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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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안드레예바 롤랑가로스 우승 [서울=뉴스핌] 남정훈 기자 = 19세 신예 미라 안드레예바(러시아)가 프랑스오픈 정상에 오르며 여자 테니스의 새로운 시대를 열었다. 안드레예바는 6일(현지시간) 프랑스 파리 롤랑가로스에서 열린 2026 프랑스오픈 여자 단식 결승에서 마야 흐발린스카(폴란드)를 1시간 22분 만에 2-0(6-3 6-2)으로 완파했다. [파리 로이터=뉴스핌] 안드레예바가 7일 열린 프랑스오픈 결승에서 흐발린스카를 꺾고 우승을 차지했다. 2026.06.07 wcn05002@newspim.com 이번 대회는 안드레예바에게 여러모로 의미가 남다른 무대였다. 생애 처음 메이저대회 결승에 진출한 그는 결승전에서도 흔들림 없는 경기력을 선보이며 첫 메이저 우승이라는 꿈을 현실로 만들었다. 2022년 프로에 데뷔한 안드레예바는 그동안 여자프로테니스(WTA) 투어에서 5차례 우승을 차지하며 차세대 스타로 주목받아 왔다. 하지만 메이저대회에서는 우승과 인연을 맺지 못했다. 프랑스오픈에서도 2023년 32강, 2024년 4강, 2025년 8강에 머물렀지만 올해 마침내 정상에 오르며 성장의 결실을 맺었다. 특히 2007년생인 안드레예바는 1992년 18세의 나이로 프랑스오픈 3연패를 달성했던 모니카 셀레스(미국) 이후 가장 어린 나이에 롤랑가로스 여자 단식 우승을 차지한 선수로 기록됐다. 메이저대회 전체로 범위를 넓혀도 2023년 US오픈 챔피언 코코 고프(미국) 이후 처음 탄생한 10대 메이저 챔피언이다. 이번 우승으로 안드레예바는 다음 주 발표될 세계랭킹에서 8위에서 6위로 두 계단 상승하게 됐다. 또한 우승 상금 280만 유로(약 50억3000만 원)도 손에 넣었다. [파리 로이터=뉴스핌] 안드레예바가 7일 열린 프랑스오픈 결승에서 흐발린스카를 꺾고 우승을 차지했다. 2026.06.07 wcn05002@newspim.com 경기 내용 역시 일방적이지는 않았다. 결승 상대 흐발린스카는 이번 대회 최고의 돌풍 주인공이었다. 세계랭킹 114위로 예선을 통과한 그는 본선에서 강호들을 연이어 꺾으며 결승까지 진출해 '신데렐라'라는 별명을 얻었다. 흐발린스카는 2021년 US오픈 우승자 엠마 라두카누(영국)에 이어 오픈 시대 두 번째 예선 통과자 메이저 우승에 도전했지만 마지막 문턱을 넘지는 못했다. 그러나 이번 준우승으로 예상 랭킹이 21위까지 치솟게 됐고, 상금 역시 140만 유로(약 160만 달러)를 획득하며 선수 인생 최대 성과를 거뒀다. 결승 초반 분위기는 팽팽했다. 두 선수는 1세트 첫 4게임 동안 서로의 서브 게임을 연달아 브레이크하며 치열한 접전을 펼쳤다. 하지만 승부는 중반 이후 기울었다. 안드레예바는 강력한 스트로크와 높은 샷 정확도를 앞세워 흐발린스카를 압박했다. 특히 상대의 네 번째 서비스 게임을 브레이크한 이후 경기 흐름을 완전히 가져왔다. [파리 로이터=뉴스핌] 흐발린스카가 7일 열린 프랑스오픈 결승에서 안드레예바에게 패배하며 준우승을 차지했다. 2026.06.07 wcn05002@newspim.com 1세트를 6-3으로 따낸 안드레예바는 2세트에서도 거침없었다. 연속 득점으로 5-0까지 달아나며 사실상 우승을 예약했다. 흐발린스카가 뒤늦게 두 게임을 만회했지만 흐름을 뒤집기에는 역부족이었다. 마지막 챔피언십 포인트는 안드레예바의 날카로운 백핸드 크로스 샷으로 완성됐다. 경기 후 안드레예바는 "힘든 순간에도 항상 100%를 다하고 스스로를 믿어준 나 자신에게 감사하다"라며 "선수로서, 또 한 사람으로서 매일 더 나아지기 위해 노력했다. 지난 2주 동안 얼마나 긴장했고 힘들었는지는 나만 알 것"이라고 소감을 밝혔다. wcn05002@newspim.com 2026-06-07 10:32
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美 스타벅스 본사도 고개 숙였다 [세종=뉴스핌] 이정아 기자 = 스타벅스 미국 본사가 5·18 민주화운동 기념일에 불거진 이른바 '탱크 데이' 논란에 대해 공식 사과했다. 논란 이후 소비자 불매 움직임이 확산하면서 스타벅스의 국내 결제액도 한 달 새 100억원 이상 감소한 것으로 나타났다. 7일 5·18기념재단에 따르면, 스타벅스 미국 본사는 최근 재단 측에 보낸 회신에서 "5·18민주화운동의 역사적 의미와 피해자들의 아픔에 대해 사과한다"며 "5월 단체의 요구 사항은 내부 고위 경영진에 보고했다"고 밝혔다. 본사는 또 5·18 단체가 요구한 진상조사와 후속 조치 요구 사항을 내부 고위 경영진에게 전달했다고 설명했다. 앞서 5·18기념재단과 5·18 공법3단체(부상자회·공로자회·유족회)는 지난 1일 스타벅스 본사에 공식 항의서한을 보내 본사 차원의 조사와 사과, 재발방지 대책 마련을 촉구했다. 정용진 신세계그룹 회장이 스타벅스코리아의 부적절한 마케팅 논란과 관련해 직접 대국민 사과에 나섰다. 정 회장은 손정현 스타벅스코리아(SCK컴퍼니) 대표를 경질하고 재발 방지를 약속했다.스타벅스코리아는 지난 15일부터 26일까지 진행한 텀블러 프로모션 과정에서 '탱크 데이', '책상을 탁 치니 억 하고' 등을 연상시키는 문구를 사용해 역사 인식 논란에 휩싸였다. 사진은 19일 오전 서울 시내 스타벅스 매장의 모습. [사진 = 뉴스핌DB] 이들은 지난달 29일에는 스타벅스코리아 최대 주주인 이마트에 대한 주주권 행사 검토를 요구하는 내용의 의견서를 국민연금공단에 전달하기도 했다. 국민연금공단은 이에 대해 관련 내용을 검토하겠다는 취지의 답변을 재단 측에 전달한 것으로 알려졌다. 논란은 지난달 18일 스타벅스코리아가 텀블러 할인 행사를 진행하면서 '탱크 데이'라는 표현을 사용한 사실이 알려지며 시작됐다. 해당 표현이 5·18 민주화운동을 연상시킨다는 비판이 제기되면서 온라인과 사회관계망서비스(SNS)를 중심으로 거센 반발이 이어졌다. 여론 악화는 실제 소비 지표에도 영향을 준 것으로 나타났다. AI 테크 기업 아이지에이웍스 모바일인덱스에 따르면 스타벅스의 지난 5월 신용·체크카드 추정 결제금액은 1211억9000만원으로 집계됐다. 이는 전월(1343억2000만원)보다 약 131억원 감소한 규모다. 주간 결제액도 하락세를 보였다. 5월 11~17일 321억6000만원이던 결제액은 논란이 본격화된 18~24일 236억9000만원으로 줄었다. 이어 25~31일에는 214억6000만원까지 감소하며 2주 연속 하락 흐름을 나타냈다. 다만 해당 수치는 국내 신용·체크카드 결제액을 바탕으로 산출한 추정치로 현금 결제와 상품권, 간편결제, 계좌이체 등은 포함되지 않는다. 스타벅스코리아는 논란 이후 공개 사과문을 발표했으며, 신세계그룹은 후속 조치로 스타벅스코리아 대표를 교체하는 등 수습에 나선 상태다. 스타벅스가 오늘부터 14일까지 2주간 기존 충전 금액 사용 비율 조건과 관계없이 고객이 요청할 경우 한시적으로 환불을 지원한다. 사진은 1일 오전 서울 시내의 한 스타벅스 매장에 게시된 환불 관련 안내문. [사진 = 뉴스핌DB] plum@newspim.com 2026-06-07 14:16
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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.
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.
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