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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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[날씨] 30일 새벽까지 비…추위 다소 누그러져 [서울=뉴스핌] 조준경 기자 = 금요일인 30일은 충청권과 남부지방에 내리던 비가 새벽에 대부분 그치겠다. 전국이 대체로 흐리다가 오전부터 구름이 걷히겠고, 서울 낮 기온은 18도까지 오르겠다. 29일 기상청에 따르면 이날 전국 곳곳에 내린 비는 하루 뒤인 오는 30일 새벽까지 이어질 전망이다. 충청권과 남부지방은 오전 3시 전후로 비가 그치고 제주도는 오전 9시까지 비가 이어지겠다. 예상 강수량은 5~10㎜다. [서울=뉴스핌] 이건주 기자 = 전국 곳곳에 한파주의보가 발효되며 서울 아침 기온이 2도까지 떨어진 28일 오전 서울 종로구 광화문 사거리에서 시민들이 발걸음을 옮기고 있다. 2026.10.28 kunjoo@newspim.com 비가 그친 후 아침과 낮 기온이 다소 올라 추위가 누그러질 전망이다. 아침 최저기온은 5~13도, 낮 최고기온은 16~21도로 예상된다. 주요 지역별 최저기온은 ▲서울 9도 ▲인천 10도 ▲수원 9도 ▲춘천 6도 ▲강릉 11도 ▲청주 9도 ▲대전 9도 ▲전주 11도 ▲광주 10도 ▲대구 9도 ▲부산 13도 ▲울산 10도 ▲제주 16도다. 최고기온은 ▲서울 18도 ▲인천 18도 ▲수원 18도 ▲춘천 17도 ▲강릉 20도 ▲청주 19도 ▲대전 19도 ▲전주 19도 ▲광주 20도 ▲대구 20도 ▲부산 21도 ▲울산 21도 ▲제주 20도다. 미세먼지 농도는 전국이 '좋음'~'보통' 수준을 보이겠다. 바다의 물결은 동해와 서해 앞바다에서 0.5~1.5m, 남해 앞바다에서 0.5~1.0m로 일겠다. calebcao@newspim.com 2026-10-29 17:00
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대통령 SNS와 내부 분열 초래한 유시민 [서울=뉴스핌] 조승진 기자 = 이재명 대통령의 잇단 소셜미디어(SNS) 발언을 둘러싸고 정치권의 논란이 확산하고 있다. 외국인 노동자와 다문화가정 관련 발언에 진보 진영에서 비판이 제기된 가운데, 더불어민주당 내부에서도 대통령의 SNS 활동이 너무 광범위하고 잦다는 평가에 줄이거나 표현을 정제해야 한다는 목소리가 나왔다. 또한 유시민 작가가 이 대통령의 국정 운영을 윤석열 전 대통령에 빗대며 또 다시 센 비판에 나서며 민주당 의원들 사이에서는 반박과 대응 자제론이 엇갈리고 있다. 이재명 대통령 X ◆李대통령 잇단 SNS 발언…외국인 노동자·다문화가정 논란 29일 정치권에 따르면 이 대통령은 최근 엑스(X·옛 트위터)를 통해 정치·사회 현안에 대한 의견을 지속적으로 밝히고 있다. 지난 28일에도 언론 보도에 대한 반박 등 여러 건의 게시물을 올렸다. 최근 논란이 불거진 것은 외국인 노동자 관련 발언과 다문화가정 산후조리원 우선 이용 제도에 대한 문제 제기다. 이 대통령은 지난 27일 국무회의에서 외국인 노동자가 국내 경제에 크게 도움이 되지 않는다는 취지로 발언했다. 이후 한겨레가 해당 발언을 '도움이 되지 않는다'고 보도하자, 이 대통령은 "'도움이 안 된다'는 말과 '크게 도움이 안 된다'는 말은 크게 차이가 있다"며 정정과 사과를 요구했다. 또 전날에는 보수 성향 온라인 커뮤니티 '에펨코리아'(펨코)의 공공 산후조리원 관련 게시물을 공유하고 다문화가족에 대한 우대 제도의 적절성을 검토하겠다고 밝혔다. 이 대통령은 "다문화가족들이 피해를 입지 않는 것을 넘어 우대까지 할 필요성이 큰지, 우대 제도 폐지가 필요한지 등에 대해 지방 정부와 협의는 물론 시행령 개정까지 포함해 깊이 검토해 보겠다"고 했다. 이를 두고 진보 성향 온라인 커뮤니티와 정의당 등에서는 다문화가족에 대한 차별을 우려하는 비판이 나왔다. 이재명 대통령. [사진=청와대] ◆청와대, 발언 취지 해명…모자보건법 시행령 개정 검토 청와대는 대통령 발언의 취지를 설명하며 관련 논란에 대응했다. 임호근 청와대 인구정책비서관은 이날 오전 공지를 통해 "이 대통령이 지방정부의 산후조리원 관련 제도에 대해 게시한 SNS 글은 산후조리원 이용 우선순위의 공정성과 합리성을 높여, 모든 출산 가정이 공감할 수 있는 지원 체계로 개선할 필요성을 제기한 것"이라고 설명했다. 청와대는 지방정부 등의 의견을 수렴해 모자보건법 시행령 개정을 검토하겠다는 입장도 밝혔다. 외국인 노동자 관련 발언에 대해서는 농어업 분야의 낮은 임금과 열악한 일자리 여건을 개선하고 내국인 고용을 확대할 필요성을 강조한 것이라고 설명했다. 강유정 청와대 수석대변인은 "두 주제는 서로 다른 정책적 제안인 만큼 특정 단어보다는 발언의 맥락과 골자를 함께 고려해주시길 바란다"고 당부했다. 이재명 대통령 X ◆與 중진들, SNS 소통 자제 필요성 언급...李대통령 "포기할 수 없는 책무" 민주당 내부에서도 대통령의 SNS 소통 방식에 대한 조언이 이어졌다. 이재명 정부 초대 법무부 장관을 지낸 정성호 민주당 의원은 지난 28일 SBS '주영진 뉴스브리핑'에 출연해 대통령의 SNS 활동에 대해 "국민들이 다양한 견해가 있기 때문에 대통령께서 본인의 의견을 직접적으로 말씀드리면 50% 이상 지지를 받기는 쉽지 않지 않겠느냐"며 "조금 줄이는 것도 좋지 않겠나 하는 생각이 든다"고 말했다. 그는 "지금 여당의 역할이 좀 부족한 게 아닌가 싶다"며 여당 의원들과 정부 장관들이 국정과제를 적극적으로 설명하고 국민과 소통해야 한다고 강조했다. 5선 중진 박지원 민주당 의원은 BBS 라디오에서 대통령의 잦은 SNS 활동과 관련해 "잠 좀 주무시는 것이 좋다고 본다"며 "대통령은 좀 휴식이 필요하다"고 말했다. 박 의원은 SNS를 통한 직접 소통 자체에는 긍정적인 입장을 보이면서도 "그래도 대통령이니까 대통령 언어를 썼으면 좋겠다"고 조언했다. 반면 이 대통령은 SNS 소통을 줄여야 한다는 지적에 동의하지 않는다는 입장이다. 이 대통령은 이날 X(엑스, 옛 트위터)에 '뒷골목에도 사람이 삽니다'라는 제목의 글을 올리고 "뒷골목이나 SNS 속 국민과의 직접 소통은 국가운영의 책임과 권한을 위임받은 대표공복이 포기하면 안 될 중요한 책무"라고 강조했다. 이어 "유력자든 힘없는 서민이든 모두 제가 복무하고 받들어야 할 대한민국 주권자이고, 누추한 뒷골목이든 익명의 커뮤니티와 SNS 속이든 모두 국민이 있기 때문"이라고 밝혔다. SNS 소통을 둘러싼 논란에도 국민과 직접 소통하는 방식을 유지하겠다는 뜻으로 풀이된다. 이에 따라 이 대통령의 SNS에 대한 논쟁은 계속 이어질 것으로 보인다. 유시민 작가는 지난 28일 유튜브 채널 '박시영TV'에 출연해 "윤석열 딱정벌레가 자기 집을 다 해체했는데, 지금 정부와 이재명 대통령도 똑같이 한다"며 "극단적인 경우에는 박근혜나 윤석열처럼 임기를 채우지 못하기도 한다"고 말했다. [사진=유튜브채널 '사람사는세상노무현재단'] ◆유시민 "李대통령, 윤석열과 똑같이 한다"...김민석 "상대할 필요 없어" 이 대통령 못지 않게 각종 발언으로 여권을 뜨겁게 만든 인물도 있다. 바로 진보 진영의 유시민 작가다. 유 작가는 지난 28일 유튜브 채널 '박시영TV'에 출연해 이 대통령의 국정수행 지지율과 관련해 "국정수행 지지율 하락의 제일 큰 문제는 진영의 해체"라고 주장했다. 유 작가는 "윤석열 딱정벌레가 자기 집을 다 해체했는데, 지금 정부와 이재명 대통령도 똑같이 한다"며 "극단적인 경우에는 박근혜나 윤석열처럼 임기를 채우지 못하기도 한다"고 말했다. 유 작가는 이 대통령이 자신을 지지했던 진영을 오히려 분열시키고 있다고 주장했다. 조국혁신당 지지층의 80~90%가 이 대통령을 부정적으로 평가하고 있다는 점도 근거로 제시했다. 민주당 지도부를 향해서는 "민주당 지도부가 해야 할 가장 중요한 일이 진영을 복원하는 것"이라고 비판했다. 이에 김민석 대표는 유 작가의 발언에 불쾌감을 드러내면서도 직접 대응하기보다 논란을 키우지 않겠다는 입장을 밝혔다. 김 대표는 이날 오전 '민주당TV'에 출연해 "전당대회 때는 유 작가가 하는 여러 말을 듣고 꽤 화가 나기도 했다"면서도 "그런데 그런 말을 계속 하니 사실은 어떤 평가나 상대할 필요가 없는 것 아닌가 생각한다"고 말했다. 이어 "그것보다는 지금 당 내외가 어려움이 있는데, 가장 좋은 것은 가급적 분열의 언어에 분열의 언어로 답하지 않는 것"이라며 "가급적 아예 이런 문제를 키우지 않도록 절제하는 것이 필요하다"고 강조했다. 김민석 더불어민주당 대표는 29일 유시민 작가의 발언에 직접 대응하기보다 논란을 키우지 않겠다는 입장을 밝혔다. [사진 = 뉴스핌DB] ◆친명계, 유시민 직격…"李정부 실패하고 정권 넘어가면 책임서 자유로울까" 친명(친이재명)계 의원들 사이에서는 유 작가의 발언이 지나치다는 비판이 나왔다. 김영진 민주당 의원은 이날 SBS 라디오에 출연해 "이 정도 하면 막 가자는 것"이라며 "이재명 정부가 실패하고, 또다시 계엄을 진행했던 정당에 정권이 넘어간다면 그 책임으로부터 유 작가는 자유로울까"라고 지적했다. 김 의원은 "내무반에 수류탄을 던져서 계속 서로 내전을 벌일 시기는 지났다"며 "이제는 통합과 단결을 위해서 조금 절제하고 인내하며 고민하는 단계로 나아가는 것이 민주정부를 이끌어왔던 우리들의 과제"라고 강조했다. 전용기 민주당 최고위원도 페이스북을 통해 유 작가의 진단에 동의할 수 없다는 입장을 밝혔다. 전 최고위원은 "대통령을 흔드는 것이 진영 복원의 길은 아닐 것"이라며 "대통령에게만 양보를 요구하고, 지지율을 들어 임기까지 거론하는 것은 오히려 분열을 야기하는 행위"라고 비판했다. 전 최고위원은 이 대통령의 조국 대표 사면을 진보 진영 통합을 위한 결단으로 평가하면서 민주당과 조국혁신당 사이의 갈등을 대통령의 책임으로만 돌리는 것은 적절하지 않다고 주장했다. 정청래 더불어민주당 대표와 한민수 의원 [사진 = 뉴스핌DB] ◆친청계 "전체 맥락 봐야"…직접 대응 자제 목소리 반면 친청(친정청래)계로 분류되는 한민수 민주당 최고위원은 유 작가의 발언을 전체적인 맥락에서 살펴볼 필요가 있다며 다른 입장을 보였다. 한 최고위원은 이날 채널A '정치시그널'에 출연해 유 작가의 발언과 관련해 "일단 전체 맥락을 볼 필요가 있을 것 같다"고 말했다. 그는 "유 작가는 민주 개혁 진영의 단단한 결합, 통합, 이거를 많이 강조하더라"며 "지금 좀 느슨해지지 않았느냐, 이걸 지적하면서 한 말이 아닐까"라고 밝혔다. 다만 이번 방송 전체를 아직 보지 못했다며 발언의 맥락을 추가로 확인하겠다고 했다. 또 유 작가에 대한 민주당 주요 인사들의 직접적인 반박이 또 다른 논란으로 이어질 가능성을 우려했다. 한 최고위원은 "유 작가는 현실 정치인이 아니고, 민주당 당원도 아니다"라며 "비평가는 어느 쪽도 비평할 수 있는 거 아니겠냐, 그대로 받아들이면 어떨까, 이런 생각"이라고 밝혔다. 유 작가는 진보 진영의 분열을 우려하며 이 대통령과 민주당 지도부의 책임론을 제기했지만, 정작 이를 둘러싼 민주당 내부의 반응이 엇갈리며 오히려 진영 분열이 가속화되는 모양새다.  chogiza@newspim.com 2026-10-29 17:50
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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.
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