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능동 추론 Active Inference 쿡북 with Python

고우주

아티팩트 · 2026-11-16 출간 예정

ISBN 9791124236239 · 총류

정가 10,000원 · 전자책

출간 예정전자책국립중앙도서관 ISBN 서지정보 등록

출간되면 알려드릴게요

『능동 추론 Active Inference 쿡북 with Python』는 2026-11-16 출간 예정입니다. 출간되면 서점 판매 링크와 함께 이메일로 한 번 알려드립니다.

책 소개

날아오는 공을 받을 때 우리는 포물선을 계산하지 않는다. 손이 갈 자리를 정하고 관절 각도를 푼 다음 근육에 줄 힘을 따로 계산하지도 않는다. 공이 손에 들어올 것을 예측하고 그 예측이 맞도록 몸을 움직일 뿐이다. 칼 프리스턴의 자유 에너지 원리(free energy principle)는 이 단순한 관찰에서 출발해 지각, 행동, 학습, 주의를 하나의 원리로 묶으려 한다. 뇌는 감각이 얼마나 뜻밖인지를 줄이려 하고 그 일을 예측을 고치거나 세계를 바꾸는 두 가지 방법으로 한다. 두 번째 방법, 곧 행동으로 예측을 참으로 만드는 일까지 함께 다루는 이론이 능동 추론(Active Inference)(active inference)다.

이 이론은 신경과학에서 나왔지만 이제는 로보틱스, 강화 학습(reinforcement learning), 생성 모델(generative model) 연구에서도 자주 만난다. 문제는 들어가는 문이 좁다는 것이다. 원 논문들은 변분 베이즈, 일반화 좌표(generalized coordinates of motion), 위계 동역학 모델을 한꺼번에 전제하고 기호는 낯설며 식과 실제로 돌아가는 코드 사이의 거리가 멀다. 기계 학습에 익숙한 사람도 첫 몇 쪽에서 길을 잃기 쉽다. 한국어로 된 길잡이는 사실상 없다. 이 책은 그 거리를 좁히려고 썼다.

이 책은 이론을 문단으로 차근차근 풀고 같은 이론을 처음부터 짠 파이썬 코드로 다시 확인한다. 식 하나를 세우면 그 식이 무슨 뜻인지 말로 풀고 그 식을 코드로 옮긴 뒤, 실행해서 나온 숫자로 식이 맞는지 따진다. 이론과 코드는 같은 기호를 쓴다. 1 부에서 유도한 예측 오차(prediction error) ε, 정밀도(precision) Π, 미분 연산자 D 가 2 부의 함수와 변수 이름으로 그대로 이어진다.

책 전체에 걸쳐 하나의 주인공이 있다. 바닷속에 사는 상상 속의 원시 생물 Hydar 다. Hydar 는 수온 센서 하나로 자기 깊이를 짐작하는 데서 출발한다. 장이 넘어갈수록 움직이는 세계를 쫓고, 스스로 헤엄치고, 원인을 추정하고, 위아래로 쌓인 뇌로 먹이를 따라가고, 감각 셋을 함께 쓴다. 독자는 같은 생물이 조금씩 똑똑해지는 과정을 따라가며 그때마다 무엇이 더해졌고 그것이 왜 필요한지를 실험으로 확인한다.

실험은 성공만 보여 주지 않는다. 장마다 무엇이 무너지는지도 함께 본다. 학습률(learning rate)이 이산 시간의 한계를 넘으면 믿음이 발산하고, 잡음의 매끄러움을 잘못 짐작하면 고차 정보가 추론을 망치며, 전방 모델(forward model)의 부호 하나가 틀리면 Hydar 는 반대쪽으로 달아난다. 원리는 단순하지만 그것을 안정되게 계산하는 일은 섬세하다는 것, 이 책이 실험을 통해 거듭 확인하는 사실이다.

기계 학습이나 딥러닝을 공부했고 변분 오토인코더(variational autoencoder)나 베이즈 추론(Bayesian inference)을 들어 본 개발자와 대학원생, 계산 신경과학이나 인지 과학에 관심 있는 연구자, 강화 학습의 대안으로 능동 추론(Active Inference)를 살펴보려는 로보틱스와 제어 엔지니어를 염두에 두었다. 필요한 선수 지식은 고등학교 수준의 확률과 미분, 그리고 numpy 를 읽을 수 있을 정도의 파이썬이다. 그 밖의 수학, 곧 가우스 분포(Gaussian distribution)의 성질, 쿨백-라이블러 발산(Kullback-Leibler divergence), 라플라스 근사(Laplace approximation), 일반화 좌표는 본문에서 필요할 때마다 유도한다.

이 책의 뼈대는 Charel van Hoof 가 Kaggle 에 공개한 튜토리얼 시리즈 「Free Energy Principle tutorial without a PhD」다. 이론 노트북 다섯 편, 코드 노트북 여덟 편, 잡음 노트북, IWAI 2024 튜토리얼로 이루어진 이 시리즈가 없었다면 이 책도 없었다. 이 책은 원본을 번역하지 않고 그 흐름을 따라 한국어 독자에게 맞게 새로 썼다. 원본에 없는 이론 배경과 유도, 실험과 실패 조건을 더했고 원본의 관찰이 이 책의 구현에서 다르게 나온 곳은 그 사실을 본문에 그대로 밝혔다. 각 장의 「더 읽을거리」 첫 줄에 바탕이 된 원본 노트북을 적었다. 원본이 기대고 있는 셰린 그림버헌(Sherin Grimbergen)의 잡음 생성 코드와, 원본의 실험들이 따라간 프리스턴과 보가츠를 비롯한 여러 연구자의 논문에도 빚을 졌다.

자유 에너지 원리는 아직 자라고 있는 이론이다. 이 책이 그 이론으로 들어가는 문을 조금 넓히고 독자가 각자의 Hydar 를 만들어 보는 출발점이 되기를 바란다.

출처: 국립중앙도서관 출판예정도서 등록 정보(출판사 제출)