Day 4 - 데이터 레이블링: SageMaker Ground Truth·액티브 러닝(Active Learning)·레이블 품질

SageMaker Ground Truth: 레이블링 워크플로

수십만 장을 사람이 손으로 레이블링하는 비용은 감당하기 어렵다. Specialty는 "이걸 어떻게 싸고 정확하게 붙이는가"를 묻고, 답의 중심에 Ground Truth가 있다.

Ground Truth는 레이블링 잡을 네 조각으로 구성한다.

출력은 학습에 바로 쓸 수 있는 표준 augmented manifest(JSON Lines)로 나온다.

import boto3
sm = boto3.client("sagemaker")
 
sm.create_labeling_job(
    LabelingJobName="cat-dog-bbox",
    LabelAttributeName="annotations",
    InputConfig={"DataSource": {"S3DataSource": {
        "ManifestS3Uri": "s3://my-lake/labeling/input.manifest"}}},
    OutputConfig={"S3OutputPath": "s3://my-lake/labeling/output/"},
    RoleArn=role_arn,
    LabelCategoryConfigS3Uri="s3://my-lake/labeling/labels.json",
    HumanTaskConfig={
        "WorkteamArn": private_workteam_arn,        # 워크포스 선택 (아래 표)
        "PreHumanTaskLambdaArn": prehuman_lambda,
        "TaskTitle": "Draw boxes around cats and dogs",
        "NumberOfHumanWorkersPerDataObject": 3,     # 객체당 3명 → 합의
        "TaskTimeLimitInSeconds": 300,
    },
)

작업 유형별 레이블 형태

작업 유형에 따라 사람이 하는 일과 결과물의 모양이 다르다. 지문에서 "무엇을 붙여야 하는가"를 읽으면 유형이 정해진다.

• 위로 갈수록 작업당 시간이 짧고 아래로 갈수록 비싸다. 세그멘테이션은 분류보다 압도적으로 비싸다.
• 비용을 줄이려면 "정말 세그멘테이션이 필요한가, 바운딩 박스로 충분한가"를 먼저 따져야 한다.

워크포스 선택표

데이터 민감도와 비용을 함께 보고 고른다.

환자 영상이나 PII 같은 민감 데이터를 Mechanical Turk 같은 공개 워크포스에 노출하면 컴플라이언스 위반이다. 이럴 땐 Private(사내) 또는 NDA·전문성을 갖춘 Vendor를 써야 한다. Specialty가 "민감 데이터의 레이블링 워크포스는?"이라 물으면 답은 거의 항상 Private 또는 Vendor다.

⚠️ 함정: 비용과 규모만 보고 Mechanical Turk를 고르는 것이 이 영역의 대표적 함정이다. 지문에 "환자", "PII", "규제", "기밀"이라는 단어가 하나라도 있으면 공개 워크포스 보기는 바로 제외한다.

액티브 러닝: 자동 레이블링으로 비용 줄이기

Ground Truth의 핵심 비용 절감 기능은 automated data labeling(액티브 러닝)이다. 동작 순서는 이렇다.

1. 사람이 일부(seed) 레이블링
        ▼
2. 그 레이블로 모델 학습
        ▼
3. 모델이 전체 데이터 예측
        ├─ 확신 높음 → 자동 레이블로 채택 (사람 개입 없음)
        └─ 확신 낮음 → 사람에게 라우팅
                          ▼
4. 사람이 모호한 것만 레이블링 → 2번으로 되돌아가 반복

• 핵심 통찰: 모델이 모호해하는 결정 경계 근처 샘플에 사람 노동을 집중시키면, 전체의 일부만 레이블링하고도 높은 품질을 얻는다.
• 데이터가 클수록, 레이블링 예산이 빠듯할수록 이득이 커진다.

# create_labeling_job에 LabelingJobAlgorithmsConfig를 추가하면 액티브 러닝이 켜진다
labeling_algorithm = {
    "LabelingJobAlgorithmsConfig": {
        # 작업 유형별 내장 알고리즘 ARN (이미지 분류 예시)
        "LabelingJobAlgorithmSpecificationArn":
            "arn:aws:sagemaker:us-east-1:027400017018:labeling-job-algorithm-specification/image-classification"
    }
}
# 확신 높은 객체는 모델이 자동 레이블링, 모호한 것만 사람에게 → 비용 ↓

액티브 러닝은 "모든 데이터가 학습에 똑같이 유용하지는 않다"에서 출발한다. 모델이 이미 확신하는 샘플은 추가 레이블의 정보 가치가 낮고, 결정 경계 근처의 모호한 샘플(불확실성이 높은 샘플)이 정보 가치가 가장 크다. 그 모호한 샘플에만 집중하는 방식을 uncertainty sampling이라 한다.

레이블 품질 확보: 합의와 검증

사람은 실수한다. 부주의, 편향, 피로로 한 명의 레이블러는 틀릴 수 있다. Ground Truth는 여러 장치로 품질을 지킨다.

• 합의(consensus): NumberOfHumanWorkersPerDataObject를 2~5로 설정해 같은 객체를 여러 명이 레이블링하고 결과를 통합한다(다수결·가중).
• 주석 통합(annotation consolidation): 여러 답을 하나로 합치는 로직. 내장 기본값이 있고 필요하면 커스텀 Lambda로 교체한다.
• 품질 검토 워크플로: 별도 워크포스가 결과를 검수·수정한다.

# 합의: 객체 1개를 3명이 레이블링 → 통합 알고리즘이 최종 레이블 산출
"NumberOfHumanWorkersPerDataObject": 3,
# 통합 로직 (기본은 다수결) 또는 커스텀 Lambda
"AnnotationConsolidationConfig": {
    "AnnotationConsolidationLambdaArn": consolidation_lambda_arn
}

레이블 품질을 재는 지표로 레이블러 간 일치도(inter-annotator agreement, 예: Cohen's kappa)가 있다. 일치도가 낮으면 지침이 모호하거나 작업 자체가 본질적으로 어렵다는 신호다.

오류 유형별 대응표

레이블 노이즈는 모델 성능의 상한을 직접 깎는다. 합의 기반 레이블링은 다수결로 무작위 오류를 줄이지만 체계적 편향(모호한 지침 때문에 모든 레이블러가 같은 방향으로 틀리는 것)은 잡지 못한다. 명확한 레이블링 가이드라인과 golden set(정답을 이미 아는 표본)으로 검증하는 절차가 필수다. 정확도·레이블러 수·액티브 러닝 사이에는 비용 트레이드오프가 있고, 사람 레이블링의 양 자체를 줄이는 쪽이 비용과 품질을 함께 개선하는 정공법이다.

⚠️ 함정: "레이블러를 늘리면 품질이 좋아진다"만 외우면 체계적 편향 문제를 묻는 문제에서 틀린다. 보기에 "지침 명확화", "golden set"이 있으면 그쪽이 유력하다.

레이블링 대안: 정말 그 많은 데이터가 필요한가

레이블링을 시작하기 전에 세 가지를 먼저 확인한다.

1. 사전학습 모델 + 전이학습으로 적은 레이블만으로 될 일인가?
2. 데이터 증강으로 기존 레이블을 더 멀리 쓸 수 있는가?
3. 약한 감독(weak supervision) — 휴리스틱 규칙으로 대략적 레이블을 만들 수 있는가?

Specialty는 "레이블링 비용을 어떻게 줄이나?"가 나오면 액티브 러닝 + 전이학습이 정답 후보다.

비용 절감 수단 비교

운영 중의 사람 검토: Amazon A2I

레이블링은 학습 전에만 필요한 게 아니다. 운영 중 모델이 확신하지 못하는 예측을 사람에게 넘겨 검토받는 흐름도 있다.

추론 요청 ─▶ 모델 예측 ─▶ 신뢰도 임계값 판단
                              ├─ 임계값 이상 → 그대로 응답
                              └─ 임계값 미만 → 사람 검토 대기열(A2I)
                                                    ▼
                                          검토 결과 저장 → 재학습 데이터로 축적

• Amazon Augmented AI(A2I)는 이 "사람 검토 루프"를 구성하는 서비스다. 워크포스 개념은 Ground Truth와 공유한다.
• 값어치는 두 겹이다. ① 저신뢰 예측의 품질을 사람이 보정하고, ② 그 검토 결과가 다음 재학습의 고품질 레이블이 된다.
• 액티브 러닝과 발상이 같다. 모호한 것만 사람에게 보낸다는 원칙이 학습 단계(Ground Truth)와 운영 단계(A2I) 양쪽에 적용된다.

"운영 중 저신뢰 예측을 사람이 검토"라는 지문에 Ground Truth를 고르면 어색하다. Ground Truth는 학습용 데이터셋에 레이블을 붙이는 도구이고, 추론 결과에 사람 검토를 끼워 넣는 것은 A2I의 자리다.

내일은 Week 1 전체(수명주기·저장·수집·레이블링)를 하나의 데이터 파이프라인으로 종합한다.

📖 용어

• 레이블링 잡(labeling job) : 데이터에 정답을 붙이는 작업을 정의한 Ground Truth 실행 단위.
• 매니페스트(manifest) : 레이블링할 대상 목록을 담은 JSON Lines 파일. 한 줄이 한 객체다.
• augmented manifest : 원본 정보에 레이블 결과가 덧붙은 출력 파일. 학습 입력으로 바로 쓸 수 있다.
• 워크포스(workforce) : 실제로 레이블링을 수행하는 인력 집단. Mechanical Turk·Private·Vendor 세 종류.
• 액티브 러닝 : 모델이 확신하는 건 자동 처리하고 모호한 것만 사람에게 보내는 레이블링 전략.
• uncertainty sampling : 모델이 가장 헷갈려 하는 샘플부터 골라 레이블링하는 방식.
• 합의(consensus) : 같은 객체를 여러 명이 레이블링하고 다수결 등으로 하나의 답을 만드는 절차.
• annotation consolidation : 여러 레이블러의 답을 하나로 합치는 통합 로직.
• golden set : 정답을 이미 아는 검증용 표본. 레이블러와 지침의 품질을 점검하는 데 쓴다.
• 체계적 편향 : 모두가 같은 방향으로 틀리는 오류. 다수결로는 걸러지지 않는다.