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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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'내란가담' 이상민, 항소심 징역 9년 [서울=뉴스핌] 홍석희 기자 = 12·3 비상계엄 당시 특정 언론사에 단전·단수 지시 혐의를 받는 이상민 전 행정안전부 장관이 12일 항소심에서 징역 9년을 선고받았다. 내란전담재판부인 서울고법 형사1부(재판장 윤성식)는 이날 오후 내란 중요임무 종사 등 혐의로 재판에 넘겨진 이 전 장관에게 징역 9년을 선고했다. 앞서 1심 재판부는 징역 7년을 선고한 바 있다. 12·3 비상계엄 당시 특정 언론사 단전·단수를 지시한 혐의를 받는 이상민 전 행정안전부 장관이 12일 항소심에서 징역 9년을 선고받았다. [사진=뉴스핌 DB] 재판부는 이 전 장관의 내란 중요임무 종사 혐의를 유죄로 판단하며 "내란이 성공해 현재의 헌법질서가 무너지면 원래 상태로 회복하는 것은 어려운 일이 될 것이다. 내란 행위에 대해 엄중한 처벌이 필요하다"고 판시했다.  이 전 장관은 계엄법상 주무부처 장관임에도 윤 전 대통령의 위헌·위법적 계엄 선포를 방조하고, 특정 언론사 단전·단수 지시를 전달하는 등 내란에 순차적으로 공모한 혐의로 1심에서 징역 7년을 선고받았다. 1심 재판부는 언론사 단전·단수 지시 혐의에 대해 "피고인이 법조인으로서 장기간 근무했고 비상계엄의 의미와 그 요건을 잘 알 수 있는 지위에 있었던 점과 피고인이 언론사 단전·단수에 대한 협조 지시를 하기 직전 경찰청장과의 통화를 통해 국회 상황에 대해 인식하고 있었던 점을 종합해볼 때, 피고인에게 내란 중요임무 종사의 고의 및 국헌문란의 목적이 있었다"며 유죄로 판단했다. 특검은 항소심 결심 공판에서 "본 사건은 대한민국이 수립한 민주주의에 대한 테러"라며 이 전 장관에게 징역 15년을 선고해 달라고 재판부에 요청했다. hong90@newspim.com 2026-05-12 15:57
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[6·3 지선 Q&A]사전투표 29~30일 [서울=뉴스핌] 송기욱 기자 = 오는 6월 3일 9회 지방선거가 실시된다. 본후보 등록일은 오는 14~15일 오전 9시부터 오후 6시까지다. 사전투표는 5월 29일부터 30일까지 이틀간 진행된다. 유권자가 반드시 알아야 할 투표 시간과 선거운동 기준, 여론조사 공표 금지 기간, 투표 때 유의 사항을 중앙선거관리위원회가 펴낸 책자를 통해 질의응답(Q&A)으로 정리한다.      선거일 투표 시간은 오전 6시부터 오후 6시까지다. 사전투표 역시 오전 6시부터 오후 6시까지 가능하며 거소투표자를 제외한 모든 유권자가 참여할 수 있다. 일반 지역 유권자는 이번 지방선거에서 시·도지사와 교육감, 기초단체장, 광역·기초의원 등을 선출하기 위해 총 7장의 투표용지를 받게 된다. 선거일 전 6일인 5월 28일부터 선거일 투표 마감 시각까지 정당 지지도나 당선인을 예상하게 하는 여론조사 결과 공표·인용 보도가 금지된다. 다만 금지기간 이전 실시된 여론조사 결과는 관련 요건을 준수할 경우 공표할 수 있다. 또 일반 유권자도 문자메시지와 사회관계망서비스(SNS), 인터넷 등을 활용해 선거운동을 할 수 있다. 선거일 당일에는 인터넷·전자우편·문자메시지를 제외한 일체의 선거운동이 금지된다. 기표소 안에서 투표지를 촬영하는 행위 역시 허용되지 않는다. 다음은 6·3 지방선거 관련 꼭 알아야 할 주요 Q&A다. -선거일과 투표 시간은 ▲6월 3일 오전 6시 ~ 오후 6시. 거소·사전 투표자를 제외한 해당 투표구의 선거인. -사전 투표일과 시간은 ▲5월 29일(금) ~ 5월 30일(토) 2일간 오전 6시 ~ 오후 6시. 거소 투표자를 제외한 모든 선거인. 읍·면·동마다 1개소 투표소 설치. -선거일 당일 선거 운동 여부와 금지 사항은 ▲일체의 선거운동 금지. 다만 인터넷·전자우편·문자메시지를 이용한 선거운동은 가능. 투표 마감시각 종료 이전에 선거인에 대해 투표하고자 하는 정당이나 후보자 또는 투표한 정당이나 후보자의 표시 요구 금지. -선거일 후 답례 금지 사항은 ▲금품 또는 향응을 제공하는 행위. 방송·신문 또는 잡지 기타 간행물에 광고하는 행위. 자동차에 의한 행렬을 하거나 다수인이 무리를 지어 거리를 행진하거나 거리에서 연달아 소리 지르는 행위. 다만 공개 장소 연설·대담용 자동차를 이용해 당선 또는 낙선 거리 인사를 하는 것은 가능. 일반 선거구민을 모이게 해 당선 축하회 또는 낙선에 대한 위로회를 개최하는 행위나 현수막을 게시하는 행위는 금지됨. 다만 선거일 다음 날부터 6월 16일까지 13일 동안 읍·면·동마다 1매의 현수막을 게시하는 것은 가능함. -이번 지방선거에서 투표할 수 있는 사람은 ▲선거일 현재 만 18살 이상(2008년 6월 4일까지 출생)의 국민은 선거권이 있음. 공직선거법 제15조 제2항 제3호에 따른 외국인은 지방선거 선거권이 있음. -후보자 기호는 어떻게 결정되나 ▲후보자 기호는 후보자 등록 마감일을 기준으로 국회에 의석을 갖고 있는 정당의 후보, 의석이 없는 정당의 후보, 무소속 후보의 순으로 결정됨. 국회에 의석을 갖고 있는 정당 간의 기호 순위는 다수 의석 순. 의석이 없는 정당 간에는 정당 명칭의 '가나다'순으로 함. 무소속 후보자는 추첨에 의해 기호를 결정함. -후보자 정보는 어떻게 확인할 수 있나 ▲선거관리위원회는 선거인이 올바른 선택을 할 수 있도록 후보자가 제출한 서류를 선거일까지 공개하고 있음. 후보자 등록이 완료되면 인터넷 홈페이지를 통해 후보자 인적사항과 후보자가 제출한 재산신고서, 병역사항 신고서, 학력에 관한 증명서, 세금 납부·체납 사항, 전과기록에 관한 증명서류를 공개함. -공식 선거운동은 언제부터 하나 ▲선거운동기간은 5월 21일부터 선거일 전일인 6월 2일까지임. -후보자나 선거운동 관계자만 선거운동을 할 수 있나 ▲후보자 가족의 선거운동은 1991년, 일반 유권자의 선거운동은 1994년 이후 허용됨. 현행 공직선거법에서는 일반 유권자도 선거운동을 할 수 있음. 선거운동 기간이 아닌 때라도 제한된 방법인 전화 또는 말, 문자메시지, 인터넷 이용 등으로 선거운동을 할 수 있음. -일반 유권자가 할 수 있는 선거운동방법은 어떤 것이 있나 ▲선거운동을 할 수 있는 일반 유권자는 선거일을 포함해 언제든지 문자메시지나 전자우편, 인터넷 홈페이지, 사회관계망서비스(SNS)를 이용해 선거운동을 할 수 있고 선거일이 아닌 때에 전화나 말로 선거운동 할 수 있음. 선거운동기간 중에는 공개 장소에서 특정 정당이나 후보자에 대한 지지를 호소하는 등 법에서 정한 방법으로 선거운동을 할 수 있음. 특정 후보자를 위한 선거운동 자원봉사자로 활동할 수 있음. 선거운동기간 중 길이 25㎝ 너비 25㎝ 높이 25㎝ 이내 소형의 소품등을 본인의 부담으로 제작 또는 구입해 몸에 붙이거나 지니는 방법으로 선거운동을 할 수 있음. 다만 선거운동을 해 주는 대가로 수당·실비나 음식물을 제공받을 수 없음. -일반 유권자가 자신의 소셜미디어에 (예비)후보자를 지지하는 글을 게시해 팔로어에게 전송할 수 있나 ▲선거일을 포함해 언제든지 가능함. -(예비)후보자로부터 받은 선거운동정보를 자신의 팔로어에게 돌려보기(retweet)가 가능한가 ▲선거일을 포함해 언제든지 가능함. -(예비)후보자나 일반 유권자가 자신의 카카오톡 프로필이나 상태 메시지에 (예비)후보자의 사진이나 지지 호소의 글을 게재할 수 있나 ▲선거일을 포함해 언제든지 가능함. 중앙선거관리위원회. [사진=뉴스핌 DB] -거소투표제도란 무엇인가 ▲몸이 불편해 투표소에 가서 투표할 수 없는 선거인 등을 위해 자신이 머무는 자택 등에서 우편으로 투표할 수 있도록 한 제도임. 거소투표를 하려면 거소투표신고를 해야 함. -이번 선거에서 유권자들은 몇 장의 투표용지를 받나 ▲시·도지사 선거, 교육감 선거, 구·시·군 장 선거, 지역구 시·도의원 선거, 비례대표 시·도의원 선거, 지역구 구·시·군의원 선거, 비례대표 구·시·군의원 선거를 포함해 모두 7개 선거가 실시되므로 투표용지도 7장임. 다만 제주특별자치도, 세종특별자치시는 4장(시·도지사 선거, 교육감 선거, 지역구 시·도의원 선거, 비례대표 시·도의원 선거)의 투표용지를 받음. 2026년 4월 30일까지 실시 사유가 확정된 재·보궐선거 지역의 선거인은 재·보궐선거 투표용지를 함께 받음. -본인 투표소 위치를 어떻게 확인할 수 있나 ▲구·시·군 선관위가 각 가정에 발송하는 투표안내문을 확인하면 됨. 지방자치단체의 '선거인명부 열람시스템'을 이용하거나 중앙선거관리위원회 홈페이지 투표소찾기 연결 서비스를 통해 투표소 위치를 확인할 수 있음. -투표하러 갈 때 준비해야 할 것은 ▲주민등록증, 공무원증, 여권, 운전면허증, 국가유공자증, 장애인등록증, 관공서 또는 공공기관이 발행한 사진이 첩부된 신분증 등 선거인 본인 여부를 확인할 수 있는 증명서나 서류가 필요함. 신분증의 모바일 신분증(앱 실행화면)으로도 본인 확인이 가능함. 다만 신분증 등을 사진 촬영하거나 화면 캡처 등을 통해 저장한 이미지 파일은 사용할 수 없음. 각 가정에 발송한 투표안내문에 선거인명부 등재 번호가 기재돼 있음. 등재번호를 확인하고 가시면 투표시간 단축할 수 있음. -선거권이 없는 자녀를 데리고 투표소에 갈 수 있나 ▲선거인은 초등학생 이하의 어린이와 함께 투표소 안에 출입할 수 있음. 다만 기표소 안에는 미취학 아동만 들어갈 수 있음. -신체에 장애가 있어 기표소에서 혼자 기표할 수 없는 경우 어떻게 투표하나 ▲시각장애인과 신체에 장애가 있어 혼자서 기표할 수 없는 선거인은 보조를 위해 그 가족 또는 본인이 지명한 2명을 동반할 수 있음. -거소투표신고를 한 사람은 선거일 투표소에서 투표할 수 없나 ▲거소투표신고를 한 선거인이 거소투표를 하지 않고 선거일에 해당 투표소의 투표관리관에게 거소투표용지와 회송용봉투를 반납하면 투표할 수 있음. 만약 거소투표용지에 기표가 돼 있으면 다시 투표할 수 없음. -기표소 안에서 투표지를 촬영할 수 있나 ▲기표소 안에서 투표지를 촬영할 수 없음. 이는 투표의 비밀을 보장하기 위해서임. 투표인증샷을 찍으시려면 투표소 입구 등에 설치한 포토존이나 투표소 표지판 등을 활용하면 됨. 22대 국회의원선거 사전투표가 시작된 2024년 4월 5일 인천 계양구 계양3동행정복지센터에 마련된 사전투표소에서 군인들이 투표를 하고 있다. [사진=뉴스핌 DB] -SNS에 투표인증샷을 게시할 때 유의해야 할 점은 ▲선거일에 기호를 나타내는 인증샷(엄지손가락, V자 표시 등)을 SNS에 게시할 수 있음. 다만 기표한 투표지를 촬영해 게시해서는 안됨. -선거여론조사 결과 공표가 제한되는 기간이 있나 ▲누구든지 선거일 전 6일(5월 28일)부터 선거일의 투표마감시각까지 선거에 관해 정당에 관한 지지도나 당선인을 예상하게 하는 여론조사(모의투표나 인기투표에 의한 경우 포함)의 경위와 그 결과를 공표하거나 인용해 보도할 수 없음. 다만 선거일 6일 전에 실시된 여론조사 결과는 공표·보도 요건을 준수해 언제든지 보도할 수 있음. -선거에 관한 여론조사 결과를 공표·보도할 때 유의해야 할 사항은 ▲누구든지 선거에 관한 여론조사 결과를 공표 또는 보도하는 경우에는 선거여론조사기준으로 정한 12가지 사항을 함께 공표·보도하여야 함. 조사의뢰자, 선거여론조사기관, 조사지역, 조사일자, 조사대상, 조사방법, 표본의 크기, 피조사자 선정방법, 응답률, 표본오차, 질문내용, 권고 무선 응답비율(무선전화 응답비율이 100분의 70에 미달한 때). 조사의뢰자(언론사 등)는 선거여론조사기관이 첫 공표·보도 전 여론조사 결과를 등록할 수 있도록 해당 여론조사 결과의 공표·보도 예정일시를 여론조사기관에 통보해야 함. 선거여론조사기관은 중앙여심위 홈페이지 등록내용을 의뢰자에게 공표·보도 전까지 통보해야 함. 누구든지 선거에 관한 여론조사 결과를 공표·보도하는 경우에는 중앙여심위 홈페이지에 등록된 내용만 공표·보도해야 함. -이미 발표된 여론조사 결과를 인용해 공표·보도할 때 유의해야 할 사항은 ▲이미 공표·보도된 여론조사 결과를 다시 인용해 공표·보도하는 경우에는 조사의뢰자, 선거여론조사기관, 조사일자, 조사방법과 함께 '그 밖의 사항은 중앙선거여론조사심의위원회 홈페이지 참조'라고 표기해야 함. oneway@newspim.com 2026-05-12 06:00
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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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