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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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강의구, 1심서 실형…법정 구속 [서울=뉴스핌] 홍석희 기자 = 12·3 비상계엄 선포문 표지를 사후에 만들고 보관한 혐의로 기소된 강의구 전 대통령실 부속실장이 1심에서 징역형을 선고받았다. 강 전 실장은 증거 인멸과 도망을 우려로 법정에서 구속됐다. 서울중앙지법 형사합의30부(재판장 박옥희)는 28일 오후 허위 공문서 작성·행사, 공용물 손상, 대통령기록물에 관한 법률 위반 등 혐의를 받는 강 전 실장에게 징역 1년 6개월을 선고하고, "증거 인멸과 도망의 우려가 있다"며 구속영장을 발부했다. [서울=뉴스핌] 사진공동취재단 = 강의구 전 대통령실 부속실장이 28일 오후 서울 서초구 서울중앙지방법원에서 열린 사후 계엄 선포문 허위 작성 1심 선고 공판에 출석하고 있다. 2026.05.28 photo@newspim.com 강 전 실장은 비상계엄 해제 후인 2024년 12월 6일 한덕수 전 국무총리, 김용현 전 국방부 장관이 사전에 부서하고 윤석열 전 대통령이 서명한 문서에 따라 비상계엄을 선포한 것처럼 허위 계엄 선포문을 작성한 혐의로 기소됐다. 해당 사후 문건은 한 전 총리, 김 전 장관, 윤 전 대통령 순으로 서명이 이뤄졌고, 강 전 실장 사무실에 보관된 것으로 조사됐다. 내란 혐의 수사가 본격화하자 한 전 총리로부터 "사후에 문서를 만들었다는 것이 알려지면 또 다른 논쟁을 낳을 수 있으니 내가 서명한 것을 없었던 것으로 하자"라는 말을 듣고 해당 문건을 파쇄한 혐의도 받는다. 재판부는 사후에 작성된 계엄 선포문이 허위 공문서에 해당하며, 강 전 실장에게 허위 공문서를 작성하려는 고의가 있었다고 판단했다. 재판부는 "계엄 선포의 절차적 적법성을 증명하고 계엄 선포문 표지가 공개되는 상황을 대비하기 위해 작성한 이상 (문서) 행사의 목적을 부정할 수 없다"고 판시했다. 이 밖에 계엄 선포문 파쇄와 관련한 공용서류 손상·대통령기록물법 위반 혐의도 유죄로 인정됐다. 다만 재판부는 "문서 보관 행위만으로는 해당 문서의 신용을 해할 위험이 발생했다고 볼 수 없다"며 허위 공문서 행사 혐의는 무죄로 판단했다. 재판부는 양형과 관련해 "피고인은 대통령을 지근거리에서 보좌하는 고위 공무원으로서 대통령의 직무수행을 올바르게 보좌해야 한다"며 "그럼에도 피고인은 이 사건 계엄 선포가 위헌·위법하다는 지적이 제기되고, 대통령 탄핵 소추안이 발의된 엄중한 상황에서 윤석열 등의 서명을 받아 허위 공문서를 작성했다"고 질타했다. 이어 "피고인은 윤석열의 사전 지시가 없었는데도 계엄 선포문의 표지 형식을 작성하고 윤석열 등의 서명을 받아 각 범행의 주요한 실행행위를 담당했다"며 "피고인의 직위와 역할을 비춰볼 때 죄책이 무겁다"고 덧붙였다. 재판부는 선고 이후 증거 인멸 및 도망 우려 등으로 강 전 실장에게 구속영장을 발부했다. 강 전 실장 측 변호인은 "사실관계를 다 인정하고 법리적으로 다퉜고 증거, 증인에 대해서도 동의했다"며 "법리적으로 다툴 여지가 있으니 불구속 상태에서 재판받게 해 달라"고 했다. 강 전 실장도 "저는 증거 인멸과 도주에 대한 의사가 전혀 없다"고 항변했으나 재판부는 "피고인이 범행을 다투고 있고 1년 6개월이라는 가볍지 않은 형이 선고됐다"며 받아들이지 않았다. hong90@newspim.com 2026-05-28 15:27
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신네르, 롤랑가로스 2회전 탈락 [서울=뉴스핌] 박상욱 기자 = 세계 테니스계를 호령하던 얀니크 신네르(24·이탈리아·1위)가 파리의 가혹한 폭염과 갑작스러운 컨디션 난조로 커리어 그랜드슬램 도전이 물거품됐다. 신네르는 28일(현지시간) 프랑스 파리 롤랑가로스 스타디움에서 열린 2026 프랑스오픈 남자 단식 2회전에서 세계 56위 후안 마누엘 세룬돌로(24·아르헨티나)에게 세트 스코어 2-3(6-3, 6-2, 5-7, 1-6, 1-6)으로 대역전패했다. 톱시드를 받은 선수가 이 대회 3라운드 이전에 탈락한 것은 2000년 안드레 애거시(미국) 이후 무려 26년 만이다. [파리 로이터=뉴스핌] 박상욱 기자=신네르가 28일(현지시간) 2026 프랑스오픈 남자 단식 2회전 경기 중 더위를 식히고 있다. 2026.5.29. psoq1337@newspim.com 경기 초반은 신네르의 독무대였다. 강력한 스트로크를 앞세워 1, 2세트를 손쉽게 따냈다. 3세트에서도 게임 스코어 5-1까지 달아나며 완승을 눈앞에 뒀다. 그러나 파리의 30도를 웃도는 폭염 속에서 비극이 시작됐다. 심한 어지럼증과 메스꺼움을 느낀 신네르는 급격한 체력 저하와 함께 다리 경련 증세를 보였다. 코트를 떠나 메디컬 타임아웃까지 요청했으나 한 번 무너진 몸은 회복되지 않았다. 신네르가 중심을 잃자 세룬돌로는 끈질긴 수비와 집요한 톱스핀 샷으로 상대를 흔들었다. 몸이 굳어버린 신네르는 마지막 20게임 중 단 2게임만 따내는 빈공 속에 급격히 무너졌다. 이 경기 전까지 올 시즌 인디언웰스, 마이애미, 몬테카를로, 마드리드, 로마까지 'ATP 마스터스 1000' 시리즈 5개 대회를 연속 석권하며 30연승을 달리던 신네르의 무패 행진도 허무하게 마감됐다. 지난해 파리 마스터스 우승을 포함하면 마스터스 1000 시리즈 6개 대회 연속 우승이라는 대기록의 중단이다. [파리 로이터=뉴스핌] 박상욱 기자=신네르가 28일(현지시간) 2026 프랑스오픈 남자 단식 2회전에서 패한 뒤 경기장을 떠나고 있다. 2026.5.29. psoq1337@newspim.com 경기 후 신네르는 "최근 많은 경기를 치르며 회복할 시간이 부족했고 아침부터 몸이 무거웠다"며 "3세트 이후 에너지가 완전히 떨어지며 흐름을 잃었다"고 아쉬움을 삼켰다. 대어를 낚은 세룬돌로 역시 "그에게 정말 힘든 상황이었다. 솔직히 운이 따랐고 신네르가 빨리 회복하길 바란다"며 위로를 건넸다. 이번 이변으로 지난 2024년 호주오픈을 기점으로 이어져 온 신네르와 카를로스 알카라스(스페인·2위)의 '메이저 독식 체제'는 잠시 멈추게 됐다. 지난 9개의 메이저 대회를 양분했던 알카라스가 손목 부상으로 대회 전 기권한 데 이어 신네르마저 조기 탈락하며 롤랑가로스는 한 치 앞을 알 수 없는 혼전 양상으로 접어들었다. [파리 로이터=뉴스핌] 박상욱 기자=세룬돌로가 28일(현지시간) 2026 프랑스오픈 남자 단식 2회전에서 승리한 뒤 팬들에 인사하고 있다. 2026.5.29. psoq1337@newspim.com 번번이 이들에게 밀렸던 노박 조코비치(세르비아)의 통산 25번째 메이저 우승 대기록 도전과 메이저 대회 준우승 단골이었던 알렉산더 즈베레프(독일), 캐스퍼 루드(노르웨이) 등 강자들의 왕좌 탈환 경쟁이 본격적인 막을 올렸다. 특히 조코비치가 이번에 정상에 오르면 남녀 테니스를 통틀어 '역대 메이저 단식 최다 우승'이라는 전인미답의 이정표를 세우게 된다. psoq1337@newspim.com 2026-05-29 08:03
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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.
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