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[김정호의 4차혁명 오딧세이] 인공지능 필수지식 '이산수학' 아시나요

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1, 2차 산업혁명에 기여한 '미적분학'

전자공학에서 대학 2, 3 학년때 배우는 가장 기초적인 과목이 전자기학, 전기회로, 전자공학이다. 그리고 반도체 물성이론도 같이 배운다. 이 과목들에서 반도체로 이루어진 프로세서, 센서, 메모리, 무선통신 반도체 회로를 설계하고 제작하는데 필요한 기본 이론을 얻는다. 그래서 2, 3 학년 과목들이 제일 중요하다.

        김정호 교수

이러한 과목에 사용되는 가장 중요한 수학적 방법론이 미적분학이다. 단순히 미분, 적분 문제 해법을 넘어서 미분으로 이루어진 미분방정식, 적분으로 이루어진 적분 방정식을 푸는 연습을 하게 된다. 특히 전자기학에서는 경계 조건과 구조의 대칭을 이용한 벡터의 미분방정식을 많이 풀게 된다.

이러한 이론은 5G 무선통신용 전송선, 안테나 설계에 활용된다. 전기 및 전자 회로 문제에서는 시간의 변화에 대한 미분 방정식을 많이 푼다. 전자 소자의 특성이 전압 또는 전류의 미분으로 표현되기 때문이다. 회로 미분 방정식은 초기 시작점의 전류 전압 조건을 이용해서 미분 방정식 문제를 푸는데, 경우에 따라 주파수 영역으로 이동해서 대수적으로 문제를 풀기도 한다.

이처럼 기존의 공학에 필요한 수학은 미적분이 많이 활용되었다. 미적분학이 자연과 공학 문제에 대한 모델 수립, 수학적 해법을 제공하면서 동시에 공학 문제에 대한 통찰력과 이해력을 키워준다. 하지만 요즘 실제 공학 문제가 이렇게 단순한 선형 미분방정식으로 표현되는 경우는 이제 거의 없다.

예를 들어 반도체 내부만 하더라도 수억 또는 수조 개의 트랜지스터가 있게 되는데, 인간이 미분 방정식으로 동시에 모두 풀기 불가능하다. 그래서 대부분 요즈음은 컴퓨터로 미분방정식을 풀고 있다. 그래서 MATLAB으로 알려진 수학 전용 소프트웨어를 잘 사용해야 한다. 이제는 미적분의 개념만 잘 알면 된다.

전자파 해석, 안테나 설계에 사용되는 Maxwell Equation들. 미적분 방정식으로 표현되어 있다. [출처: Researchgate]


인공지능 알고리즘에 꼭 필요한 '이산수학'

요즈음 4차 산업혁명에 필요한 빅데이터는 모두 ‘0’ 과 ‘1’ 의 2진수로 표현되는 디지털 신호로 표시된다. 특히 인공지능을 위한 알고리즘 계산도 컴퓨터 내에서 디지털 신호 계산으로 이루어 진다. 신경세포(Perceptron)에서의 덧셈, 곱셈 작업도 모두 디지털 계산으로 구현된다. 데이터도, 계산도, 저장도 모두 디지털 반도체에서 이루어지고 있다. 이처럼 데이터가 디지털인 이유는 반도체 메모리 저장 장치 자체가 디지털 소자이기 때문이다. 또한 데이터 전송을 위한 광통신 네트워크, 무선 통신도 모두 디지털 신호 전송으로 수행된다. 따라서 4차 산업혁명의 토대는 ‘0’과 ‘1’로 표현되는 2진수 수학에 있다고 본다. 그 수학을 ‘이산수학(Discrete Mathematics)’라고 부른다.

기존의 미적분학은 연속되는 함수의 기울기를 구하거나 면적을 구한다. 그런데 디지털 신호는 ‘0’ 과 ‘1’은 급격하게 불연속적으로 신호가 변화한다. 그 변화 시점에서 함수 값이 불연속적이다. 그러니 그 불연속 시점에서 함수를 미분하면 무한대가 된다. 따라서 디지털 신호 처리와 인공지능 알고리즘의 구현과 해석은 기존의 미적분으로 해결할 수가 없다. 그래서 디지털 신호의 해석에 가장 필요한 수학이 ‘이산수학(Discrete Mathematics)’가 되고 있다. 이산수학은 ‘2 진수 수학’ 혹은 ‘디지털 수학’이라고 부를 수도 있다.

이산수학에서는 디지털 세계의 기본적인 개념, 원리, 법칙을 활용하여 실생활에서 일어나는 디지털 상황의 문제를 수학적으로 정의 할 수 있는 능력을 배양한다. 그리고 이를 바탕으로 논리적으로 사고하고 합리적으로 문제를 해결하는 능력과 태도를 기를 수 있다. 특히 디지털 이산적 개념을 적용하는 디지털 컴퓨터 사용이 지속적으로 증가함에 따라 요구되는 컴퓨터공학, 정보통신, 소프트웨어 등의 정보기술(IT) 분야에서 이산수학을 바탕으로 시스템을 설계하거나 컴퓨터를 이용해 문제를 해결하는 방법을 학습 할 수 있다.

추가적으로 이산수학과 관련된 지식은 인공지능 알고리즘과 학습 방법을 개발하고, 인공지능 머신러닝의 구조를 설계하는데 학문적 기반이 된다. 예를 들어 디지털 행렬 계산과 논리회로도 이산수학에 포함된다. 결국 이산수학은 인공지능의 수학적 토대가 된다.

이산 수학을 이용한 논리 계산을 위한 기본 수식들, [출처: KAIST]
연속 함수 수학과 이산 수학의 비교, [출처: 네이버 블로그]

 

수학도 바뀐다 

여기에 더해 이산수학이 컴퓨터 소프트웨어 제작에 필요한 논리적 사고력을 함양하는 데 큰 도움이 된다. 컴퓨터 프소프트웨어의 가장 기본적인 구조인 제어문, 반복문, 서브루틴의 개념에는 순차적인 논리 사고가 필요하며, 이산수학으로 단련되어 논리적 사고를 할 수 있는 프로그래머가 더 높은 생산성과 훌륭한 성과물을 보인다. 마지막으로 컴퓨터 프로그램 제작을 위한 추상화와 알고리즘에 이산수학의 이론들이 실제로 사용된다.

이산수학은 디지털 정보이론, 그래프이론, 알고리즘과 같은 이산적인 분야를 다룬다. 이처럼 이산 수학은 컴퓨터 과학의 기초이론으로서 가장 중요한 위치를 차지하고 있다. 더 나아가 이산수학의 개념은 4차 산업혁명의 빅데이터, 인공지능에 필요한 수학적 근간이 된다고 말할 수 있다.

특히 인공지능 연구에 필요한 기초 수학이 디지털 미적분, 행렬, 확률과 통계이다. 더 나아가 전문가가 되기 위해서는 디지털 게임이론, 정보이론 등도 필요하다. 여기에 꼭 기초가 되는 수학이 이산수학이다. 그래서 앞으로 이산수학이 전공을 불문하고 대학 1,2 학년 때 꼭 필수적으로 수강해야 하는 과목으로 생각한다. 1,2,3 차 산업에 필요한 수학이 있었고, 이제 4차 산업혁명에 더욱 중요한 수학이 새로이 등장하고 있다. 이산수학이 그 중의 기초이다.

이산수학에 기초한 디지털 세계에서의 문제 추상화, 모델링, 계산 과정, [출처=KAIST]

 

joungho@kaist.ac.kr 

  

[김정호 카이스트 전기 및 전자공학과 교수]  

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홈플러스 67개 점포 재개장 [서울=뉴스핌] 김용석 기자 = 임시 휴업 이후 지난 7일 가오픈으로 영업을 재개한 홈플러스가 13일 전국 67개 점포의 정식 재개장에 들어갔다. 홈플러스가 13일 재개장에 들어갔다. [사진 = 뉴스핌DB] 무엇보다 관건은 매출 회복 속도다. 홈플러스는 법원이 정한 회생 계획안 가결 최종 기한인 9월 4일까지 약 3주 동안 정상화 가능성을 입증하고 채권자들을 설득해야 한다. 회생 계획안이 부결되거나 회생 절차가 다시 폐지될 경우 청산 위험이 커질 수 있다. 공교롭게도 정식 개장 이후 첫 주말은 경쟁사인 이마트와 롯데마트가 광복절 연휴 장보기 수요를 겨냥해 대규모 할인전에 돌입하는 시점과 겹쳤다. 여기에 훼손된 공급망 복구와 대주주 책임을 둘러싼 노조의 반발까지 맞물리면서 회생의 첫 관문을 맞게 됐다. 유통업계에 따르면 홈플러스는 이날 전국 67개 점포의 정식 재개장에 들어갔다. 이 가운데 59개 점포는 온라인 배송도 함께 재개했다. 홈플러스는 지난달 13일 자금난을 이유로 임시 휴업에 들어간 뒤 2000억 원 규모의 긴급 운영 자금(DIP)을 확보했고, 지난 7일 67개 점포의 가오픈을 시작했다. 이후 12일까지 협력업체들과 납품 조건을 협의하고 상품 입고와 시스템 보완 작업을 진행했다. 정식 개장에 맞춰 고객 유입을 위한 할인 행사도 마련했다. 마이홈플러스 회원을 대상으로 13일부터 나흘간 한우 전 품목을 최대 50% 할인 판매한다. 14일부터 사흘간은 당당 후라이드 치킨을 50% 할인한 3490원에 선보이며, 한돈 일품포크 삼겹살·목심은 40% 할인한 100g당 1980원에 판매한다. 2000억 원 규모의 긴급 운영 자금(DIP)을 확보한 홈플러스가 13일 정식 개장했다. 사진은 서울 시내 한 홈플러스 매장. khwphoto@newspim.com ◆ 이마트·롯데마트는 연휴 할인전 문제는 빅2도 같은 시기에 대규모 할인전에 나선다는 점이다. 이마트와 롯데마트는 통상 월초를 중심으로 대표 할인 행사를 열어왔지만, 이번 8월에는 말복과 광복절, 대체 공휴일로 이어지는 연휴 수요를 겨냥해 행사를 두 차례로 확대했다. 이에 따라 두 회사의 두 번째 할인 행사가 홈플러스 정식 재개장 시기와 겹치게 됐다. 롯데마트는 홈플러스 재개장일인 13일부터 17일까지 닷새간 '통 큰데이' 행사를 진행한다. '통 큰 통닭'과 완도 활전복, 삼겹살·목심, 러시아산 활대게 등을 할인 판매하고, 한우 등심·국거리·불고기 등도 행사 대상에 포함했다. 이마트는 14일부터 17일까지 나흘간 '고래잇 페스타' 2차 행사를 연다. 신선식품과 델리, 간편식, 생필품 등을 최대 50% 할인하는 가운데 제주산 광어회와 광어회 필렛을 반값 수준에 판매한다. 이마트 관계자는 "올여름 기록적인 폭염으로 물가 부담이 커진 만큼 8월에는 고래잇 페스타를 2회로 확대 운영해 고객들이 체감할 수 있는 가격 혜택을 강화했다"고 말했다. 그동안 홈플러스의 점포 휴업·폐점 여파로 인근 이마트와 롯데마트 매출이 두 자릿수 증가하는 등 반사이익이 나타난 것으로 집계됐다. 신한투자증권은 홈플러스 매출의 30%가 경쟁사로 이동하면 이마트·롯데쇼핑 매출이 최대 1조5000억원 증가할 수 있다고 전망하기도 했다.   ◆ 공급망 복구가 변수…안정적인 납품과 상품 확보돼야 두 경쟁사가 사전에 대규모 행사 물량을 확보해둔 것과 달리 홈플러스는 기업 회생 절차와 임시 휴업을 거치며 훼손된 공급망을 복구하는 단계에 있다. 협력업체 다수가 선결제나 결제 기한 단축을 요구하면서 납품 협상이 길어지고 있으며, 공익 채권 미변제 논란도 거래 신뢰 회복을 어렵게 하는 요인으로 남아 있다. 홈플러스는 신규로 공급받는 상품의 대금을 우선 지급하는 조건 등을 제시하며 협력업체 설득에 나선 것으로 알려졌다. 기존 채권과 신규 납품분의 지급 조건을 구분해 거래를 재개하는 방식이다. 자금 회수가 빠르고 집객 효과가 큰 신선식품과 자체 브랜드(PB) 상품 중심으로 매대를 구성한 것도 이런 사정과 무관하지 않다. 홈플러스는 기존 복층 매장을 단층 중심으로 재편하고 식품·생필품과 PB 상품에 집중하는 이른바 '트레이더 조'형 모델도 추진하고 있다. 다만 이 같은 사업 모델 전환이 성과를 내기 위해서는 안정적인 납품과 점포별 상품 구색 확보가 선행돼야 한다. 홈플러스 마트산업노조는 "MBK는 끝내 청산을 시도할 것"이라며 "그 전에 '제대로 된 회사'에 인수 합병(M&A)이 이뤄져야 한다"고 주장했다. 최대 주주인 MBK파트너스가 경영에서 물러나고 새로운 인수 주체가 나서야 한다는 요구다. 다만 현재 시장에서는 홈플러스 인수 의향을 공개적으로 밝힌 기업을 찾기 어려운 상황이다. 시장에서는 인수 금액뿐 아니라 고용 승계와 노사 관계, 잠재 채무 등도 인수자의 부담 요인으로 거론된다. 앞서 최대 채권자인 메리츠금융그룹과 MBK파트너스는 2000억원 규모의 DIP 조달과 대주주 책임을 둘러싸고 수개월째 공방을 벌여왔다. MBK와 메리츠가 자금 지원 조건과 보증 책임을 놓고 대립하는 동안 노조는 양측의 책임 있는 조치와 정부 개입을 요구해왔다. 결국 이번 첫 연휴 주말의 판매 실적은 단순한 유통 3사의 할인 경쟁을 넘어 홈플러스의 정상화 가능성을 가늠하는 시험대가 될 전망이다. fineview@newspim.com 2026-08-13 08:46
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美 7월 소비자물가 3.4%로 둔화 [서울=뉴스핌] 고인원 기자= 미국의 7월 소비자물가 상승세가 시장 예상에 부합하며 완만한 흐름을 보였다. 올해 초 중동 분쟁에 따른 에너지 가격 급등으로 커졌던 인플레이션 압력이 다소 진정되고 있다는 신호로 해석되면서 미 연방준비제도(Fed·연준)의 9월 추가 금리 인상 가능성도 낮아졌다. 미 노동부 노동통계국(BLS)은 12일(현지시간) 7월 소비자물가지수(CPI)가 전월 대비 0.1% 상승했다고 밝혔다. 6월에는 0.4% 하락해 6년 만에 처음으로 월간 기준 하락세를 기록했다. 전년 대비 CPI 상승률은 3.4%로 6월의 3.5%에서 둔화했다. 변동성이 큰 식품과 에너지를 제외한 근원 CPI는 전월 대비 0.2% 상승했다. 6월에는 보합이었다. 전년 대비 근원 CPI 상승률 역시 2.6%에서 2.5%로 낮아졌다. 헤드라인과 근원 CPI의 전월 대비 상승률은 모두 로이터와 다우존스가 집계한 시장 전망치에 부합했다. 미국 여성이 생활용품점 '달러트리'에서 식료품을 구입하고 있다. 2018.08.30 [사진=블룸버그] 물가 상승률은 여전히 연준의 목표치인 2%를 웃돌고 있지만, 6월에 이어 7월에도 월간 물가 흐름이 비교적 안정적으로 나타나면서 올해 초 에너지 가격 급등으로 촉발됐던 인플레이션 압력이 완화되고 있다는 평가가 나온다. 연준은 공식 물가 목표를 판단할 때 CPI보다 개인소비지출(PCE) 물가지수를 더 중시한다. ◆ CPI 예상 부합…9월 금리 인상 확률 42%로 하락 이번 CPI는 지난주 발표된 미국 고용보고서에서 예상 밖의 일자리 감소가 확인된 직후 나온 것이어서 연준의 향후 통화정책에 대한 시장의 관심이 더욱 컸다. CPI 발표 전 CME 페드워치에 반영된 연준의 9월 금리 인상 가능성은 약 46%였다. 지표 발표 이후에는 42%로 떨어졌다. 금융시장도 즉각 반응했다. 미국 주가지수 선물은 상승폭을 확대했고 미 국채 수익률은 전 구간에서 하락했다. 7월 물가와 고용이 모두 비교적 완만하게 나타나면서 연준이 당장 추가 금리 인상에 나서야 할 필요성이 줄었다는 기대가 반영된 것으로 풀이된다. 연준은 지난달 연방공개시장위원회(FOMC)에서 기준금리인 연방기금금리 목표 범위를 3.50~3.75%로 동결했다. 다음 FOMC는 9월 15~16일 열린다. 다만 연준 정책위원들은 9월 회의에 앞서 8월 CPI와 고용보고서를 추가로 확인할 수 있다. 이코노미스트들은 최근 국제유가가 다시 상승한 만큼 8월에는 소비자물가 상승세가 다소 빨라질 가능성이 있다고 보고 있다. 계절적 왜곡 요인이 사라지면서 고용 증가세도 반등할 것으로 전망된다. ◆ 에너지 가격 1.5%↓…주거비가 CPI 상승분 3분의 2 세부 항목에서는 에너지 가격 하락이 전체 물가 상승을 억제했다. 7월 에너지 가격은 전월 대비 1.5% 떨어졌다. 6월 5.7% 급락한 데 이어 두 달 연속 하락했다. 다만 앞선 몇 달간 국제유가가 크게 오른 영향으로 전년 대비로는 여전히 14.7% 상승한 상태다. 이란에 대한 공격이 시작된 직후인 지난 3월에는 에너지 가격이 한 달 만에 10.9% 급등했다. 식품 가격과 주거비는 각각 전월 대비 0.1% 상승했다. 특히 주거비는 그동안 인플레이션이 연준의 목표치인 2%를 웃돌게 만든 주요 요인 가운데 하나다. 7월 주거비 상승폭 자체는 크지 않았지만 전체 헤드라인 CPI 상승분의 약 3분의 2를 차지했다고 BLS는 설명했다. 신차 가격은 전월 대비 0.1%, 중고차와 트럭 가격은 0.4% 상승했다. 의료비는 0.4% 올랐고 항공료는 2.2% 뛰었다. 이란의 호르무즈 해협 봉쇄를 이미지화 한 일러스트 [사진=로이터 뉴스핌] ◆ 유가 재상승은 변수…8월 물가 다시 뛸 가능성 시장에서는 7월 CPI가 금리 인상 우려를 낮췄지만 인플레이션 위험이 완전히 사라진 것은 아니라는 지적도 나온다. 중동 분쟁으로 국제유가가 다시 상승하고 있기 때문이다. 미국이 원유 순수출국인 데다 그동안 석유 재고를 줄이면서 유가 급등이 경제에 미치는 충격을 일부 흡수했지만, 일부 이코노미스트들은 이런 상황이 무기한 지속되기는 어렵다고 지적했다. 미국을 비롯한 주요국이 결국 줄어든 석유 재고를 다시 채워야 하는 만큼 원유 수요가 늘어나면서 국제유가가 높은 수준을 유지할 가능성이 있다는 것이다. 도널드 트럼프 미국 대통령도 이번 주 공개된 인터뷰에서 이란을 "교활한 협상가들"이라고 비난하며 대이란 군사 대응 가능성을 열어뒀다. 중동 정세가 다시 악화해 국제유가가 추가 상승할 경우 8월 이후 미국 물가에도 다시 상승 압력이 가해질 수 있다. 7월의 완만한 물가 상승은 연준의 추가 금리 인상 우려를 낮췄지만 미국 소비자들의 부담이 크게 줄었다고 보기는 어렵다. 물가 수준 자체가 여전히 높은 데다 임금 상승세가 물가를 충분히 따라가지 못하고 있기 때문이다. 높은 생활비는 트럼프 대통령에 대한 미국인들의 평가에도 부담으로 작용하고 있으며, 오는 11월 미 의회의 향후 2년간 주도권을 결정할 중간선거에서도 주요 쟁점이 될 전망이다. koinwon@newspim.com 2026-08-12 22:07
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긍정 영향 종목

  • Lockheed Martin Corp. Industrials
    우크라이나 안보 지원 강화 기대감으로 방산 수요 증가 직접적. 미·러 긴장 완화 불확실성 속에서도 방위산업 매출 안정성 강화 예상됨.

부정 영향 종목

  • Caterpillar Inc. Industrials
    우크라이나 전쟁 장기화 시 건설 및 중장비 수요 불확실성 직접적. 글로벌 인프라 투자 지연으로 매출 성장 둔화 가능성 있음.
이 내용에 포함된 데이터와 의견은 뉴스핌 AI가 분석한 결과입니다. 정보 제공 목적으로만 작성되었으며, 특정 종목 매매를 권유하지 않습니다. 투자 판단 및 결과에 대한 책임은 투자자 본인에게 있습니다. 주식 투자는 원금 손실 가능성이 있으므로, 투자 전 충분한 조사와 전문가 상담을 권장합니다.
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