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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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보험사도 뚫렸다…미래에셋생명, 첫 개인정보 유출 [서울=뉴스핌] 이윤애 기자 = 최근 금융권을 겨냥한 해킹 사고가 잇따르는 가운데 국내 보험사 중 처음으로 미래에셋생명에서 해킹에 따른 고객정보 유출 사고가 발생했다. 고객 청약시스템이 침해된 것으로 파악되면서 보험 가입 과정에서 제출한 질병 이력 등 민감한 정보의 유출 우려도 커지고 있다. 정확한 유출 대상과 항목, 규모는 현재 파악 중이다. 27일 금융권에 따르면 미래에셋생명은 지난 25일 일부 시스템에서 이상 징후를 발견하고 사이버 침해사고를 인지했다. 이후 외부 전문기관과 사고를 분석하는 과정에서 26일 새벽 개인정보 유출 사실을 확인했다. 해커는 고객 청약시스템과 홈페이지 일부에 침입해 파일 41개를 조회한 것으로 알려졌다. 고객 청약시스템은 보험 가입 신청과 심사에 필요한 개인정보·건강정보 등을 입력하고 처리하는 시스템이다. 다만 조회된 파일의 구체적인 내용과 실제 유출된 개인정보의 종류·규모는 아직 확인되지 않았다.  미래에셋생명은 홈페이지 사과문을 통해 개인신용정보 유출 사실을 인지한 뒤 전사적 비상대응체계를 가동하고 공격 IP 차단 등 보안 조치를 강화했다고 밝혔다. 금융감독원은 26일 긴급 현장점검에 착수해 피해 규모와 사고 경위, 대응의 적절성 등을 살펴보고 있다. [사진= 미래에셋생명] 이번 사고는 유출 규모뿐 아니라 어떤 정보가 포함됐는지가 관건이다. 앞서 은행과 저축은행에서는 이름과 연락처뿐 아니라 연소득과 대출금액, 예금잔액, 신용등급 등 개인의 재무상태를 보여주는 정보까지 유출됐다. 보험사는 가입 심사와 보험금 지급 과정에서 건강정보도 취급하는 만큼 유출 항목에 따라 사생활 침해 우려가 커질 수 있기 때문이다. 우선 청약 과정에서 제출한 질병·수술·입원·투약 이력 등이 유출될 수 있다. 보험 가입자는 '계약 전 알릴 의무'에 따라 상품별 질문 항목에 맞춰 관련 정보를 보험사에 알린다. 청약서나 첨부서류까지 유출됐다면 개인의 병력이 노출됐을 가능성이 있다.  보험금 청구 관련 정보에 접근했는지도 확인이 필요하다. 진단서와 진료비 서류 등에는 구체적인 질병과 치료 내역이 담길 수 있다. 계약자 외에 피보험자와 보험수익자의 정보가 포함됐는지도 점검 대상이다. 보험은 계약을 체결하는 사람과 보장을 받는 사람, 보험금을 받는 사람이 서로 다를 수 있어 가족정보까지 함께 노출될 가능성이 있다. 가입 상품과 보장금액 등 계약정보가 유출됐다면 보험사 직원을 사칭하거나 보험금 지급·계약 변경을 빙자해 개인정보와 금융정보를 추가로 요구하는 사기에 악용될 우려도 있다. 미래에셋생명은 사과문에서 유출된 정보가 명의도용과 스미싱·피싱 등 2차 피해에 악용될 수 있다며 주의를 당부했다. 출처가 불분명한 문자나 이메일의 링크를 클릭하거나 회사를 사칭한 전화에 개인정보·금융정보를 제공하지 말라고 안내했다. 또 개인정보 유출로 손해를 입은 경우 손해배상 및 법정손해배상 청구 소송을 제기하거나 개인정보 분쟁조정위원회에 조정을 신청할 수 있다고 밝혔다. 미래에셋생명은 사과문에서 "이번 사고로 고객 여러분께 심려를 끼쳐드린 점 다시 한 번 깊이 사과드린다"며 고객정보 보호와 피해 최소화, 고객 안전과 신뢰 회복에 최선을 다하겠다고 밝혔다. 또한 지난 26일 오후 4시부터 홈페이지 접속을 차단하고 시스템 복구와 보안 점검을 진행하고 있다. 악성코드 등 추가적인 보안 위협을 차단한 뒤 사고 경위와 개인정보 유출 규모·범위·건수 등 구체적인 피해 상황을 파악할 계획이다. 홈페이지 접속 재개 시점은 아직 정해지지 않았다. 서비스를 다시 열었을 때 추가 정보 유출이나 고객의 2차 피해가 발생할 가능성이 있는지 거듭 확인하고 있어서다. 기존 홈페이지에서 이용하던 보험계약대출 등 보험 관련 업무는 당분간 콜센터를 통해 처리하고 있다.  미래에셋생명 관계자는 "홈페이지를 열었을 때 고객이 로그인하는 과정에서 2차 피해가 발생할 여지가 있어서는 안 되기 때문에 이중, 삼중으로 확인하고 있다"며 "추가 유출이나 고객 피해가 발생할 우려가 없는지 확인한 뒤 홈페이지를 열 계획으로, 재개 시점은 아직 정해지지 않았다"고 말했다.  yunyun@newspim.com 2026-10-27 12:11
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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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