프로그램명 유전 알고리즘 활용 사례 살펴보기 학교급 중학교 차시 3/3
학습목표 유전 알고리즘의 활용 사례와 적용할 수 있는 문제를 탐색할 수 있다.
학습자료 가위, 멀티미디어, 학습지, 교수용 ppt, 숫자카드
성취기준
과학
[9과07-01] 과학과 관련된 직업의 종류와 하는 일을 조사하고, 그 직업에 필요한 역량에 대해 토의할 수 있다.
[9과07-02] 현대 사회의 다양한 직업이 과학과 어떤 관련성이 있는지 예를 들어 설명하고, 미래 사회에서의 직업의 변화를 토의할 수 있다.
[9과24-01] 과학기술과 인류 문명의 관계를 이해하고 과학의 유용성에 대해 설명 할 수 있다.
[9과24-02] 과학을 활용하여 우리 생활을 보다 편리하게 만드는 방안을 고안하 고 그 유용성에 대해 토론할 수 있다.
도덕
[9도02-05] 정보화 시대에 요구되는 도덕적 자세와 책임의 도덕적 근거와 이유 를 제시하고, 타인 존중의 태도를 통해 다양한 방식으로 의사소통할 수 있다.
[9도04-02] 과학 기술이 현대인의 삶에 미치는 긍정적인 영향과 가치를 설명하 고, 동시에과학 기술이 지닌 문제점과 한계를 열거하며, 과학 기술의 바람직한 활용 방안을 제시할 수 있다.
기술 가정
[9기가05-01] 기술의 발달에 따른 사회, 가정, 직업의 변화를 이해하고 미래 기 술 활용 및 사회의 변화에 대하여 예측한다.
흐 름 차시 교수·학습 내용 학습자료( )
유의점( )
감성적 체험 (성공의
경험) 3 차시
개별 학습
• 전시학습 상기
- 지난 시간에 학습한 내용을 떠올려 봅시다.
무엇에 대해 살펴보았었나요?
(유전 알고리즘을 응용하여 사람의 모습을 구현해 보았습니다.)
- 이번 시간에는 유전 알고리즘을 응용하여 문
제를 해결하고 있는 다양한 사례를 살펴보고
여러분의 생각을 함께 나누어 보도록 하겠습 니다.
활동 소감 이야기 나누기
- 알게 된 점, 어려웠던 점, 개선시키고 싶은 점 등에 관해 반 친구들과 함께 이야기 나누기
• 과학기술의 필요성 이해하기
- 유전자 알고리즘의 실제 문제해결사례 찾아 보기
① Travelling Salesman Problem(TSP, 순회외판 원문제)
순회외판원 문제는 대표적인 NP 문제로 문제의 해결 에 많이 사용이 된다. 영상에서 메인 GUI의 오른편 상자에서 20개의 색으로 구분된 가로줄은 하나의 염 색체를 나타내고, 세로 3000줄은 해를 탐색하는 집단 의 수가 3000개라는 것을 의미한다. 시간이 흐를수록 좋다고 생각되는(또는 충분히 반복 연산해서 검증된) 해 부분이 동일한 색깔을 갖추어가는 모습을 보여주 기 때문에 유전 알고리즘의 특징을 잘 보여주고 있다.
② 로봇주행성능 향상
★ 지적 만족감, 성취감, 도전, 공감
TSP(순회외판원) 영상
https://www.youtube.
com/watch?v=CrBHS T9ZK80
제시하는 영상들의
계산과정을 직접적으로
이해하기에는 내용이
어려우므로 유전 알고
리즘을 통해 컴퓨터가
문제를 개선하고 해결
해 가는 과정을 경험
해 보도록 한다.
유전 알고리즘을 이용한 로봇의 주행성능을 향상시 키는 영상으로 그 과정을 실제 로봇의 움직임으로 확인할 수 있다. 6개의 독립된 다리를 제어하는 명 령을 랜덤으로 생성해서 실제 로봇의 주행거리, 자 세 등을 센서로 입력받고, 더 나은 움직임을 보인 명령들을 계속해서 발전시켜 나간 것으로 생각해볼 수 있다.
③ 모나리자 이미지 만들기
<150개의 원으로 모나리자 그리기>
150개의 원으로 모나리자와 흡사한 이미지를 얻어 내는 과정을 나타낸 영상이다. 먼저 랜덤하게 추출 하여 조합을 만든 뒤 이 조합과 원본 이미지의 컬러 값 차이를 점수로 만들어 저장한다. 여기에 돌연변 이를 시켜 개체를 만들고, 색을 바꾸거나 도형을 더 하거나 빼는 식으로 계산한다. 새로운 개체와 원본 이미지의 컬러값의 차이를 점수로 만들어 저장하고, 새로운 개체가 우수할 경우 살아남기고, 값이 적은 것은 삭제한다. 이러한 과정을 반복하며 알고리즘을 완성한다.
로봇주행성능향상 https://www.youtube.
com/watch?v=KHV7f Wvnn_0
모나리자 이미지 만들기
https://www.youtube.
com/watch?v=rGt3iM AJVT8
https://www.youtube.
com/watch?v=f5g8k-n4j_o
④ 게임에서의 최적화 방법 찾기
위 영상은 마리오가 목적지까지 가기 위해 어떤 타 이밍에 ‘점프’를 해야 하는지 유전 알고리즘으로 연 구한 과정을 보여주고 있다. 오른쪽 영상은 테트리 스 게임을 이용하여 유전 알고리즘을 적용하면서 자 동으로 게임 실력을 향상해 가는 과정을 보여주고 있다.