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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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'요트의 전설' 하지민, 남자 딩기 금메달...통산 4번째 金 [서울=뉴스핌] 박상욱 기자 = 한국 요트의 전설 하지민(해운대구청)이 5번째 아시안게임 무대에서 4번째 금메달을 거머쥐며 관록을 증명했다. 하지민은 2일 일본 아이치현 가마고리 가이요 요트 항구에서 열린 2026 아이치·나고야 아시안게임 요트 남자 딩기(ILCA) 결선 레이스에서 종합 1위를 차지했다. 하지민은 2010 광저우, 2014 인천, 2018 자카르타·팔렘방 대회에 이어 아시안게임 통산 4번째 금메달을 목에 걸었다. 지난 항저우 대회에서 기상 악화로 결선이 취소되며 은메달에 머물렀던 아쉬움을 말끔히 씻어냈다. [가마고리 로이터=뉴스핌] 박상욱 기자=하제민이 2일(한국시간) 2026 아이치·나고야 아시안게임 요트 남자 딩기 결승을 마친 뒤 태극기를 들고 기뻐하고 있다. 2026.10.2 psoq1337@newspim.com 요트는 매 레이스에 부과된 벌점의 합산 점수가 낮은 선수가 승리하는 종목이다. 하지민은 예선부터 치열한 승부를 펼쳤다. 초반 기상 문제로 레이스가 원활하지 않았고 1차 레이스 실격 아픔을 겪기도 했다. 그러나 훌륭한 위기관리 능력을 발휘하며 총점 24점으로 예선을 1위로 통과했다. 예선 점수가 결선에 반영되는 방식 속에서 유리한 고지를 선점했다. 결선은 두 차례 레이스로 진행됐다. 결선 벌점은 예선보다 2배 무겁게 부과됐다. 하지민은 1차 레이스에서 3점을 얻으며 2위 헐리데이(홍콩)를 5점 차로 따돌렸고 2차 레이스에서 6점을 기록해 리드를 지켜냈다. 최종 종합 성적 9점을 기록하며 2위 헐리데이를 2점 차로 제치고 우승을 확정했다. 21세에 나선 첫 아시안게임부터 이번 대회까지 하지민은 출전한 5개 대회 연속으로 메달을 수확했다. 한국 아시안게임 역사상 사격 박병택의 6개 대회 연속 메달에 이어 두 번째로 대기록이다. psoq1337@newspim.com 2026-10-02 12:41
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개천절 연휴 서울 곳곳 집회·마라톤·축제 [서울=뉴스핌] 유재선 기자 = 개천절 연휴 서울 곳곳에서 대규모 집회와 마라톤대회, 축제가 잇따라 열리면서 교통 혼잡이 예상된다. 2일 경찰에 따르면 대한민국바로세우기국민운동본부(대국본)는 개천절인 오는 3일 오후 1시부터 세종대로 동화면세점∼대한문 일대에서 집회를 연다. 오후 4시부터는 새문안로와 자하문로를 거쳐 신교사거리까지 행진한다. 우리공화당도 숭례문 일대에서 집회를 연 뒤 종로3가 방향으로 행진할 예정이다. 3일 오후 서울 종로구 광화문 인근에서 자유대학 주최로 개천절 반중 집회가 열리고 있다. [사진 = 뉴스핌DB] 국민의힘은 오후 3시 숭례문∼시청역 구간에서 '민생회복·안보수호 국민행동대회'를 연다. 국민의힘이 서울 도심에서 대규모 장외집회에 나서는 것은 지난해 9월 28일 대한문 앞 집회 이후 약 1년 만이다. 시민단체 모임인 촛불행동이 오후 5시 지하철 2호선 서초역 8번 출구 인근에서 '내란청산 국민주권실현 210차 촛불대행진'을 개최한다. 개천절 연휴에는 도로를 통제하는 지역축제도 열린다. 강남권에서는 오는 3∼5일 도산대로를 중심으로 '2026 강남페스티벌'이 열린다. 이에 따라 도산공원사거리∼학동사거리 약 500m 구간은 3일 0시부터 5일 오전 5시까지 양방향 모든 차로가 통제된다. 연휴 기간 마라톤대회도 도심 곳곳에서 잇따라 열린다. 여의도에서는 일요일인 오는 4일 오전 '2026 런 유어 웨이 서울 10K 레이스'가 열린다. 여의도공원을 출발해 서강대교로 한강을 건너 돌아오는 코스다. 이에 따라 여의도 일대와 서강대교 일부, 지하철 6호선 광흥창역 부근 곳곳에서 교통이 통제된다.  서울 광화문광장에서 열린 한 마라톤대회에서 참가자들이 달리는 모습 [사진=뉴스핌DB] 같은 날 강남구 삼성1동 주민센터 앞 봉은사로 일대에서는 '제23회 강남국제평화마라톤대회'가 개최된다. 강남구는 행사장 설치와 철거를 위해 5일 0시부터 오후 6시까지 코엑스사거리∼구서울의료원사거리 약 500m 구간의 차량 통행을 제한한다. 경찰은 연휴 집회·행사장 주변 교통관리를 위해 도심권에 교통경찰 등 209명, 강남권에 753명을 배치한다. 가변차로 운영과 차량 우회 안내 등을 통해 교통 혼잡에 따른 시민 불편을 줄일 계획이다. 경찰은 가급적 지하철을 이용하고 차량 이용 시 교통정보를 미리 확인해 달라고 당부했다. 자세한 교통 상황은 서울경찰청 교통정보센터 홈페이지와 교통정보 안내 전화(02-700-5000) 등에서 확인할 수 있다. jason14@newspim.com 2026-10-02 13:50
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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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