전체기사 최신뉴스 GAM
KYD 디데이
산업 생활경제

속보

더보기

[김정호의 4차혁명 오딧세이] 인공지능 필수지식 '이산수학' 아시나요

기사입력 :

최종수정 :

※ 본문 글자 크기 조정

  • 더 작게
  • 작게
  • 보통
  • 크게
  • 더 크게

※ 번역할 언어 선택

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]  

[뉴스핌 베스트 기사]

사진
李대통령 지지율 47.0%[리얼미터] [서울=뉴스핌] 박찬제 기자 = 이재명 대통령의 국정수행 지지율이 7주 만에 소폭 반등해 47.0%를 기록했다는 여론조사 결과가 6일 발표됐다.  여론조사 전문기관 리얼미터가 에너지경제신문 의뢰로 지난달 29일부터 이달 3일까지 닷새간 전국 18세 이상 유권자 2525명을 대상으로 진행한 여론조사 집계 결과, 이 대통령 국정수행 긍정 평가는 47.0%, 부정 평가는 49.2%로 집계됐다. [서울=뉴스핌] 이재명 대통령이 3일 오후 경남 진주시 경상대에서 열린 영남권 첨단산업 발전비전 국민보고회에서 국민의례를 하고 있다. [사진=청와대] 2026.07.03 지난주 조사 대비 긍정 평가는 0.5%포인트(p) 오르고 부정 평가는 0.3%p 하락했다. 이 대통령 지지율 부정 평가는 3주째 긍정 평가를 앞서고 있다. 긍·부정 평가 격차는 오차범위(95% 신뢰수준에 ±2.0%p) 내인 2.2%p다. '잘 모름'은 2.2%다.  리얼미터는 "정부의 3대 메가 프로젝트인 서남·충청·영남권 대규모 지역 투자 발표가 지지율 반등에 긍정적 신호로 작용했다"면서도 "주가 급락과 고환율 등 체감 경기 악재가 이어지면서 상승 폭은 제한적인 수준에 그친 것으로 풀이된다"고 진단했다. 지난 2~3일 이틀간 전국 18세 이상 유권자 1008명을 대상으로 실시한 정당 지지도 조사에서는 더불어민주당이 43.0%(2.0%p↑), 국민의힘이 40.3%(1.7%p↓)를 기록했다. 또 개혁신당 3.0%, 조국혁신당 1.9%, 진보당 1.6%, 기타 정당 3.7%, 무당층 6.5% 순이었다. 양당 격차는 전주 1.0%p에서 2.7%p로 다소 벌어졌으나 오차범위 내 접전 양상을 유지했다. 리얼미터는 민주당의 지지율 상승 요인으로 "호남권을 비롯한 대규모 지역 투자와 산업 육성 정책이 구체적인 성과 기대감으로 이어지며, 중도층 표심을 흡수하면서 지지율 상승을 견인한 것으로 풀이된다"고 분석했다. 리얼미터는 국민의힘에 대해서는 "원 구성 대치와 지도부 내홍이 이어지는 상황에서 정부의 호남권 대규모 투자 발표에 대한 강경 대응이 오히려 대구·경북과 보수층의 이탈로 이어진 것으로 풀이된다"고 봤다. 대통령 국정수행 평가와 정당 지지도 조사는 모두 무선(100%) 자동응답 방식으로 진행됐다. 국정수행 평가 조사의 표본오차는 95% 신뢰수준에 ±2.0%p, 응답률은 4.0%다. 정당 지지도 조사의 표본오차는 95% 신뢰수준에 ±3.1%p, 응답률은 2.8%다. 자세한 내용은 중앙선거여론조사심의위원회 홈페이지를 참조하면 된다. pcjay@newspim.com 2026-07-06 09:05
사진
홀란의 노르웨이, 브라질 잡다 [서울=뉴스핌] 박상욱 기자 = '축구 괴물' 엘링 홀란의 왼발이 '영원한 우승 후보' 브라질을 무너뜨렸다. 노르웨이는 6일(한국시간) 미국 뉴저지주 이스트 루터포드의 뉴욕 뉴저지 스타디움에서 열린 2026 FIFA 북중미 월드컵 16강전에서 브라질을 2-1로 꺾었다. 1998년 프랑스 대회 이후 28년 만에 본선에 오른 노르웨이는 사상 처음으로 월드컵 8강에 진출하는 대이변을 연출했다. 반면 브라질은 1990년 이탈리아 대회 이후 36년 만에 16강에서 탈락하는 수모를 당했다. 이번 패배로 브라질의 '토너먼트 유럽 팀 잔혹사' 징크스도 이어졌다. [이스트 러더퍼드 로이터=뉴스핌] 박상욱 기자=노르웨이의 엘링 홀란이 6일(한국시간) 북중미 월드컵 16강전 브라질 대 노르웨이전에서 선제골을 넣은 뒤 환호하고 있다. 2026.7.6 psoq1337@newspim.com 경기는 초반부터 치열했다. 노르웨이는 전반 3분 만에 외데고르의 패스를 받은 베르그가 브라질의 골망을 흔들었으나 앞선 과정에서 오프사이드가 선언되며 아쉬움을 삼켰다. 위기를 넘긴 브라질은 전반 11분 마테우스 쿠냐가 페널티킥을 얻어내며 결정적인 기회를 잡았다. 그러나 키커로 나선 브루노 기마랑이스의 슈팅은 노르웨이 외르얀 뉠란 골키퍼의 선방에 막혔다. 뉠란은 방향을 정확히 읽어내며 팀을 위기에서 구했다. 이후 양 팀은 공방전을 주고받았다. 브라질은 비니시우스와 마르티넬리를 앞세워 노르웨이의 골문을 위협했다. 노르웨이는 외데고르와 홀란의 슈팅으로 맞섰으나 전반은 0-0으로 마쳤다. [이스트 러더퍼드 로이터=뉴스핌] 박상욱 기자=노르웨이의 엘링 홀란이 6일(한국시간) 북중미 월드컵 16강전 브라질 대 노르웨이전에서 자신의 두 번째 골을 넣은 뒤 의기양양하게 팬들을 쳐다보고 있다. 2026.7.6 psoq1337@newspim.com 후반 들어 브라질은 엔드릭과 네이마르를 차례로 투입하며 공격의 고삐를 당겼다. 후반 14분 엔드릭의 로빙 슈팅과 후반 17분 기마랑이스의 슈팅이 이어졌지만, 번번이 뉠란 골키퍼의 벽에 가로막혔다. 탄탄한 수비로 버텨낸 노르웨이에는 해결사 홀란이 있었다. 후반 34분 안드레아스 시엘데루프가 왼쪽 측면에서 올린 크로스를 홀란이 타점 높은 헤더로 연결해 선제골을 터뜨렸다. 기세를 잡은 홀란은 후반 45분 아크 정면에서 강력한 왼발 슈팅으로 추가골을 작렬하며 승부에 쐐기를 박았다. 상대 수비를 앞에 두고 골문 구석을 찌른 완벽한 득점이었다. [이스트 러더퍼드 로이터=뉴스핌] 박상욱 기자=브라질 선수들이 6일(한국시간) 북중미 월드컵 16강전 브라질 대 노르웨이전에서 홀란에게 멀티골을 허용한 뒤 낙담하고 있다. 2026.7.6 psoq1337@newspim.com 이날 멀티골을 기록한 홀란은 대회 7호골 고지에 오르며 리오넬 메시, 킬리언 음바페와 함께 월드컵 득점 공동 선두로 도약했다. 브라질은 후반 추가시간 네이마르가 페널티킥으로 1골을 만회했으나 승부를 뒤집기에는 시간이 부족했다. 브라질을 상대로 통산 5경기 무패(3승 2무)의 천적 관계를 입증한 노르웨이는 잉글랜드-멕시코전 승자와 준결승 진출을 다툰다. psoq1337@newspim.com 2026-07-06 07:22
기사 번역
결과물 출력을 준비하고 있어요.
종목 추적기

S&P 500 기업 중 기사 내용이 영향을 줄 종목 추적

결과물 출력을 준비하고 있어요.

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.
이 내용에 포함된 데이터와 의견은 뉴스핌 AI가 분석한 결과입니다. 정보 제공 목적으로만 작성되었으며, 특정 종목 매매를 권유하지 않습니다. 투자 판단 및 결과에 대한 책임은 투자자 본인에게 있습니다. 주식 투자는 원금 손실 가능성이 있으므로, 투자 전 충분한 조사와 전문가 상담을 권장합니다.
안다쇼핑
Top으로 이동