기본적으로 나에게 '의미'가 있다란것을 포함하고 있다. 이러한 관점에서 정보와 데이터의 구분은 어느 컴퓨터과학책을 보아도(심지어 수험서나 자격증 관련책에서도) 거의 맨 처음나온다. 

 

12월 24일 크리스마스 이브의 최저/최고 기온 및 눈이올 확률은?

출처 : https://www.yna.co.kr/view/AKR20200104030100004

눈 보기 힘든 올겨울…지난달 적설량, 12월 역대 최소 | 연합뉴스

위와 같이 매일 일기예보에 나오는 기온이나 적설량은 데이터라고 할 수 있다. 우리는 그 정보를 보고 우산을 가져갈지 옷을 더 두껍게 입을지 판단한다. 이것이 정보이다.  정보에서 한 단계 더 나아가면, 이번 주, 다음주, 그리고 그 다음 주도 춥다라는 사실에서 결울은 춥다라는 '지식'에 이르게 된다.(좀 예시가 ...)

따뜻한 나라에서 우리나라 날씨 데이터는 사실상 정보가 될 수 없다. 그 사람들에게는 의미가 없기 때문이다. 데이터는 사람과 환경에 따라 변할 수 있다. 

정보는 무엇으로 표현하는가?

우리는 생각을 문자, 그림, 기호 등으로 표현한다. 이러한 표현은 정보가 될 수도 있다. 

정보는 의미 + 표현
정보를 기호나 글자로 표현하는 것을 부포화라고 한다.

 

우리는 정보를 입력, 처리, 저장하는 과정을 계속한다. 

https://cbh2031.tistory.com/118

 

튜링 기계의 구성 요소

https://blog.naver.com/ringinon/150105239811

튜링 기계는 다음과 같은 주요 구성 요소로 이루어져 있습니다:

1. 테이프 (Tape)
   • 무한히 확장 가능한 테이프이며, 데이터 저장 및 처리를 위한 매체 역할을 합니다.
   • 테이프는 여러 칸으로 나뉘어 있으며, 각 칸에는 특정 기호(알파벳) 또는 공백(빈 칸)이 기록됩니다.
2. 헤드 (Head)
   • 테이프 위를 움직이며 기호를 읽거나 쓰는 장치입니다.
   • 헤드는 한 번에 한 칸씩 왼쪽 또는 오른쪽으로 이동할 수 있습니다.
3. 상태 기록기 (State Register)
   • 현재 기계의 상태를 저장합니다.
   • 상태는 유한하며, 초기 상태와 종료 상태가 포함됩니다.
4. 행동표 (Table of Instructions)
   • 현재 상태와 읽은 기호에 따라 수행할 동작(기호 쓰기, 이동 방향, 다음 상태)을 정의합니다.
   • 행동표는 유한 개의 규칙으로 구성됩니다.

작동 원리

튜링 기계는 다음과 같은 방식으로 작동합니다:

1. 현재 헤드가 위치한 테이프 칸의 기호를 읽습니다.
2. 행동표에 따라:
   • 읽은 기호를 새로운 기호로 변경하거나 그대로 둡니다.
   • 헤드를 왼쪽(L) 또는 오른쪽(R)으로 이동하거나 정지(N)합니다.
   • 상태를 변경합니다.
3. 이러한 과정을 반복하며 계산을 수행하다가 종료 상태에 도달하면 작동을 멈춥니다.

튜링 기계의 특징

• 보편성: 튜링 기계는 모든 알고리즘적 계산을 수행할 수 있으며, 이를 증명하는 것이 *교회-튜링 논제(Church-Turing Thesis)*입니다
• 범용 튜링 기계 (Universal Turing Machine): 특정 튜링 기계를 시뮬레이션할 수 있는 튜링 기계로, 현대 컴퓨터의 이론적 기반입니다
• 결정론적/비결정론적 모델: 결정론적 튜링 기계는 특정 입력에 대해 항상 동일한 결과를 내며, 비결정론적 튜링 기계는 여러 경로를 동시에 탐색할 수 있습니다

현대 컴퓨터와의 관계

튜링 기계는 현대 디지털 컴퓨터의 기본 구조(입력, 처리, 출력)를 추상적으로 모델화한 것입니다:

• 테이프 → 메모리
• 헤드 → CPU
• 행동표 → 프로그램 알고리즘

따라서 튜링 기계는 컴퓨터 과학에서 계산 가능성과 알고리즘 설계의 이론적 토대를 제공합니다

 

 

활용 및 의의

• 계산 가능성 연구: 어떤 문제가 알고리즘적으로 해결 가능한지를 판단합니다.
• 알고리즘 분석: 시간 복잡도와 공간 복잡도를 평가합니다
• 컴퓨터 설계: 현대 컴퓨터와 프로그래밍 언어 개발에 영감을 줍니다.
• 수학적 논증: 결정 문제(Entscheidungsproblem)와 같은 수학적 문제 해결에 중요한 역할을 했습니다

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자동 정보 처리 기계

영화 히든 피거스에서 미국항공우주국에서 수학적인 계산을 하는 여성 근로자의 직업을 "컴퓨터"라고 부른다. IBM 컴퓨터가 도입되고 나서 컴퓨터가 필요 없어지는 상황이되어 직업이 사라진다. 

• 데이터
• 데이처 처리 절차

이 두가지를 컴퓨터에게 알려주면 컴퓨터는 반복, 계산을 사람보다 정확하고 빠르게 해준다. 이를 컴퓨팅이라 한다.