P-coding

인공지능 개발시 Tensorflow를 사용할 때 겪는 어려움이 상당하다.
환경 변수로 인해 머리가 너무 아프고 막상 설치한다고 해도
대부분 Jupyter NoteBook을 통해 개발하는데 에러 메시지가 정확하게 나오지 않는다.
때문에 그 모든 과정을 포스팅하려고 한다.

해당 컴퓨터 사양은 Window11 RTX 3070 환경이나 다른 환경도 할 수 있게끔 설명하도록 하겠습니다.
많은 분들이 힘드실 Cuda 버전에서는 Tensorflow가 윈도우 지원은 2.10.0 까지 하기 때문에
Cuda 12버전은 되지 않는다는 점 미리 말씀드립니다. ( 성공하신 분 있으면 댓글 달아주세요 )

가상환경을 쓰는 이유는 앞 서 말한 이유로 인해 이전 버전을 사용하기 때문에 기존의 Python과 라이브러리 충돌이 일어나지 않게끔 독립적으로 유지하기 위함이다. 때문에 귀찮더라도 모두 설치하기 바랍니다.

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1.  GPU 드라이버 설치 ( Tensorflow호환성 체크 )

1 - 1. 전체 적인 호환성 체크

먼저 Cuda Toolkit 과 cuDNN 라이브러리, Tensorflow의 호환성을 체크해야 한다.

( 이는 3070기준이며 각자의 맞게 사용하기 바란다. ) 

먼저 내 그래픽 카드가 어떤 Cuda에 맞게 사용되는지 알아야 한다. 다음 사이트에서 두 가지 표를 보고 확인 가능하다.

내 그래픽 카드를 검색하고 맨 앞에 숫자를 체크한다.

그리고 다음 표를 보며 내 그래픽 카드가 사용 가능한 Cuda 를 체크한다.

8.6이 포함된 모든 Cuda 11.1 ~ 12.8 최신버전까지 모두 사용 가능하다.

Tensorflow가 버전에 따라 지원하는 Cuda 버전들을 확인한다.

다음은 Tensorflow에 대한 설치 가이드로 설치해야하는 버전이 나와 있다. 

다음과 같이 Window에서의 GPU 지원은 2.10 이하의 버전에서만 사용 가능하다.

cuDNN과 쿠다(Cuda)라고 적힌 부분에 11.2라고 적혀있지만

사실상 11.x버전을 지원하는 경우이며 11.0이나 10은 11.x, 10.x를 지원하지 않는 듯 하다.

때문에 지원하는 가장 최신 버전 선택했다.

1 - 2. 그래픽 카드 드라이버 환경 설치

참고할 점

여기서 드라이버를 먼저 설치 했더라면 아마 CUDA가 버전에 맞게 설치 되어있는 경우들이 있다.

최신 버전으로 업데이트 했더라면 12.8로 나올 것이다. 환경 변수를 바꾸는 방법도 있지만, 삭제하고 설치하는 것이 맘이 편하다.

제어판에 있는 다음 항목들을 모두 삭제하고 진행한다면 편할 것이다. 

Cuda Toolkit다운시에 모두 다운로드 된다.

Cuda Toolkit  설치

다음 사이트에서 Cuda 11.x 버전을 다운 받아 준다. ( 각자 맞게 다운로드 하길 바란다. ) 

Cuda 라이브러리 다운

그리고 아까 확인했던 RTX 3070 기준 v8.6.0을 Cuda 11.x 버전에 맞게 다운로드 받고 압축을 풀어 준다.

라이브러리 복사

그러면 다음과 같은 경로에 Toolkit이 버전에 맞게 설치 되어있다.

C:\Program Files\NVIDIA GPU Computing Toolkit\CUDA\v11.8

다운받았던 라이브러리 파일을 복사해서 넣어준다.

1 - 3. 환경 변수 설정

다음과 같이 환경 변수 설정에서 CUDA_PATH는 버전에 맞게 설치되어 있다. 

이제 시스템 변수의 path에서 새로 만들기를 통해 다음 세 줄을 하나씩 추가한다.

( 찾아보면 bin은 있을 것이다. )

C:\Program Files\NVIDIA GPU Computing Toolkit\CUDA\v11.8\bin
C:\Program Files\NVIDIA GPU Computing Toolkit\CUDA\v11.8\include
C:\Program Files\NVIDIA GPU Computing Toolkit\CUDA\v11.8\lib

1 - 4. 설치 확인

다음 명령어를 통해 Cuda Version이 맞게 설치된 것을 알 수 있다.

> nvidia-smi

환경 변수에 인식된 Cuda 버전도 확인할 수 있다.

> nvcc --version

처음 말했던 삭제하고 설치하라는 이유가 간 혹 nvidia-smi 명령어에서는 12.8로 확인되고, nvcc --version에서는 11.8로 확인되는 경우가 있다. 드라이버가 함께 설치되어 인식하는 버전은 Cuda 12.8이고 환경 변수로 컴퓨터에서 인식하는 버전은 11.8인 경우이다.  

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2. 아나콘다 설치

2 - 1. 다음과 같이 Free Download를 통해 사이트를 접속하고 이메일을 Submit하면 이메일로 다운로드 링크를 보내준다.

이후에 설치 창에서 Recommnad 추천하는 경우를 선택하고 설치해주는 것이 좋다.

2 - 2. Anaconda Prompt 실행 후 가상환경 생성

가상환경을 생성하기 위해서는 아까 봤던 tensorflow 표를 통해 python version을 설정하여 생성하면 된다.

일단 가상 환경에 설정할 Python은 3.7에서 3.10으로 나와 있지만,

3.8 ~ 3.9가 안정적이다라고 많은 평가가 있으며,

3.10 버전은 이후 세팅을 위한 과정에서 어려움을 겪을 수 있으니 3.8 ~ 3.9를 추천한다.

가상환경 생성

먼저 가상환경을 생성해 준다.

> conda create --name (사용할 가상환경 이름) python=3.9

생성된 가상환경을 활성화 준다. 다음과 같이 앞이 설정한 이름으로 바뀌는 것을 알 수 있다.

> conda activate ( 사용했던 가상환경 이름 )

라이브러리 설치 ( tensorflow )

최신 버전의 conda는 더이상 tensorflow-gpu=2.10.0의 설치 지원을 하지 않기 때문에 pip 설치로 대체한다. 

둘다 설치한다. 이후 버전은 통합하였지만 따로따로 사용해야 한다.

> pip install tensorflow-gpu==2.10.0
> pip install tensorflow==2.10.0

라이브러리 설치 ( numpy )

이렇게 설치 한다면 tensorflow에 필요한 라이브러리들이 자동적으로 설치된다.

이때 numpy가 최신버전으로 설치 되기 때문에 다운그레이드를 해야한다. 이 경우도 conda가 지원하지 않아 pip로 진행

1.23 버전이 다른 라이브러리 버전과 호환된다.

> pip install numpy==1.23

GPU 인식 확인

꼭 다음 명령어를 conda가상환경이 활성화 된 상태에서 하기 바란다.

jupyter Notebook or Visual Code에서는 인식하는 과정이 느리고 오류가 제대로 나오지 않기 때문에 확인이 어렵다

다음과 같은 코드를 입력했을 때 되지않는다 하더라도 에러 내용이 제대로 나오기 때문에 대처가 가능하다.

> python -c "import tensorflow as tf; print('TensorFlow Version:', tf.__version__); print('GPU 사용 가능 여부:', tf.config.list_physical_devices('GPU'))"

위와 같이 GPU 인식이 가능하다.

추가 에러 상황 - zlibwapi.dll error

다음 오류는 Visual code에서 Jupyter Notebook으로 사용했을 때 생기는 오류이다. ( 그 외에도 생길 수 있다. )

다음 사이트를 통해 사양에 맞는 비트를 선택하고 설치한 파일 내에 zlibwapi.dll만 복사해서 다음 경로에 붙여넣기 하면된다.

C:\Program Files\NVIDIA GPU Computing Toolkit\CUDA\v11.8\bin

계속 CPU 기기만 인식해서 많은 블로그와 공식 가이드 문서들을 찾아보았지만 호환성에 대해서 정확한 내용이 거의 없었다. 때문에 Cuda버전들을 삭제하고 다시 설치 하는 수 많은 과정을 통해 이 글을 작성하게 되었다.
다른 분들께서는 이 글을 통해 인식이 되지 않는 문제 없이 한 번에 이루어지는 쾌거를 느끼시길 바란다.

추가적인 오류가 있다면 댓글로 남겨주시면 감사하겠습니다.

이번 글에서는 백준 28278번 문제를 통해
스택(자료구조)를 구현하고 활용해 보자.

문제 핵심

• N : 명령의 수 ( 1 <= N <= 1,000,000 )
• 명령 1 ~ 5 까지 주어진다.
• 1. Push
• 2. Pop
• 3. Size
• 4. IsEmpty
• 5. Peek
• 명령은 하나씩 주어진다.

풀이 과정

다음 문제는 스택을 구현하고 처리하는 과정이라고 할 수 있다.

1. 함수 구현하기

1 ~ 5의 명령어와 같이 스택에 필요한 함수들을 구현하자.

	private static int isEmpty() {
        if (list.isEmpty()) {
            return 1;
        }
        return 0;
    }

    private static Integer peek() {
        if (list.isEmpty()) {
            return -1;
        }
        return list.getFirst();
    }

    private static Integer pop() {
        if (list.isEmpty()) {
            return -1;
        }
        return list.removeFirst();
    }

    private static void push(int num) {
        list.addFirst(num);
    }

문제에 맞게 명령어들을 변형하여 함수를 구현하였다.

2. 구현한 함수 활용하기 ( Main 작성 )

• 문제를 다음과 같이 풀었지만, 1 ~ 5의 단순한 숫자나 문자열로 처리할 경우 Switch문이 더 적합하며 범위 계산이나 null 값 계산 등이 아니라면 Switch문으로 처리하는 것이 좋아 보인다.
• List 는 JAVA의 LinkedList<> 클래스를 활용하였다.
  • ArrayList or List를 활용해서 사용할 수 있기도 하지만, 미리 만들어두는 구조보다는 문제제목과 같은 자료구조에 맞춰서 사용하였다.

private static final LinkedList<Integer> list = new LinkedList<>();

    public static void main(String[] args) throws IOException {
        BufferedReader bufferedReader = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
        StringBuilder stringBuilder = new StringBuilder();

        int num = Integer.parseInt(bufferedReader.readLine());
        StringTokenizer stringTokenizer;

        String command;

        for (int i = 0; i < num; i++) {
            stringTokenizer = new StringTokenizer(bufferedReader.readLine());

            command = stringTokenizer.nextToken();

            if (command.equals("1")) {
                push(Integer.parseInt(stringTokenizer.nextToken()));
            } else if (command.equals("2")) {
                stringBuilder.append(pop())
                        .append("\n");
            } else if (command.equals("3")) {
                stringBuilder.append(list.size())
                        .append("\n");
            } else if (command.equals("4")) {
                stringBuilder.append(isEmpty())
                        .append("\n");
            } else if (command.equals("5")) {
                stringBuilder.append(peek())
                        .append("\n");
            }

        }
        System.out.println(stringBuilder);
    }

백준에서는 여러 프로그래밍 언어 중 Java가 비교적 느린 편이기 때문에, 많은 사람이 속도 최적화에 집중하거나 단순히 문제를 해결하는 데만 초점을 맞춰 코드를 작성하는 경우가 많다. (물론 브론즈 ~ 실버 수준의 문제에서는 속도 차이가 크게 중요하지 않다.)

하지만 이러한 문제의 핵심은 스택을 직접 구현하고 이해하는 것에 있다.

예를 들어, 명령어가 4일 때 list.isEmpty() ? 1 : 0을 사용하면 간편하게 해결할 수 있다.
그러나 이는 LinkedList 클래스의 isEmpty() 메서드를 활용한 것이지,
우리가 구현해야 할 스택의 isEmpty()가 아니다.
비록 같은 기능을 수행하지만, 개념적으로 다른 의미를 가진다.

즉,
문제를 통과하는 것에만 집중하기보다는, 정확한 개념을 이해하고 접근하는 것이 더 중요하다.

전체 코드

물론 다음 코드도 완벽하지는 않다.

package org.example;

import java.io.BufferedReader;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStreamReader;
import java.util.LinkedList;
import java.util.StringTokenizer;

public class Main {

    private static final LinkedList<Integer> list = new LinkedList<>();

    public static void main(String[] args) throws IOException {
        BufferedReader bufferedReader = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
        StringBuilder stringBuilder = new StringBuilder();

        int num = Integer.parseInt(bufferedReader.readLine());
        StringTokenizer stringTokenizer;

        String command;

        for (int i = 0; i < num; i++) {
            stringTokenizer = new StringTokenizer(bufferedReader.readLine());

            command = stringTokenizer.nextToken();

            if (command.equals("1")) {
                push(Integer.parseInt(stringTokenizer.nextToken()));
            } else if (command.equals("2")) {
                stringBuilder.append(pop())
                        .append("\n");
            } else if (command.equals("3")) {
                stringBuilder.append(list.size())
                        .append("\n");
            } else if (command.equals("4")) {
                stringBuilder.append(isEmpty())
                        .append("\n");
            } else if (command.equals("5")) {
                stringBuilder.append(peek())
                        .append("\n");
            }

        }
        System.out.println(stringBuilder);
    }

    private static int isEmpty() {
        if (list.isEmpty()) {
            return 1;
        }
        return 0;
    }

    private static Integer peek() {
        if (list.isEmpty()) {
            return -1;
        }
        return list.getFirst();
    }

    private static Integer pop() {
        if (list.isEmpty()) {
            return -1;
        }
        return list.removeFirst();
    }

    private static void push(int num) {
        list.addFirst(num);
    }
}

오늘은 자료구조의 기본 구조 중 하나인 스택에 대해서 알아보고자 한다.
가장 기본적인 구조로 후입선출 ( LIFO, Last In First Out ) 방식을 가진다.
접시를 쌓아올린다고 생각하면 된다.

스택 ( Stack )

• 후입 선출 ( LIFO, Last In First Out )
• 한쪽 끝에서만 데이터 삽입( push )과 삭제( pop )가 이루어짐
• 재귀 호출, 백트래킹, 수식 계산 등 다양한 알고리즘에서 활용됨

    private int[] stack;
    private int top;

    public TestStack(int size){
        stack = new int[size];
        top = -1;
    }

스택의 기본 연산

1. push(value): 데이터 삽입

• 스택의 맨 위(top)에 데이터를 추가하는 연산

    public void push(int value){
        if(top == stack.length -1 ) {
            System.out.println("스택이 가득 찼습니다.");
            return;
        }

        stack[++top] = value;
    }

2. pop(): 데이터 제거

• 스택의 맨 위(top)에 있는 데이터를 제거하고 반환하는 연산
• 만약 스택이 비어 있다면 언더플로우(Underflow, 데이터 부족 에러) 발생

    public int pop() {
        if (isEmpty()){
            System.out.println("스택이 비어 있습니다.");
            return -1;
        }
        return stack[top--];
    }

3. peek() (또는 top()): 최상단 데이터 확인

• 스택의 맨 위(top)에 있는 데이터를 반환하지만, 제거하지 않음

    public int peek() {
        if (isEmpty()) {
            System.out.println("스택이 비어 있습니다.");
            return -1;
        }
        return stack[top];
    }

4. isEmpty(): 스택이 비어 있는지 확인

• 스택이 비어 있으면 true, 아니면 false 반환

    public boolean isEmpty() {
        return top == -1;
    }

로직 예시)

왼쪽 위부터 오른쪽으로 진행된다

1. 빈 스택이다

2. push를 통해 값 ( 1 ) 을 넣었다. 이 때 top은 1을 가리킨다

3. push를 통해 값 ( 2 ) 을 넣었다. 이 때 top은 2를 가리킨다.

4. peek를 통해 값 ( 2 ) 을 받았다.

5. pop을 통해 값 ( 2 ) 를 꺼냈다. 이 때 top은 1을 가리킨다.

6. pop을 통해 값 ( 1 ) 를 꺼냈다. 이 때 top은 아무것도 가리키지 않는다. ( -1 상태 )

배열을 활용하여 스택에 대해 설명했지만, 
List 클래스 ( 하위 클래스 포함 ArrayList 등 ) 으로도 구현 가능하다.
 개념을 이해하고 상황에 맞게 사용하면 된다.

전체 구현 코드

package org.example;


public class TestStack {
    private int[] stack;
    private int top;

    public TestStack(int size){
        stack = new int[size];
        top = -1;
    }

    public void push(int value){
        if(top == stack.length -1 ) {
            System.out.println("스택이 가득 찼습니다.");
            return;
        }

        stack[++top] = value;
    }

    public int pop() {
        if (isEmpty()){
            System.out.println("스택이 비어 있습니다.");
            return -1;
        }
        return stack[top--];
    }

    public int peek() {
        if (isEmpty()) {
            System.out.println("스택이 비어 있습니다.");
            return -1;
        }
        return stack[top];
    }

    public boolean isEmpty() {
        return top == -1;
    }
}