gnuykob_sw

수업 출처) 숙명여자대학교 소프트웨어학부 수업 "자료구조", 유석종 교수님

1. Structure 구조체

- 자료형이 상이한 여러 멤버들을 하나의 자료로 묶어서 처리할 수 있는 복합 자료형

1-1. 구조체 변수 선언

// ex1

struct student
{
    int age;
    int grade;
    char major[20];
} kim, lee;

// ex2

struct
{ 
    int age;
    int grade;
    char major[20];
} kim, lee;

// ex3

struct student
{
    int age;
    int grade;
    char major[20];
};
struct student kim, lee;

세 가지 모두 kim과 lee라는 구조체 변수를 선언하는 문장이다.

첫 번째 방식과 같이 구조체의 이름을 줄 수 있고, 두 번째 방식과 같이 구조체 변수를 생성할 수 있다. 세 번째 방식은 구조체 변수를 struct 키워드를 이용해서 선언하는 방식이다. 

- 구조체 변수를 통해서 멤버에 값 저장

student.grade = 3;
strcpy(kim.major, "Software Convergence");

이와 같이 "." 연산자를 사용한다.

1-2. 구조체 자료형 선언

- 일반적으로 구조체를 사용할 때에는 typedef와 함께 사용되는데, typedef 키워드는 struct student_type{...}와 같이 긴 자료형 이름을 student 로 대체하여 구조체 변수를 선언할 수 있게 해준다.

// ex1

typedef struct student_type
{
    char name[10];
    int grade;
    char major[20];
} student;

// ex2

typedef struct
{ 
    char name[10];
    int grade;
    char major[20];
} student;

student kim, lee;

이처럼 struct만 쓴다면 } 이후 나오는 것은 그 구조체 자료형을 가진 "변수" 인 반면, typedef struct로 선언을 했을 때 } 뒤에 나오는 것은 구조체 "자료형" 이다.

1-3. 구조체 할당과 비교

- 할당

    - 동일한 자료형의 구조체 변수 간에 직접적인 할당 명령문은 가능하다.

    - (ex)

    studnet kim, lee;

    kim = lee; 

- 비교

    - 구조체 변수 간 직접 비교는 허용되지 않는다.

    - 구조체 멤버 별로 비교해주어야 한다.

    - (ex) 

    if (kim == lee) ...  // 오류 !!

    if (strcmp(kim.name, lee.name) ...

    if (kim.age != lee.name) ...

    if (kim.grade == lee.grade) ...

    이런식으로 멤버별로 비교해주면 된다.

    - 문자열 비교를 위해 사용된 strcmp 함수는 두 인자 값이 "다를" 경우 1을 반환한다.

1-4. 내장형 구조체

- 다른 구조체 변수를 멤버로 갖는 구조체

#include <stdio.h>
#include <string.h>

typedef struct Contact_type
{
    char phone[20];
    char email[20];
    char address[20];
} Contact;

typedef struct Student_type
{ 
    char name[20];
    int age;
    char major[20];
    int grade;
    Contact contact;
} Student;

void main() 
{
    Student kim;
    
    strcpy(kim.name, "ChulSoo Kim");
    kim.age = 22;
    strcpy(kim.major, "Software Convergence");
    kim.grade = 3;
    strcpy(kim.contact.phone, "010-3606-0418");
    strcpy(kim.contact.email, "kim@naver.com");
    strcpy(kim.contact.address, "Seoul, Korea");
}

student 구조체 안에 contact 구조체를 넣은 형태이다. 

2. Pointer 포인터

- 메모리 주소를 값으로 갖는 변수

- 간접 참조를 통해 원본 데이터를 공유하거나 변경할 수 있다.

- call by reference, 연결리스트 동적 메모리 관리 등에 사용된다.

2-1. "&" 과 "*"

- &

    - 모든 변수에 붙일 수 있는 "주소" 연산자이다. 

    - 해당 변수의 메모리 주소 값을 반환한다.

- *

    - 사용되는 위치에 따라 의미가 달라진다.

    - 반드시 포인터형 변수에만 적용해야 한다.

    - int i =3, j;

    - int *p;

    - p = &i;

        - i의 주소를 p에 할당한다.

    - kim = *p;

        - kim 변수에 p가 가리키는 주소에 저장된 "값"을 대입한다.

    - *p = j;

        - p가 참조하는 "공간"에 j의 값을 저장한다.

3. Array 배열

- 자료형이 동일한 원소들의 유한집합

- <index, value> → item

- 선언 이후 배열의 크기를 변경할 수 없다.

- 배열의 원소 수가 n개 라면 유효한 배열 인덱스의 범위는 [0, n-1] 이다. 

- 배열의 첫 번째 원소인 A[0] 을 "시작 주소 (α)"라고 부른다.   

   이후 원소들은 연속적인 메모리 주소에 저장된다. (α + sizeof(data type))

    - (ex) int → 4bytes 

    α = 100100 → 100104 → 100108 → ...

- 배열 이름 A는 시작 주소를 값을 갖고 있는 "포인터 상수"이다. 선언에 사용된 이름은 이후 다른 값(주소)을 가질 수 없다.

- A == &A[0]    : A[0]의 주소

- *A == A[0]   : A[0]의 값

3-1. 함수에 배열 전달

- 시작 주소를 가지고 있는 "배열 이름"만 전달하면 된다.

- 배열 포인터 관점에서는 call by value이지만, 배열의 관점에서는 call by reference 라고 볼 수 있다.

- int list[] == int *list

- 배열 이름 + 정수 → 첫번째 원소에서 정수의 원소 개수만큼 떨어져 있는 원소의 주소

- (ex) oneArray = 100 → oneArray + 1 = 104, oneArray +2 = 108

4. Polynomial 다항식

- 항들의 집합

- 다항식 추상자료형 연산자

    - Zero()

    - IsZero()

    - Coef (poly, expon)     : 계수 찾기

    - Lead_Exp (poly)     : 최고차항 지수

    - Attach (poly, coef, expon)     : 항 추가

    - Remove (poly, expon)

    - SingleMult (poly, coef, expon)     : 다항식과 단항의 곱셈

    - Add (poly1, poly2)

    - Mult (poly1, poly2)

- (ex) 다항식 배열 선언

#define MAX_TERMS 50

struct polynomial
{
    float coef;
    int expon;
};

struct polynomial terms[MAX_TERMS];

int avail = 0;

수업 출처) 숙명여자대학교 소프트웨어학부 수업 "자료구조", 유석종 교수님

1. Computer System

- 알고리즘 : 문제를 풀기 위한 명령어들의 모음 (데이터 처리 방법)

- 데이터 : 측정된 값들의 모음

- 자료구조 : 데이터를 효과적으로 저장, 관리, 처리하기 위한 구조체, 방법론

2. Algorithm

- 문제 해결에 필요한 명령어들의 집합

- 조건

    - input : 명시적 입력은 없어도 된다. (하지만, 묵시적 입력은 필요하다.)

    - output: 하나 이상의 출력이 필요하다.

    - definiteness 명확성 : 명령문은 모호하지 않고 명확해야 한다.

    - finiteness 유한성 : 명령어의 수는 유한해야 한다.

    - effectiveness 유효성 : 명령어는 실행 가능해야 한다.

- 표현 방법 : 수도코드, 자연어, flow chart, 프로그래밍 언어 ..

- 종류 : search, sort, compute, decision ..

- (ex) Prime Numbers

1) n이 소수인지 

int prime (int n)
{
    if (n < 2) return 0;
    for (i = 2; i < n; i++)
        if (n % i == 0) return 0;
        
    return 1;
}

2) 2와 n 사이의 모든 소수

int prime2 (int n)
{
    if (n < 2) return 0;
    
    for (i = 2; i < n; i++) {
        prime = 1;
        for (j = 2; j < i; j++) {
            if (i % j == 0) {
                prime = 0;
                break;
            }
        }
        if (prime) printf("%d", i);
    }
}

3. Huffman Coding Tree

- 빈도수에 따른 문자 압축 (요약) 방법

- (ex) "time and tide wait for no man"

- 방법

빈도수 순서로 문자들을 나열하고 빈도수의 합이 증가되는 방향으로 계속 더한다. 

더할 땐 값이 같거나 작은 것과 더한다.

각각의 연결 선에 0과 1의 label을 붙여준다. 왼쪽이 0, 오른쪽이 1이다.

가장 위에서부터 각각의 문자까지 내려오면서 label을 읽는다.

예를 들어 e는 29 - 17 - 7- 4- 2 순서대로 내려오기 때문에 0011 의 값을 갖는다.

10101010110 을 읽으면 101 / 0101 / 0110 → not 이 된다.

각 문자가 갖는 이진수 값을 '허프만 코드' 라고 부른다.

허프만 코딩 방법으로 저장한 문자의 저장 공간은 Sum(Freq * bits) 비트가 필요하다.

원래 문자를 저장할 때 필요한 공간은 '문자 수 x 비트(8)' 인데, 허프만 코드를 이용하면 데이터의 비트 수가 줄어들기 때문에 공간 복잡도를 57%나 낮출 수 있다. 

4. System Life Cycle

: Requirement → Analysis → Design → Inplementation → Verification → Release (+ improve)

4-1. Requirement

- 프로젝트의 목표를 정의하는 일련의 설계 명세서

- functions, platforms, input, output, constraints, users 등을 정의한다.

- (ex) Reservation system (flight ticket), Billing system (mobile phone, utility), Recruitment agency

4-2. Analysis

- 프로젝트를 여러개의 작은 서브 모듈로 세분화하는 전략이다.

- (ex) ticket reservation system → clients, contents, payment .. 

- top-down approach :  주 목표에서 구성 요소까지 계층을 만든다.

    - program → subroutines → instructions

    - 가장 많이 쓰는 방식이다.

- bottom-up approach : 구성요소들로부터 전체 시스템을 구성하는 방식이다.

4-3. Design

- 각 모듈에 대한 객체와 함수들을 정의한다.

- (ex) clinets → sign up/in, history, contents

4-4. Implementation

- 객체와 알고리즘에 대한 실행 가능한 코드를 작성한다.

- 플랫폼 : Web, Mobile App, Package, Embedded

4-5. Verification

- 알고리즘의 정확성 증명

- testing

    - black box test : 오직 input과 output 으로만 테스트

    - white box test : black box test + 내부 코드까지 확인

- Debugging

5. Data types

- 객체와 그 객체에 작용하는 관련된 연산자들의 모음

- (ex) Integer data type 

    - objects : {INT_MIN, ..., -2, -1, 0, 1, 2, ... INT_MAX}

    - operations : {+, -, *, /, %, ...}

        - INT MAX (4bytes) = 2^31 - 1 = 2,147,483,647

-Built-in data types

    - Basic type : char, int, float

    - Composite type : array, structure

    - Pointer type

    - User-defined data type : object type

    - sizeof() 함수로 크기 알 수 있다.

- (ex) Factorial

#include <stdio.h>
void factorial (int n);

void main() 
{
    factorial(20);
}

void factorial (int n);
{
    int i, j;
    int total;
    
    for(i = 2; i <= n; i++) {
        total = 1;
        for (j = 2; j <= i; j++) {
            total = total * j;
        }
        printf("%d! = %d\n", i, total);
    }
}

이 코드를 실행하면 12! 까지는 정확한 결과가 나오지만, 그 뒤로는 틀린 결과가 나온다. 

total 변수의 자료형인 intrk chleo 2,147,483,647까지만 저장 가능하기 때문이다. 

이러한 현상을 오버플로우라고 부르며, 더 큰 자료형을 사용함으로써 해결할 수 있다. 

6. Abstract Data Type 추상 자료형 (ADT)

- 사용자 정의 자료형이다. 

- 새로운 객체의 속성과 연산자를 정의한다.

- 공통적인 속성과 행동을 갖는 객체들을 자료형으로 정의 → 자료 추상화

- 명세부와 구현부로 이루어진다.

    - 명세부 : 객체를 자료형으로 정의 (객체의 속성 선언)

    - 구현부 : 객체에 적용 가능한 연산자 함수 정의

- 연산자

    - 생성자 : 새로운 객체 생성

    - 변형자 : 기존의 객체를 이용하여 새로운 객체 생성

    - 참조자 : 기존 객체의 속성값 참조

- 파이썬, C++, 자바에서 추상 자료형인 클래스 지원

- C는 지원하지 않는다.

- (ex) BankAccount 추상 자료형 수도코드

class BankAccount
{
    int account_id;
    int account_type;    // 0: checking, 1: saving
    char owner_name[20];
    float balance = 0;
    
    deposit(amount) {
        balance = balance + amount;
    }
    
    withdraw(amount) {
        balance = balance - amount;
    }
    
    init(name, type, money) {
        owner_name = name;
        account_type = type;
        deposit(money);
    }
}

BankAccount myaccount("Kim", 0, 10000);

- (ex) Natural number 추상 자료형

structure NaturalNum is

    Objects : an ordered subrange of integers [0, INT_MAX]
    
    Functions : for all x, y ∈ NaturalNum, TRUE, FLASE ∈ Boolean and 
                where +, -, <, = are integer operations
    
    NaturalNum Zero() ::= 0
    
    Boolean Is_Zero(x) ::= if (x) return FALSE else return TRUE
    
    NaturalNum add (x, y) ::= if((x + y) <= INT_MAX) return x + y else return INT_MAX
    
    NaturalNum Subtract(x, y) ::= if(x < y) return 0 else return x - y
    
    Boolean Equal(x, y) ::= if(x == y) return TRUE else return FALSE
    
    NaturalNum Successor(x) ::= if(x == INT_MAX) return x else return x + 1
    
end NaturalNum

수업 출처) 숙명여자대학교 소프트웨어학부 수업 "데이터사이언스개론", 박동철 교수님

1. Data Science Process

데이터 사이언스의 기본 원리는 데이터 마이닝이다. 데이터 마이닝은 상당히 잘 이해된 단계를 가진 process이다.

데이터 사이언티스트는 실생활의 문제를 하위 작업으로 분리한다.

하위 작업들의 솔루션들이 모여서 전체적인 문제를 해결할 수 있다.

문제의 기저가 되는 공통적인 데이터 마이닝 작업이 존재한다. 

(ex) classification, regression, clustering, association rule discovery

좋은 데이터 과학자가 되기 위해서는 다양한 공통적인 데이터 마이닝 작업을 해결하는 방법을 알아야 하고, 문제를 이렇게 공통적인 작업들로 나눌 수 있어야 한다.

각각의 하위 작업들은 그에 맞는 데이터 마이닝 기법으로 병렬처리 된다. 작업을 나눌 때 마이닝 방법을 생각해놓는 것이 좋다.

2. Common Data Mining Tasks

- classification : 분류 

- regression (a.k.a. value estimation) : 회귀 (value 추정)

- similarity matching : 유사도 매칭

- clustering : 군집화

- co-occurrence grouping (a.k.a. association rule discovery) : 동시발생 (관계 규칙 발견)

- profiling (a.k.a. behavior description) : 프로파일링 (행동 묘사)

- link prediction : 연관성 예측 (ex. recommendation)

- data reduction : 데이터 사이즈 줄이기 (불필요한 데이터 제거, 형태 변환 등)

- causal modeling : 인과관계 모델링

2-1. Classification 분류

모집단의 각 개체가 어떠한 클래스의 집합에 속할지 예측하는 방법이다. 

주로 상호배타적인 클래스로 분류할 때 사용한다.

분류에서 끝나는 것이 아니고, 분류를 학습하여 "예측" 하는 데 활용한다. → 지도학습에 활용

각각의 개체를 instance라고 하고, 속성을 attribute라고 한다.

예측의 대상이 되는 속성(클래스)를 classificaiton target 이라고 한다.

그리고 그 타겟들은 이미 상호배타적으로 설정되어 있다.

예를 들면, 연봉, 성별, 나이 등의 데이터로 이 사람이 어떠한 물건을 살지 안살지 예측하는 것이다.

이때 타겟은 "물건을 산다" 라는 속성이고, 클래스는 Yes 또는 No 이다.

일반적인 과정 : 훈련 데이터셋 → 데이터의 클래스를 묘사하는 모델 설정 (모델링) → 새로운 인스턴스가 주어질 때, 해당 모델을 적용하여 추측된 클래스 생성

비슷한 작업으로 scoring이나 class probability estimation 이 있다.

이는 각 개체가 각 클래스에 속할 확률을 도출하는 것이다.

예를 들어, 위의 예시에서 (Lee, 42000, male, 44) → (YES : 80%, NO : 20%) 이렇게 각 개체에 대해 클래스를 가질 확률을 계산한다.

2-2. Regression 회귀

각 개체가 특정 변수에 대해 어떠한 숫자 값을 가질 것을 예측하는 모델이다.

value estimation 이라고도 불린다.

예를 들어, 특정한 키의 사람은 어떤 값의 몸무게를 가질지 예측하는 것이다.

일반적인 과정 : 훈련 데이터셋이 주어질 때, 각 개인에 대해 특정 변수 값을 묘사하는 모델 설정 → 새로운 개체에 모델을 적용하여 측정된 값 생성

classification과의 차이점

- classification은 인스턴스의 "클래스"를 예측하는 것이다.  (ex. YES / NO)

- regression은 인스턴스와 관련된 "숫자 값"을 예측하는 것이다.   (ex. 178)

2-3. Similarity Matching 유사도 매칭

알고있는 데이터를 기반으로 유사한 데이터를 찾는 모델이다.

일반적인 과정 : 두 개체 사이의 거리 측정 → 한 개체에 대해서 가장 작은 거리를 갖는 개체 탐색

데이터의 종류가 다양하기 때문에 거리 측정에서는 유클리드 거리, 코사인 거리 등 다양한 종류의 거리를 사용한다.

(유클리드 거리) 예를 들어서, User 3 = (5, 4, 7, 4, 7), User 4 = (7, 1, 7, 3, 8) → distance ≅ 3.87

2-4. Clustering 군집화

비슷한 개체를 하나의 군집으로 묶는 모델이다. 

유사도를 측정하기 위해 "거리"를 사용한다. 

산점도에서 자연스럽게 형성되는 그룹을 분석할 때 유용하다. → 비지도학습에 활용

예를 들면, 주로 어떤 종류의 고객을 보유하고 있는지 파악할 때 사용된다.

2-5. Co-occurrence grouping 동시발생

개체들 사이의 동시 발생을 통해 관계를 찾는 모델이다. 

예를 들어서, 마트 판매 상품을 분석해보니 기저귀를 살 때 맥주도 같이 사는 손님의 비율이 높았다.

이와 같이 분석을 통해 특별 프로모션, 상품 진열, 세트 판매, 추천 등 마케팅에 활용할 수 있다.

2-6. Profiling 행동 특성 묘사

개인이나 집단의 전형적인 행동을 특징짓는 모델이다. 

normal한 행동특성에서 벗어난 행동을 탐지할 때 매우 유용하다.

프로필은 normal한 행동을 묘사하기 때문에, 갑자기 그것에 벗어난 행동을 할 때 알림을 주는 것이다.

한 예시로는 사기 탐지에 사용된다.

2-7. Link Prediction 연관성 예측

데이터 아이템들 사이의 연관성을 예측하는 모델이다. 

일반적으로 연결고리가 존재한다고 제안하고, 그 강도를 추정함으로써 사용된다.

"추천" 알고리즘에 매우 유용하다. SNS에서 친구를 추천해주거나, 넷플릭스 등에서 영화를 추천할 때 주로 사용된다.

2-8. Data Reduction 데이터 사이즈 감소

큰 데이터셋을 중요한 정보를 많이 포함하는 작은 데이터셋으로 사이즈를 줄이는 것이다.

작은 데이터셋은 다루기 쉽고, 정보나 향상된 인사이트를 보다 더 잘 드러낸다. 

하지만, 정보의 손실 또한 일어나기 쉽다는 단점이 있다.

2-9. Causal Modeling 인과관계 모델링

다른 사건에 실질적으로 영향을 주는 사건을 찾는 모델이다. 

예를 들어 담배피는 사람들 중에 이가 누런 사람과 폐암에 걸린 사람들이 있다고 할 때,

이 누래짐과 폐암이 담배때문에 발생한건지, 아니면 그냥 그런 사람들이 담배를 피는건지 인과관계를 파악하는 것이다.

3. Supervised 지도학습 vs. Unsupervised 비지도학습 Methods

3-1. Supervised

- 지도학습은 training data를 통해 이미 정답을 알고 학습을 시키는 것이다.

- 명시되어 있는 특정한 타겟이 존재한다.

- (ex) classification

Supervised data mining

- 알고싶은 특정한 타겟이 존재한다 → 답이 존재한다.

- training dataset이 반드시 존재한다 → 각각의 target value가 존재하는

- target value는 label 이라고도 부른다. 

- (ex) classification, regression, causal modeling

3-2. Unsupervised

- 비지도학습은 정답을 모르고 학습을 시키는 것이다.

- 정의해야 할 명시되어 있는 특정한 타겟이 없다.

- (ex) clustering

Unsupervised data mining

- 특정한 타겟이 아닌, 어떠한 패턴을 찾는 것이 목적이다.

- training dataset이 필요하지 않다.

- (ex) clustering, co-occurrence grouping, profiling

4. Classification vs. Regression

둘 다 supervised data mining task이다.

4-1. Classification

- 타겟이 카테고리 값이다. (ex. YES / NO, HIGH / MID / LOW)

- (ex) 이 고객이 인센티브를 받으면 이 상품을 구매할까? → YES / NO

고객이 인센티브를 받으면 (S1, S2, S3) 중에서 어떤걸 구매할 가능성이 높을까? → S1 / S2 / S3

4-2. Regression

- 타겟이 숫자 값이다. (ex. 2.5, 68)

- (ex) 이 고객이 이 서비스에 얼마를 쓸까? → $2,500

5. Data Mining and its Results

데이터 마이닝에는 두가지 단계가 있다.

5-1. Mining phase

: Historical Data (Training Data) → Data mining → Model

- training data를 통해 패턴 찾기 or 모델링

- training data는 모든 값이 명시되어 있어야 한다.

5-2. Use phase

: New data item → Model → Result

- 새로운 데이터에 패턴이나 모델 적용 → 예측

- 새로운 데이터는 알려지지 않은 class value가 존재한다.

6. Data Mining Process

: CRISP - DM (Cross Industry Standard Process for Data Mining)

산업을 통틀어서 데이터 마이닝을 위한 표준화된 Process이다.

: Business Understanding → Data Understanding → Data Preparation → Modeling → Evaluation → Deployment

기본적인 틀은 저 순서이고, 계속적인 평가를 통해 이전 과정으로 돌아가기도 하고 수정을 거듭하면서 점차 성능이 향상된다.

6-1. Business Understanding

- 해결해야 할 비즈니스 문제를 이해한다.

    -대부분 모호하거나 폭넓거나 이해하기 어려운 문제이다.

- 해결해야 할 비즈니스 문제를 하나 이상의 데이터 사이언스 문제로 간주한다.

    - 데이터 과학자들에 의해 공식화된 창의적인 문제가 성공의 열쇠가 된다.

- 문제를 여러 개의 하위 작업으로 나누고, 각각의 데이터 사이언스 문제를 해결할 방법을 디자인한다.

    - classification, regression, clustering 등

    - 각 문제에 맞는 효과적인 툴을 사용할 수 있다.

- 문제를 재구성하고 해결책을 설계하는 것은 반복적인 발견의 과정이다.

6-2. Data Understanding

- Data

    - 세운 해결책들에 이용가능한 원상태의 데이터셋이 존재한다.

    - (ex) a customer database, a transaction database, a marketing response database

- 각 데이터의 강점과 한계점을 이해한다.

    - 문제와 완벽하게 알맞는 데이터는 거의 존재하지 않는다.

    - 각 데이터로 할 수 있는 것과 없는 것을 찾고, 해당 데이터로 문제를 해결할 수 있을지 생각한다.

    - (ex) classification 을 하기 위해서는 라벨이 존재하는 데이터가 필요하다. 

- 데이터에 더 투자가 필요한지 결정한다.

    - 몇몇 데이터는 무료이지만, 몇몇 데이터는 얻기 위해 노력이 필요하거나 돈을 지불해야 한다.

6-3. Data Preparation

- 데이터를 정리해서 보다 유용한 형태로 변환한다.

    - 몇몇 데이터 분석 툴들은 특정한 형태의 데이터만 요구하기 때문이다.

- 일반적인 예시들

    - converting data to tabular format : 테이블 형식의 데이터로 변환

    - removing or inferring missing values : 결측치 제거하거나 유추

    - converting data to different types : (ex) 'male', 'female' → 0, 1  타입 변경 

    - normalizing or scaling numerical values : (ex) [-100, 100] → [0, 1]  범위 조절

    - cleaning data : (ex) Age : 999 → ? 데이터 정리

- 데이터 마이닝 결과의 질은 이 단계에 달려있다.

    - (ex) 결측치, 비정상 값, 정규화되지 않은 값

6-4. Modeling

- 가장 주요한 단계이다.

- output

   - 데이터의 규칙을 나타내는 모델이나 패턴의 일종을 생성한다.

- 데이터 마이닝의 근본적인 아이디어를 이해하는 것이 매우 중요하다.

    - 존재하는 데이터 마이닝 기술과 알고리즘을 이해하자.

6-5. Evaluation

- 데이터 마이닝 결과를 엄격하게 평가한다.

    - 다음 단계로 넘어가기 전에 그 결과가 유효하고 신뢰할 수 있다는 확신을 얻어야 한다.

- Examples

    - 모델의 예측 정확도 추정 (ex. 90%?)

    - training data를 넘어서는 모델의 보편성 확인 (overfitting 되지 않았는지)

    - 허위 경보의 비율 추정

- 결과를 즉각적으로 적용하는 대신, 일반적으로 통제된 상황에서 모델을 먼저 테스트하는 것이 바람직하다.

    - 그것이 더 쉽고 저렴하고 빠르고 안전하다.

- 데이터 사이언티스트는 그 모델과 평과 결과를 다른 데이터 사이언티스트들 외에 이해관계자들에게 쉽게 설명해야 한다.

    - 매니저, 고위 관계자, 프로그래머 등

6-6. Deployment

- 실제 상황에 데이터 마이닝 결과 (시스템)을 적용한다.

- 일반적인 시나리오

    - 새로운 예측 모델이 구현된다.

    - 그 모델은 기존의 정보 시스템과 통합된다.

- 많은 경우

    - Data Science Team : 프로토타입을 제작하고 평가한다.

    - Data Engineering Team : 모델을 생산 시스템에 적용한다.

- 적용 이후, 과정은 첫번째 단계로 되돌아간다.

    - 이 과정을 통해 얻은 통찰력과 경험을 통해 더욱 개선된 해결책을 제시할 수 있다.

7. Other Analytics Techniques & Technologies

- 데이터 마이닝 외에도 데이터 분석을 위한 다양한 기술들이 있다.

    - 통계학, 데이터베이스 시스템, 머신러닝 등

- 이러한 기술들을 익혀두는 것이 중요하다. 

    - 그것들의 목표가 무엇인지, 어떠한 역할을 하는지, 그것들의 차별점이 무엇인지

- 데이터 과학자에게 중요한 기술은 어떤 종류의 분석 기술이 특정한 문제를 해결하는데 적합한지 인지할 수 있는 것이다.

7-1. Statistics 통계학

- 분석의 바탕이 되는 많은 지식들을 제공한다.

- Examples

    - Data Summary (means, median, variance 등)

    - Understanding different data distributions

    - Testing hypotheses : 가설 테스트

    - Quantifying uncertainty : 불확실성 증명

    - Measuring correlation : 연관관계 측정

- 많은 기술들이 데이터에서 도출하는 모델이나 패턴들은 통계학에 근본을 두고 있다.

7-2. Database Querying

- Database system

    - 데이터 삽입, 질의 (쿼리), 업데이트 및 관리 할 수 있는 소프트웨어 응용 프로그램 

- Database query

    - 데이터나 데이터의 통계에 대한 특정한 요청

    - 데이터를 통해서 얻고자 하는 질문

        - (ex) 지정된 데이터 검색, 정렬, 요약 통계량 계산

    - 기술적 언어로 공식화되고 데이터베이스 시스템에 질문을 제기함

        - (ex) SQL (Structured Query Language)

- Data science vs. databases technologies

    - 데이터 사이언스에서 데이터베이스 시스템에 저장된 관심있는 데이터를 찾거나 조사하기 위해 데이터베이스 기술을 사용할 수 있다.

7-3. Machine Learning

- 컴퓨터 시스템이 명시적인 프로그래밍 없이, 데이터를 가지고 학습할 수 있는 능력을 제공하는 것이다.

    - 인공지능의 한 분야이다.

- 모델을 개발하고 모델 성능을 향상시키는 데에 데이터를 활용한다.

    - (ex) decision tree, artificial neural networks (deep learning), support vector machines, clustering, bayesian networks,...

- 하지만,이들 사이의 경계가 모호해졌다.

- 데이터 마이닝과 머신러닝은 긴밀히 연결되어있다.

    - 데이터 마이닝의 한 분야가 머신러닝으로 파생되기 시작하였다.

    - 데이터 마이닝은 머신러닝의 한 가지이다.

        - KDD (Knowledge Discovery and Data mining)

        - 둘 사이에 기술과 알고리즘은 공유된다.

    - 데이터로부터 유용하고 유익한 패턴을 찾아낸다.

- 그럼에도 불구하고 머신러닝은 성능향상, 인지능력 향상에 더욱 집중되어 있다.

    - (ex) robotics and computer vision

    - (ex) agent가 이 환경에서 학습된 지식을 어떻게 활용하는가

- 데이터 마이닝은 데이터로부터 패턴, 규칙을 찾는 것에 더욱 집중되어 있다. 

    - 상업적 응용 프로그램 및 비즈니스 문제에 특히 활용된다.

8. Examples of Applying These Techniques

- "어떤 고객이 가장 수익성이 있는가?" : Database systems (profiable can be calculated from existing data., not predict)

- "수익성이 있는 고객과 평균의 고객들 간에 정말 차이가 있는가?" : Statistics (hypothesis testing)

- "하지만 이 고객들은 정말 누구인가? 특징화 할 수 있는가?" : Data mining (profiling)

- "어떤 특정한 새로운 고객이 수익성이 있을까? 얼마나?" : Data mining (classification, regression)

수업 출처) 숙명여자대학교 소프트웨어학부 수업 "데이터사이언스개론", 박동철 교수님

1. Intro

데이터 사이언스는 다양한 형태로부터 얻은 데이터로 지식이나 인사이트를 도출하는 융합적인 학문이다.

크게 컴퓨터 사이언스, 수학과 통계학, 경영학적 지식이 요구된다. 

데이터 엔지니어는 데이터를 다루기 위한 소프트웨어와 시스템을 디자인하고 개발한다. 프로그래밍과 데이터베이스 지식을 필요로 한다. 가장 중요한 것은 데이터를 분석하기 전 전처리하는 과정을 맡는다는 것이다.

통계학자는 통계학적 이론과 방법을 실생활에 적용하여 문제를 해결한다. 통계학과 수학적 지식을 필요로 한다.

데이터 사이언티스트는 쉽게 말해서 둘 다 하는 사람이다. 분석적이고 기술적인 능력을 통해서 데이터로부터 인사이트를 도출한다. 위에서 말했듯이 프로그래밍, 통계, 경영학적 이해를 바탕으로 한다.

데이터 사이언티스트가 주로 필요로 하는 기술은 데이터 분석, 통계 분석 패키지 (R), 파이썬, 데이터 모델링, 머신러닝 등이다. 

주로 IT & 서비스 직군에서 근무하며, 교육이나 금융 분야에서도 데이터 과학자를 필요로 한다.

2. Data Science

최근 경영 산업은 전반적으로 데이터를 수집하는 능력을 가지고 있다. 

전략, 제조, 마케팅, 공급망 관리 등 모든 경영학적 측면에서 데이터 수집을 필요로 하고 있다. 

이제 거대한 양의 데이터가 생산되면서 대부분의 기업들은 경쟁우위로써 데이터 수집에 집중하고 있다.

과거에는 통계학자와 분석가가 데이터셋을 수작업으로 탐색했다면, 이제는 데이터의 양이 커지면서 수작업으로는 분석을 하기 어려워졌다.

컴퓨터와 네트워크가 중요해진 것이다.

이를 통해 데이터 과학의 원리와 기술을 더 넓은 분야에 적용하게 되었다.

3. Data Mining

데이터 마이닝은 큰 데이터셋에서 패턴을 찾는 과정이다.

경영학적 측면에서는 주로 고객의 행동을 분석하는 데 활용한다. 

고객의 패턴을 분석하여 타겟 마케팅, 온라인 광고, 추천, 신용 분석, 사기 탐색 등에 적용할 수 있다.

4. Data Science vs. Data Mining

데이터 사이언스는 데이터에서 지식을 도출하도록 하는 일련의 근본적인 원칙이다.

데이터 마이닝보다 좀 더 넓은 의미로 사용된다.

데이터 마이닝은 데이터로부터 숨겨진 패턴을 찾는 과정으로, 보통 데이터 수집 및 가공 이후 첫번째로 수행되는 과정이다.

즉, 데이터 마이닝 기술은 데이터 사이언스의 근본 원리를 실체화한 것이라고 볼 수 있다.

데이터로부터 지식을 도출할 때에는 자명하지 않으면서 수치적으로 도출되어야 한다. 

예를 들면 허리케인이 지나간 후 생수의 판매율이 20% 증가했다던가, 어떠한 과자가 기존보다 7배 많이 팔렸다던가 하는 형식으로 말이다.

또 한 가지 유명한 예시는 미국의 통신사 예시이다.

제한된 예산으로 고객이 다른 통신사로 넘어가는 것을 막을 방법을 찾아야 한다.

미국의 통신사 MegaTelco는 일반적으로 휴대폰 고객의 20%는 계약이 만료되면 다른 통신사로 떠나간다.

이제 휴대폰 시장이 포화되었기 때문에 통신사들은 고객을 유지하려고 노력하고 있다. 

회사는 몇몇 고객들의 계약 만료 전에 특별 상품을 제공하려고 한다.

이때 어떻게 최대한 고객이탈을 막을 수 있도록 상품을 제공할 고객을 고를 수 있을까.

이럴때 데이터 사이언스가 활용되는 것이다.

5. Data-Driven Decision Making (DDD)

데이터기반 의사 결정은 단순한 직관보다는 데이터 분석에 기초한 의사 결정이다. 

예를 들어, 광고를 할 때 한 사람의 경험과 직관에 기반하기보다는 소비자가 다른 광고에 어떻게 반응하는지에 대한 데이터 분석에 기초한다.

이 DDD에 데이터 사이언스가 필요하다. 

자동화된 데이터 분석을 통해 현상을 이해하기 위한 방법, 과정, 기술 등을 제공한다.

통계적으로 기업이 데이터기반 의사결정을 활용할수록 생산력이 4-6% 증가한다.

예를 들어, 마트의 고객은 주로 본인이 가던 곳만 가기 때문에 변화를 찾기 어렵지만, 아기가 태어남을 기점으로 한 번의 변화가 일어날 수 있다. 따라서 많은 상업자들은 아기가 태어난 것을 알고 새로운 고객에게 특별 상품(할인권 등)을 제공한다. 

하지만 미국의 마트 '타겟'은 이것을 넘어서서 아기가 태어나기 전, 임신 전부터 그것을 예측하여 마케팅을 했다. 그 결과 그들의 경쟁자보다 더 높은 이익을 얻을 수 있었다.

점점 더 많은 비즈니스 결정이 컴퓨터 시스템에 의해 자동화되고 있다.

미리 설계된 알고리즘을 통해 거의 실시간으로 데이터를 분석하고 의사 결정을 하고 있다.

예를 들면, 은행과 통신사에서는 사기 범죄를 제어하고, 소매 업체에서는 상품화 결정 시스템을 자동화한다. 아마존과 넷플릭스는 추천 시스템을, 광고 회사는 실시간 광고 결정 시스템을 자동화한다. 

6. Data Engineering vs. Data Science

데이터 엔지니어링과 데이터 사이언스는 다르다.

데이터 엔지니어링은 데이터를 처리하는 기술로, 시스템, 소프트웨어 디자인, 개발, 유지 및 보수 등을 포함한다. 

오라클과 같은 데이터 베이스 시스템과 하둡, 스파크와 같은 빅데이터 플랫폼 등의 소프트웨어를 개발하고 유지한다.

이들을 통해서 데이터 사이언스를 support한다.

데이터 사이언스는 앞에서도 말했지만, 데이터를 모으고 탐색하고 분석한다. 

데이터 엔지니어링 기술을 활용해서 데이터에 접근할 수 있다. 

7. Data Science and Big Data

빅데이터는 네트워크와 컴퓨팅 기술의 발달로 전통적인 데이터 처리 시스템으로 관리하기에는 너무 큰, 따라서 새로운 처리 기술이 필요한 데이터셋을 말한다.

빅데이터의 4가지 특징으로는 크기, 다양성, 속도, 정확성이 있다.

빅데이터 기술은 위의 4가지 특징 (4V)을 다룬다.

이를 위해 데이터 사이언스를 활용한다.

예시로는 Hadoop, HBase, MongoDB, Spark 등이 있다.

데이터와 데이터로부터 유용한 지식을 도출하는 능력은 핵심 전략 자산으로 간주되어야 한다.

이는 최상의 결과를 내기 위해 적절한 데이터와 데이터 사이언스 기술 두가지 모두에 투자해야한다는 것이다.

8. Data-Analytic Thinking

실생활 문제에 직면했을 때, 우리는 그 문제를 "분석적으로" 바라보아야 한다. 데이터가 성능을 향상시킬 수 있는지 여부와 그 방법을 정량적으로 평가해야 한다.

데이터 분석적 사고는 일련의 근본적인 개념과 원칙에 의해 가능해진다. 시스템적인 틀(framework) 을 구조화해야 한다.

데이터 분석적 사고를 통해서 다른 사람들과 능숙하게 교류할 수 있고, 데이터기반 의사 결정을 향상시킬 수 있으며 데이터 중심의 경쟁 위협을 바라보는 사고를 기를 수 있다.

최근 산업, 기업에서는 수익을 높이고 비용을 절감하기 위해 데이터 사이언스 팀을 만들고 있고, 주요 전략 요소에 데이터 마이닝을 사용하고 있다.

데이터 사이언티스트가 아니더라도 매니저, 마케터, 경영 전략가 등의 직업에서도 데이터 사이언스를 활용한다. 

9. Example of Fundamental Concepts

1) 자료에서 유용한 지식을 추출하기 위해 체계적인 절차를 밟는다.

체계적인 절차란 명확히 정의된 단계를 말한다. (ex) 문제 분석 -> 모델링 -> 면밀한 평가

이러한 과정은 데이터에 대한 우리의 생각을 구조화하기 위한 틀을 제공한다.

2) 대량의 데이터에서 관심있는 개체에 대한 정보 속성을 찾는다.

즉, 우리에게 필요한 정보를 제공하는 변수를 찾는 것이다.

3) overfitting을 피한다.

모델링을 하는 이유는 새로운 데이터를 "예측"하기 위함이다. 

overfitting된 모델은 특정 training data에만 적합할 뿐, 새로운 데이터에 대해서는 좋은 성능을 낼 수 없다. 

4) 마이닝 결과를 신중하고 객관적으로 평가한다.

우리가 도출한 결과가 얼마나 더 나은지 공식화 해야 한다.

단순히 더 낫다가 아니라 얼마나 더 나은지 보여주어야 한다.

10. Engineering side of Data Science

데이터 사이언티스트는 두가지 종류의 능력을 갖춰야 한다.

1) Science

- 이론적인 개념과 원칙을 실제 상황에 적용하는 능력

- ex) logistic regression, support vector machines

2) Technology

- 트렌드에 맞는 (상황에 맞는, 인기있는) 프로그래밍 언어와 툴을 사용하는 능력

- ex) Hadoop, MongoDB, Spark, TensorFlow 

최근에는 특정 종류의 소프트웨어 툴에 익숙하지 않은 데이터 과학자를 상상하기 힘들다. 

그럼에도 우리는 기술보다 과학에 조금 더 집중해야 한다. 우세한 기술들은 빠르게 바뀌기 때문이다.

www.acmicpc.net/problem/1152

문제 

코드

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <ctype.h>

int main() {
    char str[1000001];
    int space = 0;
    int word = 0;
    int len;

    gets(str);
    len = strlen(str);

    for (int i = 0; i < len; i++) {
        if (str[i] == ' ')
            space++;
    }

    word = space +1;

    if (len == space) {
        word = 0;
        printf("%d\n", word);
    }

    else {
        if (isspace(str[0]))
            word--;
        if (isspace(str[len-1]))
            word--;
        printf("%d\n", word);
    }
}

www.acmicpc.net/problem/10828

문제

코드

#include <stdio.h>
#include <string.h>

int stack[100001];
int count = 0;

void push(int x);
void pop();
void size();
void empty();
void top();

int main() {
    int n, x;
    char order[6];

    scanf("%d", &n);

    for (int i = 0; i < n; i++) {
        scanf("%s", &order);

        if (!strcmp(order, "push")) {
            scanf("%d", &x);
            push(x);
        }

        else if (!strcmp(order, "pop")) pop();
        else if (!strcmp(order, "size")) size();
        else if (!strcmp(order, "empty")) empty();
        else if (!strcmp(order, "top")) top();
        else break;
    }
    return 0;
}

void push(int x) {
    stack[count] = x;
    count++;
}

void pop() {
    if (count != 0) {
        count--;
        printf("%d\n", stack[count]);
        stack[count] = 0;
    }
    else printf("%d\n", -1);
}

void size() {
    printf("%d\n", count);
}

void empty() {
    if (count == 0) printf("%d\n", 1);
    else printf("%d\n", 0);
}

void top() {
    if (count > 0) 
        printf("%d\n", stack[count-1]);
    else printf("%d\n", -1);
}

www.acmicpc.net/problem/1259

문제

코드

#include <stdio.h>
#include <string.h>

int main() {
    char num[6];
    int len = 0;

    while(1) {
        scanf("%s", &num);

        if (num[0] == '0')
            break;

        if (strlen(num) == 1)
            printf("yes\n");
            len = 0;
            break;

        while (num[len] != '\0') {
            len = strlen(num);
            
            for (int i = 0; i < len/2 ; i++) {
                if (num[i] != num[len - 1 - i]) {
                    printf("no\n");
                    len = 0;
                    break;
                }
                    
                else {
                    if (num[i + 1] == num[len - i - 2]) {
                        printf("yes\n");
                        len = 0;
                        break;
                    }

                    else {
                        printf("no\n");
                        len = 0;
                        break;
                    }
                }
            break;
            }
        break;
        }
    }
    return 0;
}

www.acmicpc.net/problem/10818

#include <stdio.h>

int main() {
    int n, num;
    int min = 1000001;
    int max = -1000001;
    
    scanf("%d", &n);
    
    for(int i = 0; i < n; i++) {
        scanf("%d", &num);
        if (num > max)
            max = num;
        if (num < min)
            min = num;
    }
    
    printf("%d %d", min, max);
}

모든 과정의 출처는 개인적으로 수강 중인 강의에 있습니다. 

1. 라인 차트 꾸미기 (하이라이트, 주석)

2. 영역 차트, 워드 클라우드, 히스토그램

3. 방탄소년단 앨범 워드 클라우드

앨범을 선택하면 그에 따른 워드 클라우드 사진을 보여준다.

워드 클라우드는 파이썬으로 만든 것이다. (강사님이)

1. 색으로 시각화한 라인 차트

2. 맵에 시각화한 차트

3. 크기로 시각화한 막대 차트

4. 원과 색으로 시각화한 파이 차트