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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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"UAE서 원유 600만 배럴 도입" [서울=뉴스핌] 김미경 박찬제 기자 = 강훈식 대통령비서실장은 6일 "아랍에미리트(UAE)로부터 원유를 도입하게 됐다는 반가운 소식을 전해드린다"며 "총 600만 배럴 이상 원유 긴급 도입이 확정됐다"고 밝혔다. 그러면서 "이번 긴급 도입은 한국과 UAE 양국 간 전략경제협력의 결실"이라며 "우리 항공 방공 시스템인 천궁이 UAE의 안보를 지키듯, UAE의 원유가 우리 에너지 안보에 기여하고 있는 것"이라고 했다. 강 실장은 이날 청와대 춘추관에서 브리핑을 열고 이같이 말했다. 강훈식 대통령비서실장이 지난 3일 청와대에서 수석보좌관회의를 주재하고 있다. [사진=청와대] 강 실장은 "현재 호르무즈 해협은 완전히 봉쇄돼 있는 상황"이라며 "다수의 유조선, 화물선이 호르무즈 해협 인근에서 통과를 대기하고 있다. 우리가 도입하는 원유의 70%가 호르무즈 해협을 통과하기 때문에 어제 오후 3시부터 정부는 자원안보위기경보 관심단계를 발령했다"고 설명했다. 호르무즈 해협은 페르시아만과 오만만을 잇는 전략적 요충지로, 전 세계 원유의 20~30%가 통과하는 중요한 해상 통로다.  강 실장은 "이재명 대통령의 지시에 따라 칼둔 칼리파 알 무바라크 UAE 아부다비 행정청장과 원유 도입 방안을 협의했다"며 "먼저 호르무즈 해협을 통과하지 않는 UAE 대체항만에 각 200만 배럴 규모의 우리나라 국적 유조선을 즉시 접안토록 하고, UAE 국영석유회사가 항구 내 보관 중인 원유 약 400만 배럴을 채워 조속한 시일 내에 복귀하도록 할 계획"이라고 했다. 강훈식 대통령비서실장이 25일(현지시간) 아랍에미리트에서 칼둔 칼리파 알 무바라크 UAE 아부다비 행정청장과 만나 양국 간 협력 강화 방안을 논의하고 있다. [사진=강훈식 페이스북] 이어 "이번 유조선 2척 이외에도 대체항만을 통한 원유도입을 지속 확대할 예정"이라며 "더불어 UAE가 우리나라에 보관 중인 공동 비축 물량 중 200만 배럴은 우리가 원한다면 언제든지 제공할 수 있다는 약속을 받았다"고 했다. 600만 배럴은 우리나라 1일 소비량의 2배가 넘는 양이다. 한국석유공사 페트로넷을 살펴보면 2024년 기준으로 우리나라 1년 원유 수입량은 10억3000만 배럴이며, 1일 평균 사용량은 282만 배럴 상당이다.  강 실장은 "600만 배럴 이상 규모의 원유 긴급도입은 원유 수입 안정화는 물론, 최근 과도하게 반응하고 있는 유가 안정화에도 기여할 것"이라고 평했다. 청와대는 현지 원유 가격이 오르자마자 국내 유류 시장 가격이 급등한 것이 시장 이치에 맞지 않는다고 보고 있다. 강 실장이 이날 브리핑을 갖고 원유 추가 도입을 발표한 것도 과도하게 선제적으로 가격을 올린 정유·주유업계에 대한 간접적인 경고이자, 국민들에게 다각적으로 원유 공급처 확보에 나서고 있다는 것을 알려 심리적 안정을 꾀하려는 의도로 풀이된다. 강 실장은 "보통 원유 가격은 현지에서 가격이 오르고 나면 2주 있다가 국내에 반영되는 것이 맞다. 시스템 자체가 그렇게 돼 있다"며 "현지에서 원유 가격이 오르자마자 바로 국내 기름값이 올랐기 때문에 국민들이 불편함을 느끼고 있고, 이 대통령도 어제 이를 지적했다"고 짚었다. 이에 덧붙여 강 실장은 "현재 우리나라는 208일, 즉 7개월 분에 해당하는 석유를 비축하고 있다. 단기적으로 에너지 수급 위기가 발생될 우려는 크지 않다"면서 "다만 사태가 장기화될 때 에너지 수급 위기가 발생되지 않도록 대체 공급 방안을 동시에 확대해 나가고 방법을 찾아나가고 있다"고 강조했다. 다만 강 실장은 대체 공급지에 대해서는 말을 아꼈다. 강 실장은 "(협의 중인) 나라를 다 밝히는 것은 적절하지 않다"며 "원유 수급은 국가 간 경쟁처럼 돼 있어서 우리나라가 어디를 통해 어떤 노력을 한다는 것을 밝히는 것은 조심스럽다"고 말했다. 아랍에미리트(UAE)를 국빈 방문 중인 이재명 대통령이 지난해 11월 18일(현지시간) 아부다비 대통령궁에서 무함마드 빈 자이드 알 나흐얀 대통령과 확대회담을 하고 있다. [사진=대통령실] the13ook@newspim.com 2026-03-06 19:49
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'왕과 사는 남자' 1000만 돌파 [서울=뉴스핌] 양진영 기자 = 2026년 최고의 흥행작 '왕과 사는 남자'가 1000만 관객이 본 영화가 됐다. '왕과 사는 남자'가 개봉 31일째인 6일 오후 6시 32분경 누적 관객수 1000만 명을 돌파했다.  '왕과 사는 남자>는 전국적인 사극 흥행 신드롬을 일으켰던 '왕의 남자' '광해, 왕이 된 남자' '명량' 에 이어 역대 네 번째 사극 천만 영화에 등극하며 2026년 최고 흥행작다운 폭발적인 인기를 입증했다. 또한, 2024년 개봉한 '범죄도시4' 이후 2년 만의 천만 영화 탄생을 알리며, 극장가에 활력을 불어넣고 있다. [사진=영화진흥위원회 통합전산망]  '왕과 사는 남자'의 천만 관객 돌파는 영화의 주역들에게도 깊은 의미를 더한다. 광천골 촌장 엄흥도 역으로 열연을 펼친 유해진은 무려 다섯 번째 천만 영화라는 기록을 달성했으며, 권력자 한명회 역의 유지태는 배우 인생 첫 천만 영화라는 의미 있는 기록을 남겼다. 뿐만 아니라, 왕위에서 쫓겨난 어린 선왕 이홍위 역으로 수많은 이들의 마음을 울린 박지훈은 첫 상업영화 데뷔작으로 천만 영화를 달성한 배우로 등극하는 등 독보적인 기록 행진을 이어가고 있다. [사진=쇼박스]  극장을 나선 뒤에도 그치지 않는 '왕과 사는 남자'의 짙은 여운은 관객들의 입소문에 더욱 불을 지피고 있다. "쓸쓸했을 단종, 현세에 태어났다면 사랑 듬뿍 받으며 자기 꿈을 펼치는 평안한 삶이 되기를 바랍니다. 너무 맘 아파서 다시 한번 보러 갑니다"(네이버, symo****), "N차 관람으로 아빠랑 둘이 보니 또 다른 느낌이네요. 디테일과 복선이 있다는 글을 보고 다시 보니 정말 다르더라구요"(CGV, 진정한****), "단종 눈 볼 때마다 그냥 심장에서 열이 울컥 올라오고 눈물이 맺힌다. 사람 사이 따뜻함과 역사의 슬픔을 보여주는 훌륭한 작품"(CGV, 뚜밥****), "레전드 영화! 보고 나오자마자 또 보고싶음"(메가박스, Mx****), "관객으로 입장해서 백성으로 퇴장함"(무명의 더쿠) 등 N차 관람을 부르는 배우들의 몰입도 높은 열연과 가슴 뜨거운 감동을 향한 극찬이 쏟아지고 있다. 이처럼 식을 줄 모르는 관객들의 사랑에 힘입어 천만 고지를 넘어선 '왕과 사는 남자'는 앞으로도 눈부신 흥행 질주를 이어갈 전망이다.   jyyang@newspim.com 2026-03-06 19:21
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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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