[📪정보] [컴퓨터 입문 칼럼] 2. 자료구조, 알고리즘

[Navy(211.195)]

자료구조와 알고리즘은 프로그램이라는 '집'의 '벽돌'이다. 오늘은 이 두 가지 개념을 소개하고자 하는데, 깊게 파고 들어가면 하나마다 전공서 하나 분량이므로 거의 개념만 다루는 식으로 얕게 지나가겠다.

지난 화 댓글의 좋은 코멘트대로 이 개념들을 살펴보기 전에 ‘객체지향 프로그래밍’과 ‘절차적 프로그래밍’이라는 개념들부터 살펴보는 것이 맞다. 그러나 이 칼럼에서는 독자 분들이 궁금해하는 AI와 현실기술에 대하여 중후반부에 다룰 예정이므로 아무래도 분량 문제가 있다. 그래서 1~4화에서는 이 개념들은 다루지 않고, 컴퓨터과학의 주요 개념 중 일부만 간단히 소개하고 넘어가고자 한다.

추후 이 칼럼이 완결되고 내 지식이 더 쌓이면, 기본2 version으로 칼럼을 새로 쓰든지 할 수도 있겠다.

I. 자료구조

말 그대로 데이터를 구조적으로 표현하는 방식이다.

...쉽게 풀어쓰자면, 데이터를 보관하고 정리하는 기술이다.

비유를 하자면, 수많은 레고블록이 있다고 하자. 레고블록을 잘 맞춰서 장난감을 만들고 싶은데 땅바닥에 레고블록이 어지럽게 펼쳐져 있다면 어떻게 되겠는가? 설계도의 매 단계마다 알맞는 레고블록을 찾느라 애를 써야 할 것이다.

그런데 레고블록이 보관함에 잘 정리가 되어 있다면? 굳이 매번 바닥을 헤맬 필요 없이 보관함의 특정 위치를 찾아서 왔다갔다 하면 된다.

자료구조도 마찬가지다. 적절한 자료구조를 사용하면 데이터를 찾고 활용하는 속도도 빨라지고, 기억장치의 공간도 효율적으로 사용할 수 있다.

종류로는 배열, 연결리스트, 스택, 큐, 이진트리, 그래프 등이 있다. (위 그림에서 순차리스트가 배열로 구현된다.)

나무위키의 표현을 빌리자면, 배열은 ‘철수 1번, 영희 2번, 민수 3번, 순이 4번...’식으로 자료의 순번을 맞추는 방식이고, 연결리스트는 ‘철수 다음 영희, 영희 다음 민수, 민수 다음 순이...’식으로 자료를 연결하는 방식이다.

연결리스트는 배열에 비해 데이터의 추가/삽입/삭제가 쉽지만 탐색 속도가 떨어지는 단점이 있다.

굳이 여기서 다른 종류까지 소개할 필요는 없을 것 같다. 어쨌든 상황에 따라서 적절한 자료구조를 사용하면 된다.

<그림설명> 놀랍게도 수능에도 나왔다. 2011년도니까 언어영역이던 시절.

II. 알고리즘

‘곳곳에서 자주 보이는데 뭔 뜻인지는 모르는’ 용어 중 하나다. 페르시아 수학자 알-콰리즈미의 이름에서 유래했다.

넓게는 ‘문제를 해결하기 위한 절차, 방법, 명령어들의 집합’을 의미한다. 컴퓨터과학에서는 ‘반복되는 문제를 풀기 위한 작은 프로시저(procedure, 진행절차)’를 의미한다.

컴퓨터 프로그램은 정교한 알고리즘의 집합이라고 할 수 있다.

간단히 말하면,

1) 어떠한 입력이 있을 때,

2) 그 입력에 따라 명확하게 명령을 실행하고,

3) 효과적으로 입력에 따른 결과물을 도출하는 것.

실생활에 비유해서 지식백과에 나와있는 예시를 하나 들어보자.

“학교 갈 준비 해라.”

우리는 그 ‘준비’가 아침먹기, 교복입기(물론 난 대학생이니까 예외다), 가방챙기기 등을 포괄하는 질문임을 알고 있다.

그런데 컴퓨터는?

‘준비’라는 단어 하나 가지고는 무엇을 할지조차 결정할 수 없다.

그래서 우리는 ‘아침먹기 -> 교복입기 -> 가방챙기기’라는 절차를 하나하나 지정해서 프로그래밍언어를 활용해 명령을 내려야 하는 것이다. 그 과정에서 효율성을 높이기 위해서 절차적 프로그래밍 / 객체지향 프로그래밍 / 자료구조 등등을 적절하게 활용하는 것이고.

이런 '절차'를 알고리즘이라고 부르고, 프로그래머들은 알고리즘을 짠 후 그것을 프로그래밍언어를 통해 작성하여 소프트웨어를 완성한다.

알고리즘을 짜는 것 자체도 중요하지만, 효율적이면서 명확하게 짜는 것도 중요하다. 알고리즘을 짰는데, 1번 동작하는 데 100년이 걸리는 프로그램을 누가 쓰기는 할까? 혹은 내가 짜놓은 프로그램을 어쩌다 보니 다른 프로그래머가 읽거나 고칠 일이 생겼는데, 애매하게 짜놓으면 그 프로그래머가 내 프로그램을 고치는 것은 둘째치고 제대로 이해할 수나 있을까? (당장 위 그림만 봐도 복잡하다)

이런 점에서 프로그래머들이 단순히 프로그래밍언어를 입력하는 코딩기계 역할만 하는 게 아니라는 점도 알 수 있겠다.

알고리즘은 인공지능의 ‘학습’, 암호 알고리즘, 블록체인(암호화폐 관련 위변조 방지 기술), 유튜브 등에서 전방위적으로 활용된다. 뉴스에서도 자주 보이는 용어다.

다음 칼럼에서는 운영체제, 네트워크, 데이터베이스를 다뤄보겠다. 이상한 내용 있거나 그림 저작권문제 걸리면 지적 바란다.

[익명(118.39)]

[익명(49.164)]

사족: 알고리즘의 원정의에 따르면 sum = a + b 같은 완전 단순한 계산도 다 알고리즘이기 때문에, 보통 프로그래머 사이에서 "알고리즘"이라 하면 어떤 문제를 푸는 다양한 방법 중 "가장 효과적이고 효율적인 방법"을 칭한다

[익명(118.235)]

ㄹㅇ 글에 동적계획법 하나 넣고 난이도 비교했으면 모르는 사람이 봐도 와 이랬을텐데 원문은 너무 간결하다못해 통째로 날린 수준

[Navy(211.195)]

흠... 쉽게 쓴다는 것이 너무 많은 내용을 날려버리는 문제점이 있네요. 다음 칼럼에서 보충해서 언급하겠습니다