사람의 지식을 적어 넣기
사실과 규칙이라는 두 벌의 문법

3차시부터 9차시까지 일곱 시간 동안 우리는 찾는 법을 짰습니다. 물병을 상태로 적었고, 큐를 스택으로 바꿔 보았고, 어림 h를 곱해 보았고, 마지막에는 지형마다 다른 비용이 있는 지도 위에서 A*를 돌렸지요.

그런데 한 가지 짚고 넘어가지 않은 것이 있습니다. 미로 MAZE는 누가 적었나요? 7행 12열의 벽 배치, 지형별 비용 {".": 1, "s": 3, "w": 5} — 전부 사람이 손으로 적어 넣은 것입니다. 알고리즘은 그 위를 달렸을 뿐이에요. 컴퓨터가 아는 세상은 우리가 적어 준 만큼입니다.

이제 지도가 아니라 판단을 적을 차례입니다. 예를 들어 이런 것입니다.

"열이 난다"와 "열이 나고 기침을 하면 감기를 의심한다"는 결이 다른 문장입니다. 앞의 것은 지금 눈으로 확인한 것이고, 뒤의 것은 언제 어디서든 통하는 판단의 다리예요. 오늘 배울 것은 이 두 결을 갈라 적는 문법입니다. 그런데 필요한 문법은 두 벌뿐이고, 그 둘로 적어 놓은 것이 곧 컴퓨터가 스스로 결론을 내는 재료가 됩니다.

사실(fact)은 지금 참이라고 아는 것입니다. "깃털이 있다", "열이 난다", "3학년이다" — 눈으로 확인했거나 누가 알려 주어서 이미 참이 된 것들이에요.

사실을 코드에 적는 방법은 김빠질 만큼 간단합니다. 문자열 하나가 사실 하나입니다. 그리고 지금 아는 사실을 전부 모아 집합(set)에 담습니다.

# 지금 아는 사실
facts = {"깃털이 있다", "헤엄친다"}

왜 하필 집합일까요? 이유가 셋 있고, 셋 다 나중에 코드 한 줄씩으로 되돌아옵니다.

• 중복이 없다. "깃털이 있다"를 두 번 적어도 집합에는 하나만 남습니다. 같은 것을 두 번 안다고 해서 더 아는 것이 아니니까요.
• 순서가 없다. 무엇을 먼저 알았는지는 판단에 아무 영향을 주지 않습니다. "열이 난다"를 먼저 알았든 "기침을 한다"를 먼저 알았든 감기 의심은 똑같이 나옵니다.
• 있는지 없는지만 빠르게 묻는다. 파이썬에서 "깃털이 있다" in facts는 사실이 몇 개든 거의 같은 시간에 답이 나옵니다. 오늘 코드는 이 물음을 수백 번 던집니다.

여기서 한 가지를 분명히 해 둡시다. 컴퓨터는 "깃털이 있다"라는 문자열이 무슨 뜻인지 모릅니다. 그 안에 '깃'이라는 글자가 있다는 것, 그리고 그 문자열이 집합 안에 있는지 없는지만 압니다. 1차시에서 ELIZA가 "3 곱하기 17은?"에 51이라는 답의 존재조차 모른 채 "그건 당신은 어떻게 생각하나요?"라고 되물었던 것과 같은 사정이에요. 뜻은 사람이 읽을 때만 생깁니다.

사실만으로는 아무 데도 못 갑니다. 아는 것에서 모르던 것으로 건너가려면 다리가 필요해요. 그 다리가 규칙(rule)입니다.

IF 조건₁ AND 조건₂ AND …  THEN  결론

사람 말로는 "깃털이 있으면 새다"입니다. 이것을 코드에 적으려면 조건들과 결론을 따로 담을 그릇이 필요해요. 조건은 여럿일 수 있으니 목록에, 결론은 하나뿐이니 문자열에 담고, 둘을 짝(튜플)으로 묶습니다.

이렇게 적은 규칙을 여러 개 모아 목록에 담은 것이 지식 베이스입니다. 오늘 우리가 쓸 지식 베이스는 규칙 6개짜리입니다. 이 여섯 줄은 11차시와 12차시에서도 글자 그대로 다시 쓰므로 눈에 익혀 두세요.

RULES = [
    (["깃털이 있다"],               "새다"),
    (["젖을 먹인다"],               "포유류다"),
    (["새다", "빠르게 난다"],        "매다"),
    (["새다", "헤엄친다"],           "펭귄이다"),
    (["포유류다", "헤엄친다"],       "돌고래다"),
    (["포유류다", "초음파를 쓴다"],   "박쥐다"),
]

여섯 줄을 눈으로 훑으면 두 층이 보입니다. 위의 두 규칙은 관찰한 것에서 바로 나오는 결론이고, 아래 네 규칙은 그 결론을 다시 조건으로 씁니다. "새다"는 1번 규칙의 결론이면서 3·4번 규칙의 조건이에요. 이 이어짐이 다음 시간의 주제입니다.

가르는 잣대는 하나입니다. 지금 이 하나에 대한 이야기면 사실, "~이면 ~이다" 꼴로 언제든 통하면 규칙입니다. "이 새는 깃털이 있다"는 이 새 이야기지만, "깃털이 있으면 새다"는 세상 모든 것에 대한 이야기예요.

여기까지 읽고 이렇게 생각한 사람이 있을 겁니다. "그냥 if 문 아닌가요?" 모양은 확실히 닮았습니다. 하지만 결정적으로 다른 점이 하나 있고, 그 하나가 이 방식 전체를 떠받칩니다.

# 판단이 코드 안에 박힌다
if "깃털이 있다" in facts:
    kind = "새"
    if "헤엄친다" in facts:
        kind = "펭귄"
    elif "빠르게 난다" in facts:
        kind = "매"
elif "젖을 먹인다" in facts:
    ...

# 판단이 데이터로 빠져나온다
RULES = [
    (["깃털이 있다"], "새다"),
    (["새다", "헤엄친다"], "펭귄이다"),
    (["새다", "빠르게 난다"], "매다"),
    ...
]
# 이 목록을 읽는 코드는 따로 있다

①은 사람이 정한 순서대로 실행됩니다. 위에서 아래로 한 번 훑고 끝이에요. ②는 순서 없이 쌓아 둔 규칙 더미이고, 조건이 맞는 것이 스스로 발동합니다. 차이가 어디서 드러나는지는 규칙을 하나 더 얹을 때 보입니다.

마지막 줄이 오늘 시뮬레이터로 직접 확인할 성질입니다. 규칙 목록을 거꾸로 뒤집어 돌려 보면 로그에 찍히는 순서는 달라지는데 결국 알아낸 사실의 집합은 똑같습니다. 이것이 "순서가 뜻을 가지지 않는다"의 뜻이에요.

3단원에서 배울 if 문이 나쁘다는 말이 아닙니다. 판단이 열 개쯤이면 if 가 낫습니다. 짧고 빠르니까요. 그런데 판단이 수백 개가 되고, 그것을 프로그래머가 아니라 의사나 정비 기술자가 관리해야 하는 순간 이야기가 달라집니다. 1980년대 전문가 시스템은 그 순간을 겨냥한 물건이었어요.

규칙을 쌓아 두었으니 이제 어느 규칙이 지금 발동하는가를 판정할 코드가 필요합니다. 직관적으로는 하나만 물으면 될 것 같습니다 — "조건이 전부 아는 사실인가?" 그런데 실제로 필요한 물음은 둘입니다.

def fires(rule, facts):
    conds, concl = rule
    return (all(c in facts for c in conds)   # ① 조건이 전부 이미 아는 사실인가
            and concl not in facts)          # ② 결론이 아직 모르는 것인가

①은 예상대로입니다. all()은 안에 든 검사가 전부 참일 때만 참을 돌려줍니다. 조건 목록에 나란히 놓은 것이 AND였던 이유가 여기서 코드 한 줄로 드러나요. 조건이 하나든 셋이든 이 줄은 그대로입니다.

②가 낯설 겁니다. "결론이 아직 사실에 없어야 한다"는 조건을 왜 붙일까요? 말로 하면 이렇습니다 — 이미 아는 것을 또 알아내는 것은 발동이 아니다. 그런데 이 한 줄을 지우면 단순히 쓸데없는 일이 늘어나는 정도가 아닙니다.

이 둘을 통과한 규칙을 하나 골라 결론을 사실에 더하는 것이 apply_once()입니다. '한 번'이라는 이름 그대로 발동하는 규칙을 위에서부터 찾아 딱 하나만 적용해요. 두 개를 한꺼번에 처리하지 않는 것은 한 걸음씩 눈으로 보기 위해서입니다.

def apply_once(facts, rules):
    for r in rules:
        if fires(r, facts):
            print(f"   규칙 발동:  IF {' AND '.join(r[0])}  ->  {r[1]}")
            return facts | {r[1]}          # 집합에 결론을 더한 새 집합
    print("   발동할 규칙이 없다.")
    return facts

관찰이 {"깃털이 있다", "헤엄친다"}일 때 이 함수를 세 번 부르면 이렇게 됩니다. 실행하기 전에 셋째 칸에 무엇이 찍힐지 먼저 예측해 보세요.

사실 개수가 2 → 3 → 4 → 4로 움직입니다. 새로 알아낸 것은 2개 — "새다"와 "펭귄이다"예요. 셋째 호출에서 멈춘 것이 이 방식의 중요한 성질입니다. 사실은 늘기만 하고 줄지 않으므로, 언젠가 더 늘 것이 없어지는 순간이 반드시 옵니다. 2번째 호출에서 얻은 "새다"가 다음 규칙의 조건이 되어 "펭귄이다"까지 이어졌다는 점도 눈여겨 두세요 — 이 이어짐에 이름을 붙이고 기계에 맡기는 것이 다음 시간의 일입니다.

사진 두 장이 이 문법의 성질과 한계를 함께 보여 줍니다. 규칙은 적어 준 대로만 따집니다. 우리가 "난다"를 조건에서 뺐기 때문에 박쥐가 새가 되지 않은 것이지, 컴퓨터가 박쥐를 알아본 것이 아니에요. 그리고 반대 방향의 사고도 일어납니다 — 관찰을 {깃털이 있다, 젖을 먹인다, 헤엄친다}로 적으면 규칙이 네 번 발동해 펭귄이면서 동시에 돌고래인 것이 만들어집니다. 말이 되는지는 아무도 안 따집니다.

아래 판에는 방금 본 규칙 6개가 그대로 들어 있습니다. 왼쪽에서 관찰한 사실을 켜고 끄면 오른쪽 규칙 가운데 발동할 수 있는 것에 불이 켜지고, 한 걸음 나아갈 때마다 결론이 새 사실로 떨어집니다. 아래 칸에 규칙을 직접 적어 넣을 수도 있어요 — 적어 넣은 규칙에 새 조건이 있으면 왼쪽에 켤 수 있는 사실이 자동으로 하나 늘어납니다.

버튼만 눌러 보고 끝내면 5분이면 끝납니다. 아래 다섯 과제를 공책에 적으면서 하세요. 숫자를 적어 두어야 확인 문제에서 쓸 수 있습니다.

• 표 채우기. 아래 표의 네 가지 관찰을 차례로 켜 가며 ⏩ 끝까지를 누르고, 발동 횟수와 새로 알아낸 사실 수를 적으세요. 켜는 사실을 하나 늘리면 발동도 반드시 느는지도 함께 보세요.
• 반례 만들기 ㉮. 아무 규칙도 발동하지 않는 관찰을 두 가지 찾으세요. 사실을 하나도 안 켠 것은 답으로 치지 않습니다. 켤 수 있는 사실이 5개니 관찰 조합은 모두 32가지인데, 그중 발동이 0인 것은 몇 가지일까요? (판에서 하나씩 세어 봐도 되고, 규칙 6줄을 보고 따져도 됩니다.)
• 반례 만들기 ㉯. 한 마리가 펭귄이면서 동시에 돌고래가 되는 관찰을 만드세요. 몇 번 발동하나요? 그리고 이것이 왜 버그가 아닌지 한 줄로 적으세요.
• 내 규칙 넣기. 초음파를 쓴다 → 새다를 넣고 {초음파를 쓴다, 젖을 먹인다}를 켜 보세요. 무엇이 되나요? 그다음 순환하는 규칙 두 개(새다 → 날개가 있다, 날개가 있다 → 새다)를 넣고 ⏩ 끝까지를 눌러 보세요. 멈추나요, 안 멈추나요? 왜 그럴까요?
• 순서 뒤집기. ↕ 규칙 순서 뒤집기를 누른 뒤 같은 관찰을 다시 돌리세요. 로그에 찍히는 순서와 마지막에 알아낸 사실의 집합 중 무엇이 바뀌고 무엇이 그대로인가요?

판에서 본 것을 이제 코드로 옮깁니다. 아래 코드에는 빈칸이 네 곳 있어요. ①②③은 개념 4에 그대로 적혀 있고, ④는 ①에 적은 줄을 그대로 옮겨 적는 자리입니다. 다 채우고 실행하면 개념 4의 표가 여러분 화면에 찍혀야 합니다.

• 빈칸 ①②③을 채운다. 실행해서 [A]가 새다 → 펭귄이다 → 발동할 규칙이 없다 순으로 나오면 성공입니다. 아는 사실 개수가 2 → 3 → 4 → 4로 움직이는지 확인하세요.
• 빈칸 ④를 채워 일부러 부순다. fires_bad는 검사 ②가 빠진 판입니다. 몇 번 발동하고, 사실은 몇 개 늘었는지 세어 공책에 적으세요. range(6)을 지우지 마세요. 지우면 브라우저 탭이 멈춥니다.
• [C] 표를 읽는다. 여덟 줄 가운데 발동이 (없음)인 줄이 둘 있습니다. 둘의 공통점을 한 줄로 적으세요. 그리고 맨 아래 줄에서 무슨 일이 벌어졌는지도요.
• 본 과제 — 내 분야의 규칙 5개. RULES 목록 아래에 자기 분야의 규칙을 5개 더 적어 넣고 다시 실행하세요. 급식 메뉴 추천, 동아리 배정, 진로 추천, 우리 반 지각 판정 — 무엇이든 좋습니다. 관찰들 목록에도 자기 관찰을 한 줄 넣어야 [C] 표에 나옵니다.
• 본 과제 — 실패한 규칙 1개. 규칙으로 적으려다 실패한 지식을 반드시 하나 적어 내세요. 무엇을 적으려 했고, 어디서 막혔는지 한 줄씩. 이 문장이 12차시 수업의 재료가 됩니다.

오늘 한 일을 한 문장으로 줄이면 이렇습니다. 머릿속에 있던 판단을 목록 하나로 옮겨 적었다. 그 순간 지식은 프로그램이 아니라 데이터가 되었고, 데이터가 되었기 때문에 늘리고, 고치고, 순서를 뒤집고, 통째로 갈아 끼울 수 있게 되었습니다.

그리고 발동의 조건이 둘이라는 것을 배웠습니다. ① 조건이 전부 이미 아는 사실이고, ② 결론이 아직 모르는 것일 때만 규칙이 열립니다. ②를 지우면 답이 틀리는 게 아니라 끝나지 않습니다 — 이것을 여섯 번의 재발동으로 직접 보았어요.

남은 아쉬움도 분명합니다. 오늘 우리는 apply_once()를 손으로 세 번 불렀습니다. 규칙이 100개라면 몇 번을 불러야 할까요? 그리고 언제 그만 불러야 할지는 누가 정할까요? 다음 시간에는 이 되풀이를 기계에 맡기고, 더 나올 것이 없는 그 순간에 고정점이라는 이름을 붙입니다. 오늘 못박은 RULES 6줄은 11차시와 12차시에서 글자 그대로 다시 쓰입니다.

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