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M20.06 · 실패 데이터·데이터 분할·Domain Randomization

단위별 목표·권장 선수와 자료 준비 상태를 확인하고, 공개된 본문과 활동을 읽고 준비 상태를 확인할 수 있습니다.

전체 커리큘럼

학습 안내

본문을 읽고 장비 없는 기본 실습·세 확인 문제와 해설로 이해를 확인하세요.

예상 학습 시간: 미정. 이 페이지 방문이나 자료 열람으로 완료·숙달을 자동 부여하지 않습니다.

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학습 목표

  • 실패/중단·사람 개입 자료의 품질과 용도를 구분하고 모방 목표/결과 라벨의 채택 근거를 설명한다.
  • 같은 시도/물체·증강본의 그룹 누수를 진단하고 train 전용 정규화 통계를 계산한다.
  • 도메인 랜덤화의 의미 보존·파라미터 범위/평가 조건을 설계하고 분포 밖/라벨 오류를 판정한다.

아래 설명·실습·문제로 각 학습 목표를 확인하세요.

권장 선수

M11.03의 분할/통계와 M20.03~05의 episode·스키마/검사가 선수다. 관측→행동을 따라 배우는 BC의 의미는 본문에서 보충한다. 기본은 합성 시도/그룹 표와 분포 계산이며 정책 학습·실물 수집·시뮬레이터 실행을 요구하지 않는다. 이미 알고 있다면 직접 열어볼 수 있습니다.

설명 필수

세 목표에 대응하는 검수된 설명·예제를 읽습니다.

실패한 시도와 잘못 기록한 자료는 다르다

작업 실패는 물체를 놓치거나 잘못 배치하는 등 과업 결과가 기준에 못 미친 경우다. 기록 결함은 시각·단위/관측 대응이 깨지거나 필요한 필드가 누락된 경우다. 실패한 과업을 정확히 기록한 자료와, 성공했다고 적혔지만 단위가 잘못된 자료는 서로 다르다. episode 결과 한 글자로 자료의 모든 용도를 결정하지 않는다.

Behavior Cloning(BC)은 관측에서 시연 행동을 예측하도록 배우는 방식이다. 관측/행동 쌍을 모방 목표로 쓰려면 그 행동이 해당 목적에 맞는지 근거가 필요하다. 실패한 시도의 모든 행동이 나쁜 것은 아니고, 모든 행동이 좋은 정답인 것도 아니다. 반대로 실패 판별/위험 징후 분석에는 실패 결과와 그 앞의 관측이 중요한 자료가 될 수 있다. 데이터의 품질 판정과 사용 목적/학습 라벨을 따로 기록한다.

합성 시도 e0는 정상 접근→그리퍼 헛잡기→사람 개입→물체 유지/배치의 순서다. 정상 접근 구간은 행동 의미/품질이 확인되면 해당 하위 과업의 시연 후보가 될 수 있다. 헛잡기 명령을 좋은 파지 정답으로 자동 채택하지는 않는다. 사람이 고친 구간은 개입 source/시각·새 목표와 이후 상태를 기록하고 원래 정책의 자율 성공과 구분한다. 마지막 배치가 성공했다고 전체 시도를 도움 없는 성공으로 바꾸지 않는다.

복구 자료에는 어떤 상태에서 무엇을 했는지가 필요하다

관측 분포는 로봇이 이전에 한 행동의 영향을 받는다. 정답 시연에서만 보던 상태와 정책이 실행 중 틀어져 도달한 상태는 다를 수 있다. Ross 등의 순차 모방학습 원논문은 이 분포 의존성을 다룬다. 실패 장면을 더 모았다는 이유만으로 이 문제가 해결된다고 말하지 않고, 그 상태에서 적절한 복구 행동/조건이 실제로 제공됐는지 확인한다.

복구 구간에 사용할 자료에는 개입 전 상태·지시문/대상, 누가 어떤 목표를 보냈는지, 안전 제한 후 실제 전송과 관측, 종료/유지/배치의 결과가 필요하다. 단순히 실패 action의 부호를 뒤집거나 성공 episode의 행동을 다른 상태에 복사하는 것은 올바른 복구 라벨을 얻었다는 근거가 아니다. 손상된 시각/단위는 먼저 격리/수정하고, 유효한 실패 기록도 목적에 맞춰 분리한다.

에피소드가 달라도 같은 원본 그룹일 수 있다

분할은 학습(train), 선택/조정(validation), 잠근 최종 시험(test)의 역할을 나누는 일이다. 인접 frame을 무작위로 나누면 거의 같은 상태가 양쪽에 들어간다. episode 단위 분할은 그 누수를 줄이지만 같은 물체/시도에서 만든 복구·증강본이 다른 episode ID를 가질 수도 있다. 평가하려는 일반화 단위에 맞춰 group을 정의한다.

증강 뒤에도 의미를 보존한다: 원본 그룹 분리 → 조명/배경 변형 → 위치/카메라 변형 → 보류/재검사.그림 원본 크기로 보기

그림 M20.06-1. 각 칸은 서로 다른 역할/근거다. 아래 방향은 자료/처리의 연결이며 실제 성공을 자동으로 보장하지 않는다. 직접 제작한 개념도이며 본문의 조건과 함께 읽는다.

다음 합성 자료에서 각 행은 한 episode다. A/B/C는 서로 다른 물리 물체이면서 별도 장면 그룹이라고 입력한다. e1은 e0와 같은 시도의 개입 복구이고 e3/e5는 각 원본에서 만든 영상 증강본이다.

episodegroup관계제안 split
e0A원본 시도train
e1Ae0의 복구 구간validation
e2B원본 시도validation
e3Be2의 증강본train
e4C원본 시도test
e5Ce4의 증강본train

현재 제안은 세 그룹 모두 경계를 넘는다. 이번 시험 목적이 새 물체/장면 그룹에 대한 일반화라면 A의 e0/e1을 train, B의 e2/e3을 validation, C의 e4/e5를 test에 함께 두는 수정이 가능하다. ID가 다르다는 사실보다 공유 원본/조건이 중요하다. scikit-learn 공식 그룹 분할 설명도 그룹 중복을 분리하는 이유를 설명한다. 다만 그룹 3개는 구성 원리를 보는 작은 예일 뿐 신뢰할 만한 일반화 성능 추정에 충분하다는 뜻은 아니다.

정규화와 증강은 분할의 바깥으로 새지 않게 한다

정규화에 쓰는 평균/표준편차는 train 자료에서만 추정하고 validation/test에는 같은 변환을 적용한다. 합성 train feature가 2와 4, 각각 같은 단위의 두 관측이라고 하자. 평균 μ=(2+4)/2=3, 모집단 방식의 분산 σ²=((2−3)²+(4−3)²)/2=1, 표준편차 σ=1이다. validation 값 10의 z-score는(10−3)/1=7이다. 전체 자료를 넣어 통계를 다시 맞추면 시험 분포를 학습 단계에 사용하게 된다.

이 예는 분산의 분모를 n으로 정의했다. 불편분산의 n−1과 혼동하지 않으며 코드/metadata에 사용 규칙을 남긴다. σ가 0/매우 작거나 비유한 값이면 나누기 정책/원인 확인이 필요하다. train-only라고 적는 것만으로 구현이 지켜지는 것은 아니므로 통계 산출에 사용한 그룹/행 ID와 변환 버전을 보존한다. 실패/개입 자료의 포함 기준이 바뀌면 통계와 분할도 다시 검토한다.

원본을 분할한 뒤 train에서 증강하는 것이 기본이다. 미리 모든 frame을 증강해 무작위 분할하면 원본과 변형이 다른 split으로 갈 수 있다. validation/test의 증강·전처리도 사전에 고정한 평가 계약이어야 하며 결과를 보고 유리한 형태만 골라 보고하지 않는다. 시험 자료를 본 뒤 랜덤화 범위/임계값을 바꾸면 그 자료는 더 이상 손대지 않은 최종 시험의 근거가 아니다.

Domain Randomization은 아무것이나 바꾸는 뜻이 아니다

도메인 랜덤화는 시뮬레이션의 외형/물리 조건 등을 분포에서 뽑아 다양한 상황을 만드는 접근이다. Tobin 등의 원논문은 렌더링 변형을 통한 시각적 전이를 다룬다. 특정 논문의 성과를 모든 로봇/과업의 보장으로 옮기지 않는다. 이 단위의 분포는 원리 설명용이며 실제 전이 성능을 측정한 것이 아니다.

조명/배경을 바꿔도 목표 물체/행동 의미가 유지되는지 확인한다. 지시문이 '파란 블록'인데 대상만 빨갛게 바꾸고 지시문/라벨을 그대로 두면 의미가 깨진다. 물체 위치를 바꾸었다면 파지 목표·scene/행동의 대응도 새 상태에 맞춰 생성/검증해야 한다. 카메라 pose/내부값을 바꾸었다면 이미지와 geometry metadata도 일치해야 한다. 가려짐이 심해 관측만으로 대상을 구분할 수 없는 사례는 그 조건/미상을 남긴다.

질량/마찰·구동 지연 같은 물리 파라미터는 렌더 색상과 다른 모형을 바꾼다. 값을 metadata에만 적고 실제 물리 계산에는 적용하지 않았다면 물리 랜덤화를 수행한 것이 아니다. 형상/질량을 바꿀 때 관성·공구/하중·유효 접촉 조건도 일관되어야 한다. 불가능한 배치나 유효 범위 밖 설정을 다양성이라는 이름으로 무조건 정상 시연에 섞지 않는다.

분포·seed·시험 조건을 함께 기록한다

합성 물체의 기준 x=0.30 m에 병진 변화 δx를 Uniform[−0.01,+0.01] m에서 뽑는다고 하자. Uniform은 지정 구간에서 길이가 같은 부분구간의 확률이 같다는 뜻이다. 생성 x의 범위는 0.29~0.31 m다. δx=+0.008이면 x=0.308 m이고, 시험 위치 0.32 m는 이 학습 위치 범위 밖이다. 범위 밖에서 반드시 실패한다는 뜻도, 이 범위에서 학습했으므로 0.32도 잘 된다는 뜻도 아니다. 별도 조건으로 평가해야 한다.

분포 종류/단위·수치 범위, 어떤 조건을 함께 바꾸는지와 적용 단계, seed/생성기·시뮬레이터/모델 revision을 기록한다. seed가 다르다는 것만으로 원본 물체/장면 그룹이 독립이 되는 것은 아니다. 실제 시험을 통해 범위를 수정했다면 버전을 올리고 그 근거·새 시험 분리를 남긴다. 실패율뿐 아니라 어떤 범위/관측/단계에서 실패했는지와 도움 여부를 같이 보고한다.

기존 4.6 Domain Randomization과 기존 5.4 수집/품질은 구현/라벨 연결 자료다. 아래 활동에서는 데이터를 생성하거나 정책을 학습하지 않고 표와 가정을 검토한다.

관련 기존 자료 · 보충해서 읽기

  • 기존 상세 본문 · 관련 기존 자료 · 보충 참고

    5.1 모방학습과 행동 복제

    설명 범위 충족 · 전체 단위 검수와 별개

    기존 자료의 관련 범위이며 신규 목표 전체의 품질 검수는 아직 진행하지 않았습니다.

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    5.4 데이터 수집과 품질 관리

    설명 범위 충족 · 전체 단위 검수와 별개

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    5.5 정규화와 통계

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    4.6 Domain Randomization

    설명 범위 충족 · 전체 단위 검수와 별개

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  • 기존 요약 레슨 · 관련 기존 자료 · 보충 참고

    행동 복제와 복구 데이터

    목표 일부 관련

    핵심 요약 레슨입니다. 자세한 유도·수식·코드는 연결된 상세 본문을 함께 읽으세요.

학습 범위와 한계

기본 설명·예제가 준비되었습니다. 기존 보충 자료의 범위와 구별하세요.

실습 필수

장비 없는 실습을 수행하고 관찰·계산 근거를 해설과 비교합니다.

입력은 e0의 접근/헛잡기/개입/배치 순서와 6행 split 표, train feature2/4와 validation10, x 랜덤화 분포다. 제안된 변형은 '파란 대상→빨강, 지시문 유지'와 '물체 x 이동, 과거 action 유지'다.

  1. 실패/개입 자료를 BC·실패 분석 등 어떤 용도로 검토할지와 필요한 라벨/근거를 적는다. 자율 성공 표기를 판정한다.
  2. 그룹 누수를 고치고 train 평균/분산·표준편차와 validation z-score를 계산한다. 통계/증강의 분할 절차도 적는다.
  3. 두 변형의 의미 오류와 보완 조건을 설명한다. x 범위·δx 변형과 시험 0.32의 관계, 기록할 분포/시험 조건을 제안한다.

관찰은 용도/라벨, 분할/통계, 랜덤화/평가로 나눈다. 막히면 episode ID와 원본 group을 다른 열에 놓고 '좋은 행동'과 '정확한 실패 기록'을 구분한다. 실물/시뮬레이터는 필요하지 않다.

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학습 범위와 한계

기본 실습은 장비 없이 수행합니다. 실제 장비·GPU 실증을 완료했다는 뜻은 아닙니다.

평가·해설 필수

목표별 세 서술문항에 답하고 해설·판정 기준으로 자기검토합니다.

확인 문제 Q1

로봇이 헛잡기 후 사람이 고쳐 배치에 성공했다. 모든 action을 좋은 시연으로 채택하고 자율 성공으로 표시해도 되는가? 실패 기록과 부정확한 기록의 차이도 설명하라.

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확인 문제 Q2

train feature가 1/3이다. 분모 n의 평균·분산/표준편차와 validation 값 5의 z-score를 구하라. 같은 원본의 회전 증강본을 test에 넣어도 되는가?

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확인 문제 Q3

기준 x=0.4 m와 Uniform[−0.02,+0.02] m를 쓴다. 생성 위치 범위와 δx=−0.015의 위치를 구하라. 목표 색을 바꾸고 과거 지시문을 유지하거나 새 seed만으로 독립 시험이라 주장할 수 있는가?

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  • 기존 서술 문항 · 관련 기존 자료 · 보충 참고

    색상 기반 지시 작업에서 무작위 색 변경이 label corruption을 만들 수 있는 사례를 제시하라.

    목표 일부 관련

    개별 해설/루브릭의 목표별 충분성은 후속 단위 검수. AI 평가·코드 실행 통과를 의미하지 않음.

    기존 교재 해설·평가 기준을 참고할 수 있습니다. 답안 평가 후 화면의 비교 항목도 확인하세요.

  • 기존 보고서 · 관련 기존 자료 · 보충 참고

    실습 보고서 · 기존 원고와 평가 안내

    목표 일부 관련

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  • 기존 서술 문항 · 관련 기존 자료 · 보충 참고

    frame random split이 validation score를 과대평가하는 이유를 설명하라.

    목표 일부 관련

    개별 해설/루브릭의 목표별 충분성은 후속 단위 검수. AI 평가·코드 실행 통과를 의미하지 않음.

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    실습 보고서 · 기존 원고와 평가 안내

    목표 일부 관련

    개별 해설/루브릭의 목표별 충분성은 후속 단위 검수. AI 평가·코드 실행 통과를 의미하지 않음.

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    실습 보고서 · 기존 원고와 평가 안내

    목표 일부 관련

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  • 기존 서술 문항 · 관련 기존 자료 · 보충 참고

    normalization stats도 model artifact로 versioning해야 하는 이유를 쓰라.

    목표 일부 관련

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  • 기존 서술 문항 · 관련 기존 자료 · 보충 참고

    episode group을 task variation별로 stratified split하는 함수를 작성하라.

    목표 일부 관련

    개별 해설/루브릭의 목표별 충분성은 후속 단위 검수. AI 평가·코드 실행 통과를 의미하지 않음.

    개별 모범답안은 미작성입니다. 기존 관련 개념에 근거한 AI 피드백이며 추론한 해설을 구분해야 합니다.

  • 기존 요약 점검 · 관련 기존 자료 · 보충 참고

    covariate shift를 줄이는 데 가장 직접적인 데이터는?

    목표 일부 관련

    선택 정답만으로 독립 수행을 보장하지 않음

    기존 교재 해설·평가 기준을 참고할 수 있습니다. 답안 평가 후 화면의 비교 항목도 확인하세요.

학습 범위와 한계

서술답안과 해설이 준비되었습니다. 자기검토와 학습 완료는 숙달 인증과 별개입니다.

참고 자료

학습 확인

실습과 세 문항의 답안을 해설과 비교한 뒤, 이 단위의 학습 완료를 직접 기록할 수 있습니다. 자기검토·학습 완료는 자동 채점이나 숙달 인증과 별개입니다.

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학습 이동

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