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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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7월까지 계란 2112만개 수입 [세종=뉴스핌] 김기랑 기자 = 계란 가격 상승세가 이어지는 가운데 정부가 미국산·태국산 신선란 2112만개를 추가 공급하는 등 수급 안정 대책을 확대한다. 또 계란 가공품 할당관세 물량을 두 배로 늘리고 적용 기간도 연말까지 연장할 예정이다. 농림축산식품부는 계란 생산 감소에 따른 가격 상승으로 소비자 부담이 커지고 있는 상황을 고려해 신선란 공급을 확대한다고 19일 밝혔다. 농식품부는 7월까지 미국산과 태국산 신선란 약 2112만개를 시장에 공급할 계획이다. 매주 448만개 이상을 순차적으로 도입해 이마트와 롯데마트 등 대형 유통업체에 우선 공급하고, 중소 유통업체를 통해 동네 빵집과 슈퍼마켓 등에도 공급할 예정이다. 9일 서울시내 한 대형마트를 찾은 소비자가 계란을 고르고 있다. [사진=뉴스핌DB] 우선 이번 주말부터 미국산 신선란 112만개를 이마트와 롯데마트에서 순차적으로 판매한다. 정부는 계란 가공품 수입 확대를 위해 할당관세 적용 기간을 기존 6월에서 12월까지로 연장하고, 적용 물량도 4000톤(t)에서 8000t으로 늘릴 방침이다. 농식품부는 지난해 겨울 발생한 고병원성 조류인플루엔자(HPAI)로 인한 산란계 살처분과 사육밀도 개선 등의 영향으로 계란 생산량이 감소하면서 가격 상승세가 이어지고 있다고 설명했다. 실제 계란 산지가격은 6월 중순 기준 특란 30구당 6263원으로 평년보다 24.1%, 지난해보다 8.5% 각각 높다. 소비자가격도 7506원으로 평년 대비 9.3%, 전년 대비 7.1% 각각 상승한 상태다. 다만 수급 여건은 점차 개선될 것으로 전망된다. 6월 산란계 사육 마릿수는 7879만수로 평년보다 4.6%, 지난해보다 0.4% 각각 증가했다. 1~5월 병아리 입식도 전년보다 12.8% 늘어 7월 일일 계란 생산량은 4900만개 수준까지 회복될 것으로 예상된다. 농식품부는 생산 회복 효과가 실제 시장 공급과 가격 안정으로 이어지기까지 시간이 필요한 만큼 할인 지원 사업 확대와 농협 납품단가 인하를 병행하고, 여름철 폭염에 따른 수급 불안에 대비해 신선란 수입 물량 추가 확대도 검토하고 있다. 이재식 농식품부 축산정책관은 "국내 산란계 마릿수는 꾸준히 증가하고 있으며 계란 생산도 점차 회복되고 있다"며 "국내 생산 기반 확충과 농가 경영 안정을 지원하는 한편, 소비자 물가 안정을 위해 수급 상황을 면밀히 점검하고 필요한 조치를 신속히 추진하겠다"고 강조했다. rang@newspim.com  2026-06-19 11:00
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'군기누설' 김용현 1심 징역 3년 [서울=뉴스핌] 박민경 기자 = 12·3 비상계엄 당시 노상원 전 국군정보사령관에게 정보사 명단을 전달한 혐의로 기소된 김용현 전 국방부 장관이 1심에서 징역 3년을 선고받았다. 서울중앙지법 형사합의21부(재판장 조순표)는 19일 김 전 장관의 군형법상 군기누설 및 개인정보보호법 위반 혐의 사건의 1심 선고기일을 열었다. 서울중앙지법 형사합의21부(재판장 조순표)는 19일 12·3 비상계엄 당시 노상원 전 국군정보사령관에게 정보사 명단을 전달한 혐의로 기소된 김용현 전 국방부 장관의 1심에서 징역 3년을 선고했다. 사진은 김 전 장관. [사진=뉴스핌 DB] 재판부는 양형이유에 대해 "피고인은 국방부 장관으로서 군사기밀과 군인의 개인정보를 보호할 책임이 있는 위치에 있었고, 누구보다 군사기밀과 특수임무 수행 인력의 신상정보 보호 필요성을 잘 알고 있었다"며 "그럼에도 민간인인 노상원이 관련 인적사항에 접근할 수 있도록 하는 데 결정적인 역할을 했다"고 지적했다. 그러면서 "이 사건 군기누설 범행에 대해 피고인에게 가장 엄중한 책임을 묻지 않을 수 없다"며 "나아가 아무런 실체적 요건을 갖추지 못한 계엄이 선포 단계에 이르는 동력 중 하나가 됐고, 단순한 군기누설이나 개인정보보호법 위반을 넘어 위헌·위법한 계엄 선포라는 중대한 결과를 초래했다"고 판시했다.  pmk1459@newspim.com 2026-06-19 15:00
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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.
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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