시행착오
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1. 개요
시행착오는 문제 해결, 학습, 지식 획득에 사용되는 방법으로, 다양한 시도를 통해 목표를 달성하는 방식이다. 효과의 법칙과 도구적 조건형성 이론은 시행착오를 학습 메커니즘으로 설명하며, 간단한 문제나 게임에서 효과적으로 사용된다. 시행착오는 문제 해결, 신약 개발, 스포츠 전략 수립, 과학적 방법론 등 다양한 분야에 적용되며, 자연 선택, 개인의 뇌, 사회, 적응 면역 체계 등에서도 나타난다. 시행착오 접근법은 해결책 중심적이며 문제 특이적이고, 적은 지식으로도 가능하며, 모든 해결책이나 최적의 해결책을 찾는 것을 목표로 하지 않는다.
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| 시행착오 | |
|---|---|
| 개요 | |
| 주요 개념 | 문제 해결 방법 중 하나로, 목표를 달성하기 위해 다양한 시도를 하고 그 결과를 바탕으로 개선해 나가는 방식이다. |
| 작동 방식 | 초기에는 무작위 또는 임의의 시도를 통해 해답을 찾으려 하며, 실패한 시도는 버리고 성공한 시도를 바탕으로 방법을 개선한다. |
| 사용 분야 | 공학 소프트웨어 개발 심리학 교육 생물학 |
| 장점 | 복잡한 문제에 대해 사전 지식이나 복잡한 이론 없이도 해답을 찾을 수 있다. 경험을 통해 점진적으로 개선이 가능하다. |
| 단점 | 시간이 오래 걸리고 효율성이 낮을 수 있다. 해답을 찾는다는 보장이 없다. |
| 비유 | 퍼즐 맞추기: 조각을 이리저리 맞추어 보며 맞는 자리를 찾아가는 과정 미로 찾기: 여러 길을 탐색하며 출구를 찾아가는 과정 |
| 역사 | |
| 기원 | 고대로부터 사용된 문제 해결 방법으로, 과학적 방법론이 발전하기 전에는 가장 기본적인 문제 해결 방식이었다. |
| 심리학적 연구 | 행동주의 심리학에서 학습의 기본 원리로 연구되었다. |
| 관련 개념 | |
| 알고리즘 | 문제 해결을 위한 구체적인 절차를 정의하는 것으로, 시행착오는 알고리즘을 개발하는 데 사용될 수 있다. |
| 유전 알고리즘 | 생물학적 진화 과정을 모방하여 해답을 찾는 최적화 기법으로, 시행착오 개념을 발전시킨 형태이다. |
| 강화 학습 | 인공지능 분야에서 시행착오를 통해 최적의 행동을 학습하는 방법이다. |
| 교육에서의 활용 | |
| 학습 방법 | 학생 스스로 다양한 시도를 통해 문제 해결 능력을 키우는 데 활용될 수 있다. |
| 교사의 역할 | 학생이 시행착오를 통해 배울 수 있도록 환경을 조성하고 피드백을 제공하는 것이 중요하다. |
| 과학 및 공학에서의 활용 | |
| 실험 | 실험을 통해 다양한 변수를 조절하고 결과를 관찰하여 최적의 조건을 찾는 데 사용된다. |
| 공학 설계 | 새로운 제품이나 시스템을 설계할 때 시행착오를 통해 성능을 개선할 수 있다. |
| 기타 | |
| 영어 | trial and error |
| 일본어 | 試行錯誤（しこうさくご） |
2. 효과의 법칙
손다이크(A. H. Thorndike)가 제창한 개념으로, 학습심리학의 창시자라고 불린다. 손다이크는 고양이를 상자 속에 넣고 스스로 고리를 열고 나올 때까지의 시간을 측정하는 실험을 반복했다. 이를 통해 소요 시간이 점차 단축되는 것을 확인했다.
학습심리학의 창시자라고 불리는 손다이크(A. H. Thorndike)는 고양이를 상자 속에 넣고 스스로 고리를 열고 나올 때까지의 시간을 측정하는 실험을 통해 시행착오 개념을 제창했다. 이 실험에서 고양이는 반복되는 시행착오를 통해 소요 시간을 단축시키는 모습을 보였다.
새로운 환경 문제에 직면했을 때, 개체는 자신이 할 수 있는 반응을 무작위로 시도하며 문제를 해결하려고 한다. 이러한 반응 중에는 해결책을 제시하는 것도, 실패로 끝나는 것도 있다. 여러 방법을 시도하는 과정에서 해결책이 나타나는 경우가 많으며, 이러한 시험을 '시행착오'라고 한다.
의도적으로 시행착오를 반복하면 점차 불필요한 행동의 횟수가 줄어들고, 결국 정확한 행동을 무리 없이 수행할 수 있게 된다. 즉, 효과의 법칙에 따라 옳은 행동을 틀린 행동 중에서 선택하여 학습하게 된다. 시행착오는 동물뿐만 아니라 인간에게서도 주로 나타난다. 문제 해결이 어려워 전망이 불투명할 때, 무작위로, 혹은 전략적이거나 논리적으로 시행착오를 시도하고 그 결과 중간에서 가능성을 얻음으로써 점차 문제 해결(Problem solving)에 도달하는 경우가 많다.
손다이크는 퍼즐 상자 속 고양이 연구를 통해 동물의 시행착오 학습 능력이 효과의 법칙(Law of effect)으로 작용함을 확인했다. 이는 이후 버러스 프레더릭 스키너의 도구적 조건형성 이론에 영향을 주었다. 스키너는 이전 행동의 결과에 따라 자유 의지로 여길 만한 심리적 요인을 제시했다. 결과가 나쁘면 해당 행동이 반복되지 않을 가능성이 높고, 결과가 좋으면 행동이 반복될 확률이 높아진다. 스키너는 이를 강화의 원리라고 불렀다.[11][12]
손다이크의 효과의 법칙은 다음과 같이 표현된다.
:
이후 논문에서 리차드 헌스타인(Richard Herrnstein)은 응답 속도(B)와 강화 속도(Rf) 사이의 양적 관계를 다음과 같이 제안했다.[13]
:
3. 방법론
새로운 환경 문제에 직면했을 때, 개체는 가능한 여러 반응을 시험하며 문제를 해결하려 한다. 이러한 반응 중에는 성공적인 해결책으로 이어지는 것도 있지만, 실패로 끝나는 경우도 있다. 시행착오는 여러 방법을 시도하는 과정에서 해결책을 발견하는 것을 의미한다.
의도적으로 시행착오를 반복하면 불필요한 행동 횟수가 줄어들고, 결국 정확한 행동을 할 수 있게 된다. 이는 효과의 법칙에 따라 옳은 행동이 선택되고 학습되는 과정이다. 시행착오는 동물뿐만 아니라 인간에게서도 나타난다. 문제 해결이 어려울 때, 사람들은 무작위로 또는 전략적으로 시행착오를 시도하며 점차적으로 해결책에 도달한다.
시행착오 접근법은 간단한 문제나 규칙이 명확하지 않은 상황에서 유용하며, 문제 영역에 대한 지식이 부족한 경우에도 사용될 수 있다. 그러나 이 방법이 부주의한 것은 아니며, 개인은 성공 가능성을 높이기 위해 체계적으로 변수를 조작할 수 있다.[5]
3. 1. 간단한 응용
애쉬비는 1960년에 효율성이 매우 다른 세 가지 간단한 문제 해결 전략을 제시했다.[1] 1,000개의 켜고 끌 수 있는 스위치 집합을 무작위 테스트를 통해 특정 조합으로 설정해야 하는 상황을 가정해 보자. 각 테스트에는 1초가 걸릴 것으로 예상된다.[1] 전략은 다음과 같다.
여기에는 문제 해결에 지능이나 통찰력이 전혀 사용되지 않는다는 암묵적인 가정이 있다. 그러나 서로 다른 전략이 존재한다는 사실을 통해 스위치 처리 메커니즘보다 상위 수준인 "메타 수준"의 별도("상위") 처리 영역을 고려할 수 있다. 여기서 다양한 사용 가능한 전략을 무작위로 선택할 수 있다. 다시 한번 "시행착오"이지만, 다른 유형이다.
3. 2. 계층 구조
애쉬비는 저서를 통해 "메타 수준" 개념을 발전시켜, 체계적인 계층 구조에서 서로 위에 차례로 놓인 전체적인 재귀적 수준의 순서로 확장했다. 그는 인간의 지능이 이러한 조직에서 비롯된다고 주장한다. 각 새로운 단계(초기 단계에서는 특히 그렇다)에서는 시행착오에 크게 의존하지만, 결과적으로 우리가 "지능"이라고 부르는 것이 나타난다. 따라서 계층 구조의 최상위 수준(어떤 단계에서든)은 여전히 단순한 시행착오에 의존한다.
트레일(1978~2006)은 이 애쉬비 계층 구조가 피아제의 발달 단계 이론과 일치할 가능성이 있다고 제안한다.[1] 어린이가 처음에는 다소 무작위적인 방식으로 '능동적으로 행동'하면서 배우고, 그 후 결과로부터 배우는 것은 피아제 이론의 일부이며, 이는 애쉬비의 무작위적인 "시행착오"와 어느 정도 유사하다.
4. 응용 분야
학습심리학의 창시자 손다이크(A. H. Thorndike)가 제창한 개념인 시행착오는 새로운 환경 문제에 직면했을 때 여러 반응을 시험하며 해결책을 찾는 방법이다.
예르네와 포퍼는 이러한 전략이 모든 지식 획득 시스템의 기저에 깔려 있을 가능성이 있다고 보았다. 그들은 다음과 같은 네 가지 시스템을 확인했다.
- 자연 선택
- 개인의 뇌
- 사회의 "뇌" (공개적으로 보유된 과학의 집합체)
- 적응 면역 체계
시행착오는 항생제와 같은 신약 발견의 주된 방법으로 여겨져 왔다. 화학자들은 원하는 효과를 가진 물질을 찾을 때까지 무작위로 화학 물질을 시험해 보았다. 구조-활성 상관관계 기법은 효과가 있을 것으로 생각되는 좁은 범위의 화학 물질을 선택하는 보다 정교한 방법이다. 이 방법은 고분자 기술과 같이 새로운 고분자 유형이나 계열을 찾는 분야에서 널리 사용된다.
비디오 게임에서도 시행착오는 흔히 볼 수 있다. 플레이어는 장애물이나 보스를 만났을 때, 여러 전략을 시도하며 성공할 때까지 반복한다.
스포츠 팀도 플레이오프 진출과 챔피언십 우승을 위해 다양한 전략, 플레이, 라인업, 포메이션을 시도한다. 다수의 승리가 필요한 플레이오프 시리즈에서 패배한 팀은 새로운 전술을 시도하며 승리할 방법을 찾는다.
과학적 방법은 가설의 공식화와 검증에 시행착오의 요소를 포함하고 있다고 볼 수 있다. 유전 알고리즘, 시뮬레이티드 어닐링, 강화 학습도 시행착오의 기본적인 아이디어를 적용하는 탐색 방법이다.
생물학적 진화는 시행착오의 한 형태로 간주될 수 있다.[6] 무작위 돌연변이와 성적 유전적 변이는 시험으로, 낮은 생식 적합도는 오류로 볼 수 있다.
개념적인 정렬 알고리즘인 보고소트는 목록을 정렬하는 시행착오 접근 방식으로 볼 수 있다. 그러나 보고소트는 어떤 목록 순서가 시도되었는지 추적하지 않아 동일한 순서를 반복할 수 있다. 시행착오는 보고소트보다 효율적이며, 유한한 목록에서 유한 시간 내에 중지가 보장된다.
점핑 스파이더의 속 ''포르티아''는 익숙하지 않은 먹이나 특이한 상황에서 새로운 전술을 찾기 위해 시행착오를 사용하며, 새로운 전술을 기억한다.[7] ''포르티아 핌브리아타''와 ''포르티아 라비아타''는 인공 환경에서 시행착오를 사용할 수 있는데, 거미의 목표는 점프 후 수영하거나 수영만 해야 하는 넓은 축소판 석호를 건너는 것이다.[8][9]
5. 특징
손다이크(A. H. Thorndike)가 제창한 개념으로, 새로운 환경 문제에 직면했을 때 여러 반응을 시험하며 해결책을 찾는 과정을 의미한다. 시행착오는 문제 해결 과정에서 불필요한 행동을 줄이고 정확한 행동을 학습하는 데 기여한다. 이는 동물의 학습 능력뿐만 아니라 인간의 문제 해결 과정에서도 중요한 역할을 한다.[11][12]
시행착오의 특징은 다음과 같다.
- 해결책 중심: 해결책의 작동 원리보다는 해결책의 존재 여부에 집중한다.
- 문제 특이적: 해결책을 다른 문제에 일반화하려 하지 않는다.
- 비최적: '모든' 해결책이나 '최고의' 해결책이 아닌 '하나의' 해결책을 찾으려 한다.
- 적은 지식 필요: 해당 주제에 대한 지식이 거의 없어도 진행 가능하다.
검증 가능한 유한한 수의 해결책이 존재할 때, 시행착오는 모든 해결책이나 최고의 해결책을 찾는 데 사용될 수 있다. 모든 해결책을 찾으려면 해결책을 찾은 후에도 과정을 계속 진행하고, 최고의 해결책을 찾으려면 모든 해결책을 찾은 후 미리 정의된 기준에 따라 비교 평가한다.
참조
[1]
논문
Blind variation and selective retention in creative thoughts as in other knowledge processes
1960-11-01
[2]
서적
Concise Oxford Dictionary
[3]
서적
The origins and rise of ethology
Hutchinson, London & Praeger, New York
[4]
논문
Animal intelligence: an experimental study of the association processes in animals
1898-01-01
[5]
웹사이트
On the Complexity of Trial and Error
https://arxiv.org/ab[...]
2013-01-01
[6]
논문
The roles of mutation, inbreeding, crossbreeding and selection in evolution
http://www.esp.org/b[...]
2014-03-17
[7]
논문
"Eight-legged cats" and how they see - a review of recent research on jumping spiders (Araneae: Salticidae)
https://web.archive.[...]
2011-05-05
[8]
논문
Geographic Variation in a Spider's Ability to Solve a Confinement Problem by Trial and Error
http://escholarship.[...]
2011-06-08
[9]
논문
Trial-and-error solving of a confinement problem by a jumping spider, ''Portia fimbriata''
Koninklijke Brill
[10]
서적
Evolutionary Epistemology, Rationality, and the Sociology of Knowledge
[11]
서적
Psychology
New York
2013-03-22
[12]
서적
Psychology Second Edition
https://archive.org/[...]
Worth Publishers
[13]
논문
On the law of effect
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