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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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與 '지명직 최고위원 2인' 누구 [서울=뉴스핌] 박서영 기자 = 김민석 더불어민주당 대표가 취임 이틀 만에 사무총장·정책위의장 등 핵심 당직 인선을 단행하면서, 당대표가 권한을 가진 지명직 최고위원 2명 인선에 관심이 쏠리고 있다. 특히 지명직 2명의 인선에 따라 현재 3명(최민희, 이성윤, 한민수 최고위원), 2명(박선원, 서미화 최고위원)으로 나뉜 지도부 내 계파 역학구도에 변화가 가능하다는 점에서 더욱 이목이 집중된다. 이와 별도로 당 안팎에서는 청년·노동계 대표성 강화에 대한 필요성이 제기되고 있다. 청년, 노동계 발탁은 김 대표의 공약이기도 하다. [대전=뉴스핌] 장동규 기자 = 김민석 더불어민주당 신임 대표가 17일 대전시 유성구 대전컨벤션센터(DCC) 제2전시장에서 열린 '더불어민주당, 제3차 정기전국당원대회'에서 당기를 흔들고 있다. 2026.08.17 jk31@newspim.com ◆김민석, 핵심 당직 인선 마무리…'능력주의' 기조 선명 김 대표는 지난 18일 4선 한정애 의원을 당 살림을 총괄하는 사무총장에, 3선 권칠승 의원을 당 정책을 총괄하는 정책위의장에 각각 임명했다. 김 대표는 당선 직후인 지난 17일에는 당대표 비서실장에 김태선 의원을, 수석대변인에 박성준 의원을 임명한 데 이어 '당 4역' 인선까지 이틀 만에 마무리하며 지도부 구성에 속도를 냈다. 박성준 수석대변인은 "인선의 기본 원칙과 기준은 능력"라며 "능력을 최우선으로 고려했다"고 밝혔다. 과거 지도부에서 흔히 볼 수 있었던 지역과 계파를 안배한 '기계적 탕평'과는 차별화된 행보로 해석된다. 한정애 사무총장과 권칠승 정책위의장은 모두 문재인 정부에서 장관(한정애 환경부 장관, 권칠승 중소벤처기업부 장관)을 지낸 실무 능력이 검증된 중진들이면서도 계파색이 옅다는 공통점이 있다. 이는 전당대회 과정에서 깊어진 당내 갈등을 수습하면서도 2028년 총선 대비 조직·정책 역량을 강화하겠다는 김 대표의 의중이 반영된 결과로 풀이된다. 특히 한 사무총장은 전임 정청래 대표 체제에서 정책위의장을 역임했다. 김 대표도 전날 전남광주 국립5·18민주묘지 참배 일정을 마친 후 취재진과 만나 "당 운영의 최우선 가치는 능력"이라며 인위적 통합보다는 '실력'으로 당을 이끌어가겠다는 뜻을 재차 밝혔다. 김민석 민주당 대표와 최고위원들이 부산 현장 최고위원회를 마친 후 함께 손을 잡았다. [사진=김민석 페이스북] ◆김민석, '청년 1명 + 노동계 1명' 공언...청년은 경선 방식 가능성 높아 민주당 최고위원회는 당대표와 원내대표, 선출직 최고위원 5명, 지명직 최고위원 2명 총 9명으로 구성된다. 당내에서는 지명직 최고위원 중 1석을 청년에 배정하는 방안을 사실상 확정한 것으로 보고 있다. 나머지 1석에는 노동계를 대표할 수 있는 인사가 기용될 가능성이 거론된다. 김 대표는 지난 10일 경선기간 중 기자회견에서 "지명직 최고위원 가운데 한 명은 청년 선출 최고위원으로 하고, 또 한 명은 노동계를 대표하는 최고위원으로 지명하겠다"며 "바로 노동계 의견을 들어 지도부에 모시고 함께 상의하겠다"고 약속한 바 있다. 최민희 최고위원도 이날 부산에서 열린 첫 최고위원회의에서 "민주적 절차를 거쳐서 청년 최고위원을 선출했으면 좋겠다"며 경선 방식을 제안했다. 당 안팎에선 청년 최고위원 후보군으로 김형남 전 군인권센터 사무국장(1989년생), 정민철 전 민주당 정책위원회 부의장(2001년생), 신인규 변호사(1986년생), 김규현 변호사(1985년생) 등이 거론되고 있다. 노동계 후보군은 아직 구체적으로 거론되는 인물은 없으나, 김 대표가 노동계 의견을 청취하겠다고 밝힌 만큼 공식, 비공식 논의가 이어질 것으로 보인다. [대전=뉴스핌] 장동규 기자 = 김민석 더불어민주당 대표와 한민수, 이성윤, 서미화, 박선원, 최민희 최고위원이 17일 대전시 유성구 대전컨벤션센터(DCC) 제2전시장에서 열린 '더불어민주당, 제3차 정기전국당원대회'에서 당선 인사를 하고 있다. 2026.08.17 jk31@newspim.com ◆과거식 여성·호남 배려 인선 불필요..."전문성과 이력에 집중할 것" 전망도  과거 민주당 지도부에서는 관행적인 탕평을 위해 여성 또는 호남권 인사를 지명직 최고위원으로 임명하는 경우가 많았다. 그러나 이번에는 상황이 다르다는 게 여권의 예상이다. 현재 선출직 최고위원 5명 가운데 호남 출신이 다수를 차지하고 있어 호남권 추가 인선은 필요하지 않다는 관측이 우세하다. 최민희 최고위원을 제외하고 박선원(전남 나주), 서미화(전남 무안), 이성윤(전북 고창), 한민수(전북 익산) 최고위원은 모두 출생지가 호남이다.  민주당 관계자는 기자에게 "이번 최고위원에는 여성과 장애인 인사가 이미 포함됐다. 게다가 호남 출신 인사가 다수 들어갔기 때문에 지명직 최고위원의 경우 과거처럼 지역 배분에 초첨이 맞춰지지 않을 가능성이 크다"고 귀띔했다. 이 관계자는 이어 "영남권 목소리가 없다는 점은 아쉬운 부분"이라며 "김 대표가 계속 능력을 강조한 만큼 분야별 전문성이나 이력에 집중할 것"이라고 전망했다. seo00@newspim.com 2026-08-20 06:00
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이강인, A마드리드 데뷔전 결승골 [서울=뉴스핌] 박상욱 기자 = 이보다 짜릿한 데뷔전이 있을 수 있을까. 이강인이 라리가 복귀전이자 아틀레티코 마드리드 이적 후 첫 라리가 공식전에서 환상적인 결승골을 터뜨리며 팀의 개막전 완승을 이끌었다. 이강인은 20일(한국시간) 스페인 마드리드 리야드 에어 메트로폴리타노에서 열린 말라가와의 2026-27시즌 라리가 1라운드에서 후반 12분 교체 투입된 지 13분 만에 선제 결승골을 작렬시켰다. 아틀레티코 마드리드는 이강인의 선제 결승골과 바에나의 쐐기골로 말라가를 2-0으로 꺾으며 승점 3을 챙겼다.  [서울=뉴스핌] 박상욱 기자 = 이강인이 20일(한국시간) 2026-27시즌 라리가 1라운드 후반 선제 결승골을 넣고 기뻐하고 있다.2026.08.20 psoq1337@newspim.com 전반전 아틀레티코는 말라가의 촘촘한 수비벽에 고전하며 0-0으로 마쳤다. 디에고 시메오네 감독은 후반 시작과 함께 마르코스 요렌테를 투입하며 변화를 꾀했지만 공격 활로는 쉽게 열리지 않았다. 후반 12분 시메오네 감독은 승부수를 던졌다. 카를로스 마르틴, 호드리고 멘도사, 아르나우 오르티스를 빼고 이강인과 줄리아노 시메오네, 알렉스 바에나를 동시에 투입했다. 이강인은 루크만과 투톱을 이루며 처진 공격수 역할로 나섰다. 투입 직후 이강인은 존재감을 과시했다. 후반 14분 30여m 거리에서 과감한 왼발 중거리슛을 날렸다. 후반 20분에는 페널티아크에서 왼발 감아차기 슈팅으로 또 한 번 골문을 겨냥했다. 이어 날카로운 크로스로 코너킥을 유도하며 아틀레티코 공격에 활력을 불어넣었다. [마드리드 로이터=뉴스핌] 박상욱 기자=이강인이 20일(한국시간) 2026-27시즌 라리가 1라운드 후반 선제 결승골을 넣고 동료들의 축하를 받고 있다. 2026.8.20 psoq1337@newspim.com 후반 25분. 오른쪽 측면에서 다비드 한츠코의 롱패스를 가슴으로 컨트롤한 이강인은 중앙으로 파고들며 수비 3명을 순식간에 제친 뒤 페널티아크 오른쪽에서 왼발 감아차기 슈팅을 날렸다. 공은 말라가 골문 오른쪽 상단으로 정확히 빨려 들어갔다. 아틀레티코 홈 팬들의 우레 같은 환호가 터져 나왔고 이강인은 홈 관중 앞에서 무릎 슬라이딩을 하며 어퍼컷을 날렸다. 이강인의 이번 데뷔골은 2023년 6월 4일 마요르카전에서 마지막 라리가 골을 기록한 지 정확히 1173일 만에 터진 스페인 1부 리그 복귀골이기도 하다. 이강인의 골로 기선을 제압한 아틀레티코는 경기 흐름을 완전히 장악했다. 후반 28분에는 루크먼에게 환상적인 침투 패스를 찔러줬지만 루크먼의 슈팅이 상대 골키퍼 선방에 막히며 어시스트는 무산됐다. [서울=뉴스핌] 박상욱 기자 = 이강인이 20일(한국시간) 2026-27시즌 라리가 1라운드 후반 선제 결승골을 넣고 동료의 축하를 받고 있다. 2026.08.20 psoq1337@newspim.com 이강인은 경기 막판까지 헌신적인 플레이를 이어갔다. 후반 28분 아데몰라 루크먼에게 같은 침투 패스를 찔러 넣으며 기회를 창출했다. 후반 40분에는 강력한 태클로 상대 공격을 끊어내며 역습의 발판을 마련했다. 후반 42분 역습 과정에서 유려한 드리블로 상대의 반칙과 경고를 유도했다. 후반 40분에는 쐐기골이 터졌다. 알렉스 바에나가 페널티박스 왼쪽 바깥에서 얻어낸 프리킥을 직접 오른발로 골문 오른쪽 상단에 꽂아넣으며 2-0을 만들었다. 경기 종료 후 이강인은 '매치 MVP'에 선정됐다. 33분을 소화하며 1골 1도움에 버금가는 활약으로 아틀레티코의 개막전 승리를 견인한 공로를 인정받았다. [서울=뉴스핌] 박상욱 기자 = 20일(한국시간) 2026-27시즌 라리가 1라운드 후반 선제 결승골을 넣은 이강인. [사진=아틀레티코 마드리드 SNS] 2026.08.20 psoq1337@newspim.com 올여름 파리 생제르맹(PSG)을 떠나 아틀레티코 마드리드로 이적한 이강인은 병역법상 해외 출국 문제로 뒤늦게 팀에 합류하며 프리시즌을 충분히 소화하지 못했다. 이로 인해 개막전 선발 명단에서 제외됐지만 교체 카드로 투입되자마자 팀의 공격 전개를 완전히 바꿔놓았다. 이강인의 데뷔골은 올 시즌 아틀레티코 마드리드의 첫 번째 라리가 득점이기도 하다. 3년 만에 돌아온 스페인 무대에서 자신의 가치를 제대로 입증한 이강인은 새 시즌 AT 마드리드 공격의 핵심 첨병 역할을 예고했다. psoq1337@newspim.com 2026-08-20 06:43
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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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