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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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"미·이란, 상호 공격 중단 합의" [시드니=뉴스핌] 권지언 특파원 = 미국과 이란이 상호 군사 공격을 중단하기로 합의하고, 호르무즈 해협 통항 문제를 논의하기 위해 이번 주 카타르에서 고위급 회담을 개최하기로 했다. 28일(현지시각) 미국 인터넷 매체 악시오스는 미국의 한 고위 당국자를 인용, 양국이 모든 군사 행동을 중단하기로 합의했으며, 30일 카타르 수도 도하에서 실무 협상을 이어갈 예정이라고 보도했다. 이번 합의는 휴전 체결 이후 불과 11일 만에 양측이 다시 공습을 주고받으며 긴장이 고조된 가운데 나온 것이다. 특히 도널드 트럼프 미국 대통령이 필요할 경우 군사작전을 재개해 "끝까지 마무리하겠다(complete the job)"고 경고하면서 중동 정세는 다시 불안정한 모습을 보였다. 최근 충돌은 전쟁 종식을 위해 체결된 양해각서(MOU)의 해석 차이에서 비롯된 것으로 전해졌다. 핵심 쟁점은 세계 원유 수송의 핵심 길목인 호르무즈 해협의 통항 관리 방식이었다. ◆ 호르무즈 통항 정상화 논의…핫라인 구축도 추진 미국 고위 당국자는 악시오스에 "모든 군사적 행동(kinetic activity)을 중단하기로 결정했다"고 밝혔다. 또 다른 당국자는 "당분간 양측 모두 추가 군사 행동을 자제할 것"이라며 "민간 선박들은 호르무즈 해협을 자유롭게 통항할 수 있을 것"이라고 설명했다. 협상 내용을 잘 아는 또 다른 소식통 역시 이번 주 회담 개최 사실을 확인했다. 양측이 합의한 MOU에 따르면 이란은 상선들의 안전한 통항을 보장하기 위해 최선의 노력을 기울이기로 했으며, 이에 상응해 미국은 이란 항만에 대한 봉쇄 조치를 해제했다. 지난주 스위스에서 열린 협상에서는 JD 밴스 미국 부통령이 이끄는 대표단이 이란과 미국 군 및 이슬람혁명수비대(IRGC) 간 직통 연락망(핫라인)을 구축하기로 합의했다. 해당 핫라인은 호르무즈 해협을 통과하는 선박 운항을 실시간으로 조율하기 위한 장치다. 다만 지난 주말 기준으로도 핫라인은 아직 가동되지 않았으며, 이란은 다시 선박들이 자국과 운항 일정을 조율해야 한다고 주장하면서 긴장이 재차 고조된 바 있다. 당초 이번 회담은 스위스에서 이란 핵 프로그램을 논의하기 위해 예정됐으나, 최근 군사적 긴장이 격화되면서 장소가 카타르로 변경됐고 의제 역시 호르무즈 해협 문제로 옮겨진 것으로 알려졌다. 미국 측에서는 기술협상팀을 이끄는 닉 스튜어트가 참석할 것으로 예상된다. 한편 백악관은 이번 회담과 관련한 논평 요청에 즉각 응답하지 않았다. 미국 성조기와 이란 국기. [사진=로이터 뉴스핌] kwonjiun@newspim.com 2026-06-29 05:44
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'매관매직' 김건희 1심 징역 7년 [서울=뉴스핌] 이바름 기자 = 이른바 '현대판 매관매직'으로 불린 김건희 여사의 디올백·금거북이 등 금품수수 의혹 사건에 대해 1심 법원이 대부분의 공소사실을 유죄로 인정하고 김 여사에게 징역 7년을 선고했다. 재판부는 김 여사가 금품을 수수하는 일련의 과정에서 해당 행위의 대가성을 충분히 인식할 수 있었던 것으로 판단했다. 특히 김 여사의 행위가 직무 관련성과 대가성을 갖춘 금품수수에 해당한다고 보고, 공소사실 대부분에 대해 유죄 판결했다. 서울중앙지법 형사합의21부(재판장 조순표)는 26일 김 여사의 특정범죄가중처벌 등에 관한 법률 위반(알선수재) 등 혐의 사건 1심 선고기일에서 김 여사에게 징역 7년을 선고했다. 재판부는 금품을 건넨 혐의로 함께 재판에 넘겨진 이봉관 서희건설 회장에게 징역 1년에 집행유예 2년을 선고했다. 서성빈 드롬돈 대표에게 징역 10개월에 집행유예 2년, 최재영 목사에게는 벌금 800만 원을 선고했다. 증거인멸 교사 혐의로 기소된 이배용 전 국가교육위원장에게 징역 10개월에 집행유예 2년을 선고했다. 함께 기소된 이 전 위원장의 비서 박씨에게는 벌금 700만 원, 양씨에게는 벌금 500만 원을 각각 선고했다. 서울중앙지법 형사합의21부(재판장 조순표)는 26일 김건희 여사의 특정범죄가중처벌 등에 관한 법률 위반(알선수재) 등 혐의 사건 1심 선고기일에서 김 여사에게 징역 7년을 선고했다. [사진=뉴스핌DB] 재판부는 김 여사의 모든 혐의에 대해 유죄로 인정했다. 김 여사가 이 회장으로부터 받은 반클리프 아펠 목걸이와 브로치, 귀걸이 등에 대해 "알선 명목 아래 제공된 것으로, 대가관계가 충분히 인정된다"고 판시했다. 그러면서 "피고인 김건희는 이봉관 서희건설 회장의 금품 제공이 단순 사교를 벗어나 대가관계를 전제로 한 것임을 충분히 인식한 것으로 보인다"고 지적했다. 재판부는 김 여사가 이배용 전 국가교육위원회 위원장으로부터 수수한 265만 원 상당의 금거북이 역시 대가관계를 인식하면서도 수수했다고 인정했다. 재판부는 "이배용이 국가교육위원장 임명 청탁을 명시적으로 하는 자리에서 미리 준비했던 금거북이를 교부한 사실이 인정된다"며 "금거북이에 취임축하 메시지가 기재된 편지가 동봉됐다는 사정은 외부적 명분에 불과하다"고 설명했다. 세한도 복제품 수수 역시 "이 전 위원장의 위원장 임명 청탁이 지속되는 과정에서 해당 청탁과 결부돼 제공된 것"이라고 부연했다. ◆ "김건희, 구매대행이라며 수천만 원 시계 액수도 안물어봐" 김 여사와 서성빈 드롬돈 대표가 '구매대행'이라고 주장했던 3990만 원 상당의 부쉐론 콘스탄틴 손목시계 역시 금품 수수로 인정됐다. 재판부는 서 대표가 수천만원 상당의 시계 대금과 관련해 김 여사에게 지금을 요구하거나 정산을 하지 않은 점을 지적했다. 재판부는 "일반적으로 수천만 원의 시계를 구매할 때 액수에 관심을 가지는 게 당연한데, 안 물어본 것으로 보면 피고인이 이 사건 시계를 구매했다고 보기 어렵다"고 밝혔다. 이봉관 서희건설 회장(왼쪽 부터), 서성빈 드론돔 대표, 최재영 목사가 26일 오후 서울 서초구 서울중앙지방법원에서 열린 김건희 '매관매직' 혐의 1심 선고 공판에 참석하고 있다. 2026.06.26 photo@newspim.com 오히려 서 대표가 총판을 맡았던 '로봇개 사업' 업체가 김 여사에게 손목시계를 교부한 직후 대통령경호처와 임대차계약을 체결했다는 점에서 "순수한 사교적 선물로 보기 어렵다"고 봤다. 그러면서 재판부는 "피고인 김건희는 이 시계가 서성빈의 로봇개 사업과 무관하지 않게 제공됐음을 미필적으로 인식했다고 봄이 타당하다"고 말했다. 재판부는 김상민 전 부장검사로부터 이우환 화백 그림을 받은 행위에 대해서도 "친분 행위로 볼 수 없다"고 판단했다. ◆ "'진품' 이우환 그림 선물, 친분 아냐…영부인 조력 기대" 재판부는 이 화백의 그림에 대해 '진품'이라고 규정하며, 정치권 입성을 노렸던 김 전 부장검사가 대통령 부인인 김 여사에게 이를 건네며 '조력'이나 '영향력'을 기대했다고 해석했다. 최재영(최 아브라함) 목사로부터 수수한 '디올백' 역시 단순한 호의적 선물로 보기 어렵다고 재판부는 설시했다. 재판부는 최 목사가 4회에 걸쳐 가방과 화장품 등을 김 여사에게 전달하면서 구체적인 청탁을 반복했고, 김 여사에 대해 "단순한 수동 청취가 아니라 직접 수용하는 태도를 보였다"고 질책했다. 김 여사는 지난 2022년 3월부터 5월까지 이 회장으로부터 맏사위인 박성근 변호사의 공직 임명 청탁 명목 등으로 총 1억380만 원 상당의 귀금속을 수수한 혐의를 받는다. 같은 해 이 전 위원장으로부터 위원장 임명 청탁을 명목으로 금거북이를, 서 대표로부터 로봇개 사업 지원 청탁과 함께 손목시계를 받은 혐의도 있다. 이와 함께 김 전 부장검사로부터 총선 공천 청탁과 함께 1억4000만 원 상당의 이우환 화백 그림을 받고, 최 목사로부터 디올백 가방 등을 수수한 혐의도 적용됐다. 이 사건을 수사·기소한 민중기 특별검사팀은 이른바 '현대판 매관매직'으로 규정하며 김 여사에게 징역 7년 6개월을 구형했다. 김 여사 측 변호인은 이날 김 여사의 1심 선고 이후 취재진을 만나 즉각 항소 의사을 밝혔다. right@newspim.com 2026-06-26 16:57
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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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