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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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김현태, 계엄 가담 1심 징역 12년 [서울=뉴스핌] 김영은 기자= 12·3 비상계엄 당시 국회 봉쇄를 주도한 혐의로 재판에 넘겨진 김현태 전 육군특수전사령부 707특수임무단장이 1심에서 징역 12년을 선고받았다. 서울중앙지법 형사합의37-2부(재판장 오창섭)는 27일 내란중요임무종사 등 혐의로 기소된 김 전 단장에게 징역 12년을 선고했다. 불구속 상태로 재판을 받아온 김 전 단장은 이날 실형 선고를 받으면서 법정 구속됐다. [서울=뉴스핌] 사진공동취재단 = 12·3 비상계엄 직후 병력을 이끌고 국회로 출동한 혐의로 재판에 넘겨진 김현태 전 707특임단장이 27일 오후 서울중앙지방법원에서 열린 1심 선고 공판에 출석하며 입장을 밝히고 있다. 2026.08.27 photo@newspim.com 재판부는 "피고인은 대테러작전 등을 담당하는 최정예 특수부대 707지휘관으로서 병력을 헬기에 탑승시켜 국회에 진입시킨 뒤 현장에서 봉쇄를 직접 지휘했다"며 "특히 국회의사당 유리창을 부수고 병력을 침투시켜 본회의장 진입을 시도하고 전원 스위치를 내리는 등 계엄 해제 의결을 저지하려 했다"고 밝혔다. 이어 "그럼에도 피고인은 수사기관과 법정에 이르기까지 '계엄이 정당했고 자신은 정당한 상관 명령에 따랐을 뿐'이라며 반성하지 않는 태도를 보였고, 유튜브 채널을 통해 사실을 왜곡하고 관련자를 비난하는 등 법치주의와 사법시스템을 조롱하는 태도를 보였다"고 양형 이유를 설명했다. 함께 기소된 이상현 전 특전사 제1공수특전여단장에게는 징역 10년, 김봉규 전 정보사 중앙신문단장·정성욱 전 정보사 100여단 2사업단장에게는 각 징역 7년, 김대우 전 방첩사 수사단장에게는 징역 5년이 선고됐다. 재판부는 실형이 선고된 김현태 전 단장, 이상현 전 단장, 김대우 전 단장에 대해선 도주 및 증거인멸 염려가 있다고 보고 법정 구속했다. 다만 박헌수 전 국방부 조사본부장과 고동희 전 정보사 계획처장은 각 무죄를 선고받았다. 재판부는 이들에게 폭동에 가담할 의사나 국헌문란 목적이 있었다고 보기 어렵다고 봤다. 재판부는 이날 피고인들에 대한 양형 이유를 밝히며 "국가 안전보장과 국토 방위의 신성한 의무를 저버리고 국가와 국민을 위해 사용해야 할 군사력을 개인과 특정 세력의 이익을 위해 사용했다"고 판시했다. 그러면서 "이 법원은 자유민주주의 국가에서 용납할 수 없는 내란 범행의 엄중한 책임을 피고인들에게 물을 책무를 국가와 사회로부터 요구받았다"며 "사건의 중대성에 상응하는 처벌을 통해 향후 다시는 내란을 도모하거나 가담하지 못하도록 경종을 울려야 한다"고 강조했다. 김현태 전 단장과 이상현 전 단장은 계엄 선포 후 병력을 이끌고 국회로 출동해 내부 봉쇄 등 임무를 지시한 혐의를 받는다. 김대우 전 단장은 방첩사 인력 위주로 체포조를 구성해 이재명 당시 더불어민주당 대표 등 정치권 주요 인사 14명을 체포하려는 데 가담한 혐의를 받고 있다. 고동희 전 처장은 정보사 요원들을 데리고 중앙선관위 청사에 진입해 직원들의 휴대폰을 빼앗은 혐의를 받는다. 김봉규·정성욱 전 단장에게는 이른바 '롯데리아 회동' 모임 등을 거쳐 선관위 직원 체포·구금 임무를 수행할 정보사 요원들을 편성하고 임무를 부여한 혐의가 적용됐다. 박헌수 전 본부장은 방첩사에 보낼 조사본부 수사관 100명을 편성하고 정치인 수용 시설을 파악하도록 지시하는 등 체포조 지원과 구금시설 준비에 관여한 혐의를 받는다. 이들은 군사법원에서 재판을 받다 파면되거나 전역한 뒤 민간인 신분이 되자 내란 특검팀(조은석 특별검사) 요청에 따라 지난 1월 사건이 서울중앙지법으로 이송되면서 재판을 받게 됐다. 박헌수 전 본부장 사건은 별도로 공판이 진행되다가 지난 5월 나머지 피고인 6명의 사건과 병합됐다. 특검팀은 지난달 결심공판에서 김 전 단장에게 징역 18년을 선고해달라고 재판부에 요청한 바 있다. 또 이상현 전 단장에게 징역 15년을, 김대우 전 단장·김봉규 전 단장·정성욱 전 단장에게 징역 12년을, 고동희 전 처장과 박헌수 전 본부장에게 징역 10년을 각각 구형했다. 당시 특검팀은 피고인들에 대해 "병력을 사적으로 동원해 핵심 헌법기관의 권능 행사를 불가능하게 만들어 국가 질서를 파괴하려 했다"고 지적했다. 특검팀은 이날 법정에서 나와 "(선고 결과가) 다소 아쉽기는 하다"면서도 "판결문을 검토해보고 항소 여부를 결정하겠다"는 입장을 밝혔다. [서울=뉴스핌] 김영은 기자 = 내란특검팀은 27일 법정 밖으로 나와 판결문을 본 후 항소 여부를 검토하겠다는 입장을 밝혔다. 2026.08.27 yek105@newspim.com   yek105@newspim.com 2026-08-27 16:24
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李대통령 국정 지지율 50% [NBS] [서울=뉴스핌] 박찬제 기자 = 이재명 대통령의 국정 수행 지지율이 50%로 집계됐다는 여론조사 결과가 27일 발표됐다. 엠브레인퍼블릭·케이스탯리서치·코리아리서치·한국리서치가 지난 24일부터 26일까지 사흘간 만 18세 이상 남녀 1001명을 대상으로 진행한 8월 4주차 전국지표조사(NBS)에서 이 대통령 국정 수행 지지율은 50%로 나타났다. 직전 조사(8월2주차) 대비 1%포인트(p) 올랐다. 반면 '잘못하고 있다'는 부정 평가는 43%로 직전 조사와 동일했다. 이재명 대통령이 25일 청와대 본관에서 37회 국무회의를 주재하며 발언하고 있다. 2026.0825 [사진=청와대] 긍정 평가는 40대(61%)와 50대(57%)에서 과반이었다. 또 권역별로는 대전·세종·충청(56%), 전남광주·전북(80%), 강원·제주(63%)에서 과반으로 나타났다. 지지층별로는 더불어민주당(85%), 조국혁신당(70%)에서 높았고, 정치 성향으로는 진보층(76%)에서도 과반이었다. 반면 20대(40%), 30대(45%), 60대(48%), 70세 이상(47%)에서는 지지율이 상대적으로 저조했다. 또 지역별로도 서울(43%), 인천·경기(46%), 대구·경북(32%)에서 저조한 모습을 보였다. 국민의힘 지지층(15%)과 보수층(27%)에서는 지지율이 더 저조했다. 이번 조사에서 정당별 지지도는 더불어민주당이 41%, 국민의힘 20%로 나타났다. 지난 조사와 비교해 민주당은 1%p 올랐고, 국민의힘은 3%p 내려갔다. 개혁신당과 조국혁신당은 각각 2%, 진보당은 1%로 나타났다. '지지하는 정당이 없다'는 답변은 30%였다. 이번 조사는 휴대전화 가상번호(100%)를 이용한 전화면접조사 방식을 활용했다. 오차범위는 95% 신뢰수준에 ±3.1%p, 응답률은 15.4%다. 자세한 내용은 중앙선거여론조사심의위원회의 홈페이지를 참조하면 된다. pcjay@newspim.com 2026-08-27 12:08
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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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