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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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'왕과 사는 남자' 800만 돌파 [서울=뉴스핌]이웅희 기자=영화 '왕과 사는 남자'가 누적 800만 관객을 돌파했다. 감독과 배우들의 친필 감사 메시지도 공개했다.  1457년 청령포, 마을의 부흥을 위해 유배지를 자처한 촌장과 왕위에서 쫓겨나 유배된 어린 선왕의 이야기를 담은 영화 '왕과 사는 남자'가 누적 관객수 800만 명을 돌파하며, 2026년 최고 흥행작의 위상을 공고히 했다. 영화관입장권 통합전산망에 따르면 '왕과 사는 남자'는 개봉 26일째인 3월 1일 기준 누적 관객수 8,006,326명을 기록했다. 관객들을 중심으로 확산된 뜨거운 입소문과 쉽게 가시지 않는 영화의 여운으로 인한 N차 관람 열풍에 힘입은 결과로 의미를 더하고 있다. 또한 800만 관객 돌파를 맞아 <왕과 사는 남자>의 장항준 감독은 "<왕과 사는 남자>를 사랑해 주신 관객분들께 너무나 감사하다. 800만 관객이 영화를 봐주셨는데, 나뿐만 아니라 제작진들과 배우들도 다들 상상해 본 적이 없는 숫자라는 생각을 한다. 모두가 하루하루 감사한 마음으로 지내고 있다"며 흥행에 대한 벅찬 소감을 전했다. 배우들 역시 친필 감사 메시지를 공개했다. 광천골 촌장 엄흥도 역의 유해진은 "생각지도 못한 큰 사랑. 진심으로 감사드립니다! 건강하세요^^", 어린 선왕 이홍위 역의 박지훈은 "여러분들께서 사랑해주셔서 영화 <왕과 사는 남자>가 800만을 달성했습니다! 정말 감사합니다! 언제나 늘 열심히 하겠습니다♡ 행복하세요!" , 권력자 한명회 역의 유지태는 "내 인생에 800만 영화를 함께했다는 것만으로 이미 성공한 배우입니다. 진심으로 감사드립니다", 궁녀 매화 역의 전미도는 "<왕과 사는 남자> 800만!! 오랜만에 극장을 찾아와주신 어르신분들, 부모님 모시고 N차 관람해주신 자녀분들, 엄흥도와 단종의 이야기에 함께 가슴 아파해주신 모든 분들께 진심으로 감사드립니다", 흥도의 아들 태산 역의 김민은 "<왕과 사는 남자>를 사랑해주시는 여러분들 정말 감사합니다. 덕분에 행복한 시절을 보내고 있습니다. 늘 건강하고 행복하세요♡"라며 800만 관객을 달성한 기쁜 마음을 전했다. 또 영월군수 역의 박지환은 "<왕과 사는 남자> 800만 관객 여러분 감사드립니다. 앞으로 더욱 열심히 최선을 다하겠습니다", 금성대군 역의 이준혁은 "<왕과 사는 남자> 800만 돌파! 진심으로 감사합니다", 노루골 촌장 역의 안재홍은 "<왕과 사는 남자> 800만 관객 여러분 감사합니다! 사랑합니다!"라며 감사의 인사를 전했다. 몰입감을 극대화하는 배우들의 눈부신 열연과 모두가 알고 있는 역사 속 아무도 몰랐던 단종의 숨겨진 이야기로 가슴 깊은 여운을 전하는 '왕과 사는 남자'의 흥행 질주를 당분간 이어갈 전망이다. iaspire@newspim.com 2026-03-01 15:17
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CIA는 모든 걸 알고 있었다 [런던=뉴스핌] 장일현 특파원 = 미국과 이스라엘은 누구도 예상하지 못한 대낮 공습을 감행해 이란의 최고지도자 아야톨라 알리 하메네이를 제거했다.  통상 이 같은 대규모 군사작전은 한밤중 또는 새벽에 시작되는데 이날 공습은 오전 9시40분쯤 실행됐다.  미국 언론들은 이 같은 공습 시기 결정과 관련해 미국과 이스라엘이 하메네이를 비롯한 이란의 군 최고 수뇌부가 이날 오전에 테헤란에 모여 회의를 열 것이라는 정보를 완벽하게 파악했기 때문이라고 했다.  수십년 동안 "미국에게 죽음을"이라는 구호를 외쳐온 이란의 최고 지휘부를 일거에 제거할 수 있는 절호의 기회를 포착한 것이다.  [사진=로이터 뉴스핌] 아야톨라 알리 하메네이(왼쪽) 전 이란 최고지도자가 지난해 6월 4일(현지 시간) 테헤란 남부 호메이니 기념관에서 열린 행사에서 이슬람 혁명의 아버지 아야톨라 루홀라 호메이니 전 이란 최고지도자의 손자인 하산 호메이니와 함께 대중을 향해 인사하고 있다. [사진=로이터 뉴스핌] 미 일간 뉴욕타임스(NYT)는 1일(현지 시간) "미 중앙정보국(CIA)이 이란 지도자들의 모임 장소를 정확히 파악하는데 도움을 줬고, 이후 이스라엘이 공격을 실행했다"고 보도했다.  보도에 따르면 CIA는 지난 몇 개월 동안 하메네이의 움직임을 지속적으로 추적해 왔다. 그 결과 그의 행적과 동선에 대해 점점 더 확신을 갖게 됐다고 한다.  그러던 중 CIA는 하메네이가 지난 28일 아침 테헤란 중심부에 있는 이란 정부 청사 단지에서 주요 군 지휘관들과 회의를 한다는 정보를 입수했다.  미국과 이스라엘은 긴급하게 움직였다. 이 기회를 놓치지 않기 위해 공격 시기를 조율했다.  CIA는 '신뢰도가 높은' 하메네이의 동선과 위치에 대한 정보를 이스라엘에 넘겼다고 이 사안에 정통한 소식통들이 NYT에 밝혔다.  이스라엘의 전투기들은 28일 오전 6시쯤 공군기지에서 이륙했다. 이어 오전 9시40분쯤 이 전투기들이 발사한 장거리 공대지 미사일이 테헤란 시내 주요 목표물을 타격했다.  이스라엘 국방부 관계자는 "오늘 아침 공습은 테헤란의 여러 곳에서 동시에 이뤄졌으며, 그 중 한 곳에 이란의 정치·안보 고위 인사들이 모여 있었다"고 했다.  NYT는 "하메네이의 제거는 작년 6월 '12일 전쟁' 이후 미국과 이스라엘이 이란 지도부에 대해 축적해 온 심층적인 정보력을 반영한 것"이라고 진단했다.  이날 공습으로 하메네이 이외에도 아지즈 나시르자데 국방장관과 압둘라힘 무사비 이란군 참모총장, 모하마드 파크푸르 이란혁명수비대 사령관, 알리 삼카니 최고지도자 군사고문 및 국방위원회 위원장 등도 폭사했다. 이란의 군 수뇌부가 한꺼번에 사라진 것이다.  미국은 이번 군사작전을 '장대한 분노(Operation Epic Fury)'라고 했고, 이스라엘은 '포효하는 사자(Operation Roaring Lion)'라고 부르고 있다.  ihjang67@newspim.com   2026-03-01 19:48
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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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