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
Z폴드8 사전예약 美 30%↑ [서울=뉴스핌] 서영욱 기자 = 삼성전자의 신형 폴더블폰 '갤럭시 Z폴드8'이 국내를 넘어 미국과 유럽, 일본 등 글로벌 시장에서 초반 흥행에 성공했다. 미국에서는 역대 폴드 시리즈 가운데 가장 빠른 사전예약 흐름을 보였고, 국내에서는 갤럭시 스마트폰 사상 최대 사전예약 기록을 새로 썼다. 이번 흥행에서 눈에 띄는 점은 단순한 판매량 증가를 넘어 구매층이 달라지고 있다는 것이다. 짧고 넓어진 '여권형' 디자인과 개선된 휴대성을 앞세운 폴드8이 기존 폴더블 마니아뿐 아니라 일반 바형 스마트폰 사용자까지 끌어들이고 있다. 중장년 남성 중심이던 소비자층도 10~30대와 여성으로 확대되면서 폴더블폰 대중화 가능성에 대한 기대감도 커지고 있다.   갤럭시 Z폴드8 시리즈 [사진 = 뉴스핌DB] ◆ 美 30%·유럽 20%↑…한국선 144만대 '신기록' 10일 시장조사업체 카운터포인트리서치 등에 따르면 갤럭시 Z8 시리즈는 미국에서 사전예약 첫 12일을 기준으로 역대 Z 시리즈 가운데 가장 많은 예약 판매량을 기록할 것으로 예상된다. 삼성전자가 공개한 미국 시장 판매 동향을 보면 갤럭시 Z폴드8과 폴드8 울트라의 합산 사전예약은 기존 폴드 시리즈 최고 기록보다 30% 증가했다. 특히 일반형 폴드8이 이동통신사와 유통업체 전체 사전예약의 절반 가까이를 차지하며 흥행을 이끌었다. 기존 플립 사용자들이 폴드로 이동하는 흐름도 뚜렷했다. 전작 출시 당시와 비교해 갤럭시 Z플립을 사용하다 폴드8 또는 폴드8 울트라를 사전예약한 고객은 3배 이상 늘었다. 기존 폴드 사용자뿐 아니라 다른 폼팩터의 스마트폰 이용자까지 폴드8으로 유입되고 있는 셈이다. 유럽에서도 전작을 웃도는 성적을 냈다. 출시 첫 11일간 Z8 시리즈 사전예약은 Z7 시리즈보다 20% 이상 증가했고, 삼성전자가 세운 사전예약 목표도 정식 출시 전에 넘어섰다. 일반형 폴드8이 전체 예약의 약 40%를 차지했다. 국내에서는 역대 최대 기록을 새로 썼다. 폴드8 울트라와 폴드8, 플립8은 7일간 진행된 사전예약에서 총 144만대가 예약됐다. 전작 폴드7·플립7 시리즈의 104만대보다 약 39% 증가한 규모로 역대 갤럭시 스마트폰 사전예약 가운데 가장 많다. 이 가운데 폴드8이 약 70%를 차지하며 전체 흥행을 주도했다. 갤럭시 Z 시리즈 출시 이후 분기별 예상 출하량 추이 [사진=카운터포인트리서치] 일본과 중국, 동남아시아에서도 폴드8을 중심으로 초기 수요가 몰리고 있다. 일본에서는 삼성전자 공식 온라인스토어에서 폴드8 256GB 모델의 상당수 색상이 품절됐다. NTT도코모·au·소프트뱅크·라쿠텐모바일 등 일본 4대 이동통신사가 모두 삼성 폴드 모델을 판매하는 등 유통 기반도 확대됐다. 중국에서는 폴드8이 티몰과 징둥닷컴에서 삼성전자 스마트폰 가운데 판매 순위 1위에 올랐다. 말레이시아와 인도네시아, 베트남 등 동남아에서도 폴드8을 중심으로 초기 수요가 나타나고 있으며 일부 지역에서는 배송 지연도 발생하고 있다. 다만 인도에서는 폴드8 울트라가 사전예약의 약 60%를 차지하며 다른 주요 시장과는 다른 양상을 보였다. ◆ '아재폰' 벗어난 폴드…1030·여성까지 확산 이번 흥행에서 주목되는 부분은 판매량뿐 아니라 소비자층의 변화다. 그동안 폴드 시리즈는 대화면과 멀티태스킹, 업무 생산성을 중시하는 중장년 남성 중심의 제품이라는 인식이 강했지만 폴드8에서는 10~30대와 여성 고객의 유입이 두드러지고 있다. SK텔레콤에 따르면 국내 Z8 시리즈 사전예약 고객 가운데 기존 일반 바형 스마트폰 사용자는 약 62%로 전작보다 10%포인트 증가했다. 삼성닷컴 기준으로는 10~30대 구매 비중이 절반을 넘어섰으며, 이 연령대가 가장 많이 선택한 모델도 폴드8이었다. 특히 10~30대 여성의 폴드8 구매는 전작보다 두 배 이상 늘었다. ◆ 짧고 넓어진 '여권형' 통했다…업무용서 일상폰으로 폴드8의 달라진 디자인과 사용성이 소비자층 확대를 이끌었다는 분석이 나온다. 기존 폴드가 넓은 화면을 활용한 멀티태스킹과 업무 생산성에 무게를 뒀다면 폴드8은 무게와 두께를 줄이고 화면을 기존보다 짧고 넓게 만들면서 일상적인 스마트폰으로서의 사용성을 강화했다. 접었을 때는 일반 스마트폰에 가까운 형태로 사용할 수 있고 펼치면 넓은 화면으로 동영상과 소셜미디어(SNS), 웹서핑, 독서 등을 즐길 수 있다. 기존 폴드의 대화면이라는 장점을 유지하면서 휴대성과 콘텐츠 소비 경험을 동시에 개선한 것이다. 카운터포인트리서치도 이 같은 변화를 폴드8 흥행의 주요 요인으로 꼽았다. 짧고 넓어진 본체가 휴대하기 편하면서도 독서와 동영상 시청, 웹 브라우징 등에 적합해 폴드8의 활용 범위를 넓혔다는 평가다. 실제 글로벌 시장에서 일반형 폴드8은 인도를 제외한 한국과 미국, 유럽, 일본, 중국, 동남아 등 대부분 지역에서 Z8 시리즈의 초기 판매를 이끌고 있다. 최고 사양과 카메라를 앞세운 폴드8 울트라보다 상대적으로 대중적인 폴드8에 수요가 집중되고 있다는 점에서 폴더블폰의 소비 기반이 넓어지고 있다는 분석도 나온다. 삼성전자의 갤럭시 Z8 시리즈 [사진 = 뉴스핌DB] 카운터포인트리서치는 갤럭시 Z8 시리즈의 출시 첫해 출하량이 Z7 시리즈보다 두 자릿수 증가하고 Z6 시리즈와 비교하면 70% 이상 늘어날 것으로 전망했다. 관건은 사전예약 이후 흐름이다. 초기 판매에는 보상판매와 할부, 사은품 등 출시 프로모션 효과가 반영돼 있다는 것이다. 또 애플의 폴더블폰 시장 진입이 예상되는 만큼 향후 글로벌 폴더블 시장의 경쟁은 한층 치열해질 것으로 전망했다. 다만 폴드8이 기존 폴더블 마니아층을 넘어 일반 스마트폰 사용자와 젊은층, 여성까지 소비자층을 넓힐 경우 삼성전자가 시장 주도권을 이어가는 데 긍정적으로 작용할 것으로 내다봤다. syu@newspim.com 2026-08-10 11:07
사진
국방부, 용산 옛 청사서 첫 브리핑 [서울=뉴스핌] 오동룡 군사방산전문기자 = 정빛나 국방부 대변인이 10일 서울 용산구 국방부 옛 청사에서 복귀 후 첫 정례브리핑을 하고 있다. 정빛나 국방부 대변인이 10일 서울 용산구 국방부 옛 청사 브리핑룸에서 복귀 후 첫 정례브리핑을 하고 있다. [사진=오동룡 군사방산전문기자] 2026.08.10 gomsi@newspim.com 국방부는 윤석열 정부의 대통령실 용산 이전에 따라 2022년 합동참모본부 청사로 옮긴 뒤 약 4년 만에 옛 청사 복귀 절차를 밟고 있다. 지난달 21일부터 부서별 이전 작업을 시작했으며, 주요 부서와 출입기자실 등을 순차적으로 옮긴 뒤 장관실 이전을 끝으로 오는 14일쯤 작업을 마칠 계획이다. 국방부와 합참이 한 청사를 함께 쓰던 체제도 종료된다. gomsi@newspim.com 2026-08-10 11:30
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