전체기사 최신뉴스 GAM
KYD 디데이
홈 산업 생활경제

속보

더보기

[김정호의 4차혁명 오딧세이] 인공지능 필수지식 '이산수학' 아시나요

기사입력 :

최종수정 :

※ 본문 글자 크기 조정

  • 더 작게
  • 작게
  • 보통
  • 크게
  • 더 크게

※ 번역할 언어 선택

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]  

[뉴스핌 베스트 기사]

사진
'청년버스킹 축제' 17일 오후 1시 한강공원서 개최 [서울=뉴스핌] 정태이 기자 = 선선한 가을바람이 부는 한강에서 청년 음악가들의 다채로운 공연과 시민 참여형 프로그램이 펼쳐진다. 감엔터테인먼트가 주최하고 서울특별시가 후원하는 '2026 한강 청년 버스킹 축제 : DAY OFF SEOUL'이 오는 17일 여의도한강공원 녹음수광장에서 열린다. 행사는 오후 1시부터 5시까지 진행되며 모든 공연과 체험 프로그램은 무료로 운영된다. [사진=감엔터테인먼트] 올해 축제는 '한강 위에서 하루를 통째로 쉬어가는 청년 문화 축제'를 주제로 마련된다. 음악과 피크닉, 한강, 가을을 결합해 누구나 부담 없이 즐길 수 있는 열린 문화 공간을 조성하고 시민 참여와 청년 예술가 발굴을 함께 꾀한다. 청년 예술가에게는 시민과 만나는 무대를, 시민에게는 일상에서 잠시 벗어나 문화와 휴식을 함께 즐길 수 있는 공간을 제공한다는 취지다. 축제의 중심은 청년 음악가들의 버스킹 무대다. 싱어송라이터 오디션 '히든스테이지' 출신의 김은찬밴드,신직선,윤태경,윤준,채수빈,심각한 개구리, 채비(Che!vee), 혼즈(Hon'z) 등 10팀이 참여해 각기 다른 장르와 개성을 담은 음악을 선보인다. [서울=뉴스핌] 정태이 기자 = '히든스테이지' 대상 심각한 개구리(위 왼쪽부터 시계방향으로), 최우수상 윤태경, 우수상 김은찬밴드. [사진=감엔터테인먼트] 2026.10.08 taeyi427@newspim.com 특히 지난 7일 열린 '히든스테이지' 결선에서 대상을 받은 심각한 개구리를 비롯해 최우수상 윤태경, 우수상 김은찬밴드 등 수상자들도 이번 축제를 통해 다시 관객들과 만난다. 경연 무대에서 실력을 겨룬 청년 음악가들이 이번에는 한강 야외 무대로 자리를 옮겨 시민들과 가까이에서 호흡할 예정이다. 청년 아티스트들의 공연에 더해 특별 초청 무대도 마련된다. 뉴올리언스 사운드를 기반으로 활동하는 컨템포러리 재즈밴드 '김루꾸밴드'와 국악·비보이·아크로바틱 등을 결합한 퍼포먼스팀 '라스트릿크루', 비트박서 잭브라이언(Jackbryan)이 무대에 올라 축제의 볼거리를 더한다. 싱어송라이터들의 음악부터 재즈와 퍼포먼스, 비트박스까지 서로 다른 장르의 무대를 한자리에서 만나볼 수 있다. [서울=뉴스핌] 정태이 기자 = 사진 위쪽부터 라스트릿크루, 김루꾸밴드, 비트박서 잭브라이언(Jackbryan). [사진=감엔터테인먼트] 2026.10.08 taeyi427@newspim.com 시민도 직접 무대의 주인공이 될 수 있다. '시민과 함께하는 버스킹' 참가 희망자는 축제 공식 홈페이지를 통해 사전 신청할 수 있으며 개인 또는 팀 단위로 지원 가능하다. 신청자의 자기소개와 활동 경력, 희망 공연곡과 장르, 공연 영상 등을 종합적으로 검토해 참가자를 선정한다. 선정된 참가자는 '시민과 함께하는 버스킹' 무대에 참여하게 된다. 청년 뮤지션의 공연과 함께 시민에게도 직접 무대에 참여할 기회를 제공한다. 무대 밖에서는 공연과 함께 즐길 수 있는 체험 프로그램이 이어진다. '서울의 향을 찾아서'에서는 서울을 대표하는 핫플레이스 이미지를 향으로 구현해 시향한 뒤 원하는 향료를 더해 자신만의 맞춤 향수를 만들 수 있다. 여러 향을 직접 맡아보고 취향에 맞게 조합해 결과물을 만드는 방식이다. '한강 포토 스테이션'에서는 축제 현장의 즐거운 순간을 간직할 수 있도록 즉석 사진 인화 부스 '한강로 사진관'을 운영한다. 현장에서 촬영한 사진을 인화해 축제의 순간을 기록할 수 있도록 마련했다. [서울=뉴스핌] 정태이 기자 = 한강 포토 스테이션 [사진=감엔터테인먼트] 2026.10.08 taeyi427@newspim.com 음악과 한강의 풍경, 청춘에게 전하고 싶은 문장을 엽서에 적어 남기는 참여형 아카이브 프로그램 '한강 사운드 엽서'도 준비된다. 공연 관람에 더해 향수 제작과 사진, 엽서 등 다양한 방식으로 축제를 즐길 수 있도록 구성했다. 주최 측은 "청년 음악가들이 시민과 가까이에서 소통하고, 시민들도 공연과 체험에 직접 참여할 수 있는 축제를 준비하고 있다"며 "가을 한강에서 음악과 휴식을 함께 즐기는 특별한 하루가 되길 바란다"고 말했다. taeyi427@newspim.com 2026-10-13 06:33
사진
[APEC 도시 선전 미리 가보니] ⑤ [베이징=뉴스핌] 최헌규 베이징 특파원= 뒷자리에 앉아 보니 앞쪽 운전석과 조수석은 텅 비어 있었다. 운전대가 혼자서 빙글빙글 돌면서 자동차는 이리저리 복잡한 도로를 잘도 질주한다. 교차로 신호대기 앞에서는 부드럽게 속도를 줄이고, 차선을 바꿔야 할 때는 미리 방향을 틀었다. 마치 유령이 움직이듯 운전대가 저절로 돌아가는 모습은 공상과학 영화를 떠올리게 했다. 지난 10월 9일 중국 광둥성 선전시 난산구 난유 거리에서 체험한 바이두의 자율주행 로보택시 '뤄보콰이파오(萝卜快跑)'. 선전 난산구에서는 로봇이 운전하는 자동차가 이미 일상적인 교통수단으로 복잡한 시내 도로를 종횡무진 누빈다. 운행 테스트가 아니라 완전 무인 자율주행 자동차가 혼자 시내를 다니며 택시 영업을 하는 모습은 선전에서 더이상 낯설지 않다. 차량 안의 인공지능(AI) 비서는 사람 운전기사보다 친절한 목소리로 안전한 여행을 돕고 탑승객과 날씨 같은 간단한 대화를 주고받는다. 안전벨트를 착용하라는 안내부터 목적지에 도착하기 전 소지품을 챙기라는 당부까지, AI 비서는 승객을 챙기는 데 한 치의 소홀함도 없어 보인다. 스마트폰 호출부터… 인터넷 택시와 다를 바 없어 로보택시를 부르고 이용하는 방식은 생각보다 간단했다. 스마트폰에서 중국판 메신저 위챗을 열고 화면을 아래로 쓸어내리자 미니프로그램 형태로 뤄보콰이파오가 나타났다. 이를 클릭하자 일반 차량 호출 플랫폼과 다를 바 없는 화면이 열렸다. 목적지를 선전만 인근 인재공원 옆 식당가로 입력했다. 약 4㎞ 거리로, 예상 이동 시간은 10여 분이었다. [베이징=뉴스핌] 최헌규 베이징 특파원=중국 광둥성 선전시 난산구에서 운행중인 바이두 로보택시 뤄보콰이파오. 사진= 뉴스핌 통신사.  2026.10.15 chk@newspim.com 뤄보콰이파오 로보택시는 호출 후 약 3분 만에 도착했다. 일반 인터넷 차량 호출 서비스와 비교해도 대기 시간이 특별히 길지 않았다. 차량 뒷문 쪽에 부착된 버튼에 휴대전화 번호 뒷자리 네 개를 입력하자 뒷문이 열렸다. 차에 오른 뒤 AI 안내 방송에 따라 안전벨트를 매고 왼쪽 팔걸이에 설치된 작은 액정 화면을 터치하자 차량이 출발했다. 호출과 승차 확인, 출발 등 운행 전 과정에서 스마트폰과 차량 내 AI 비서의 안내에 따라 간단한 절차만 거치면 됐다. 1년여 전 베이징 이좡 뉴타운에서 뤄보콰이파오의 완전 무인 서비스를 이용했을 때와는 사뭇 달라진 모습이다. 당시에는 별도 앱을 설치한 뒤 하루 정도 인증 절차를 거쳐야 했다. 중국 현지 상황에 익숙하지 않은 외국인, 특히 여권으로 신원을 확인해야 하는 이용자에게는 진입 장벽이 높았다. 이제는 위챗의 미니프로그램을 통해 차량을 호출할 수 있어 절차가 훨씬 간편해졌다. 일반 차량 호출 서비스와 비교해 가장 두드러진 차이는 승하차 지점을 정확하게 지정해야 한다는 점 정도였다. 로보택시가 승객을 태우고 내릴 장소를 명확히 설정해야 원활한 운행이 가능하기 때문이다. 운전대는 스스로 움직이고, 급제동도 거의 없어 차량이 도로에 진입하자 무인 자율주행 로보택시의 진면목이 드러났다. 시내 주행 속도는 대체로 시속 40~50㎞ 수준을 유지했다. 교차로에 접근하면 미리 속도를 낮췄고, 차선을 바꾸거나 다른 차량의 움직임에 대응할 때도 당황하거나 서두르는 기색이 없었다. 특히 인상적인 것은 차선 변경이었다. 앞쪽 교차로에서 좌회전해야 하는 상황에서는 미리 여유를 두고 좌우와 전후의 교통 흐름을 살피면서 옆 차선으로 안전하게 진입했다. 끼어드는 차량이 있거나 주행 경로를 바꿔야 할 때도 급격하게 브레이크를 밟는 경우가 거의 없었다. [베이징=뉴스핌] 최헌규 베이징 특파원= 바이두의 로보택시 뤄보콰이파오. 사진=뉴스핌 통신사.   2026.10.15 chk@newspim.com 사람이 운전하는 택시에서는 운전자의 판단이나 운전 습관에 따라 가속과 감속이 거칠게 느껴질 때가 있다. 이날 이용한 바이두의 뤄보콰이파오 로보택시는 속도를 줄이고 높이는 과정이 매우 부드러웠다. 운전석에 사람이 없다는 사실을 잠시 잊을 만큼 승차감이 안정적이었다. 무인 자율주행 로보택시가 인간 운전자보다 안전하다고 단정할 수는 없다. 도로 상황과 날씨, 차량의 센서 및 인식 능력에 따라 주행 성능은 달라질 수 있다. 하지만 적어도 이날 선전의 도심 도로에서 경험한 로보택시는 복잡한 교통 흐름을 읽고 대응하는 능력이 상당한 수준이라는 인상을 줬다. 차량 내부에는 승객 편의를 위한 다양한 기능이 갖춰져 있다. 왼쪽 팔걸이의 작은 액정 화면은 음악을 고르거나 차량 내 기능을 조작할 수 있는 일종의 소형 컴퓨터였다. 승객의 불안감을 달래듯 AI 비서는 "겁내지 마세요", "안심하세요", "심호흡하면 도움 돼요"라고 말한다. 첨단 기술이 사람 없이 자동차를 움직이는 데 그치지 않고 승객의 심리까지 고려하는 방향으로 진화하고 있다는 느낌이다. 4㎞에 11위안… 가격 경쟁력까지 갖춘 무인택시 목적지에 가까워지자 차량은 남은 거리를 안내했다. 약 400m를 앞두고 AI 비서가 소지품을 잘 챙겨 내리라는 메시지를 전달했다. 도착 후 요금 화면에는 약 4㎞ 이동에 11위안(약 2200원)이 표시됐다. 로보택시 요금은 일반 인터넷 차량 호출 서비스보다 저렴하고, 전통적인 택시에 비해서는 훨씬 싸다. [베이징=뉴스핌] 최헌규 베이징 특파원= 선전의 시내 도로를 질주하는 바이두의 뤄보콰이파오 무인 로보택시. 사진=뉴스핌 통신사.   2026.10.15 chk@newspim.com 목적지에 도착했다는 안내를 듣고 오른쪽 문 옆 버튼을 손가락으로 터치했다. 문이 열리고 차에서 내린 뒤에도 차량은 한동안 출발하지 않았다. 주변 상황을 살피며 안전을 확인한 뒤 조용히 다음 행선지를 향해 멀어져 갔다. 로보택시는 더 이상 기술 박람회에서나 볼 수 있는 미래형 자동차가 아니었다. 스마트폰으로 호출하고, 뒷좌석에 앉아 목적지까지 이동한 뒤 요금을 결제하는 일련의 과정은 일반 택시와 크게 다르지 않았다. 달라진 것은 운전석에 사람이 없다는 사실뿐이었다. 중국의 첨단 기술 도시 선전에서는 로보택시가 일상적인 교통수단으로 자리 잡아가고 있다. 여러 기업이 선전의 다양한 구에서 로보택시 서비스를 운영하고 있다. 기자가 체험한 바이두의 뤄보콰이파오는 난산구에서 운행하고 있으며, 인근 바오안구에서는 샤오마즈싱(小马智行·포니AI)의 자율주행차가 운행된다. 중국은 베이징과 상하이, 광저우, 선전 등 여러 도시에서 로보택시 시범 운행과 상용화를 확대하고 있다. 이 가운데 선전은 전기차와 배터리, 드론, 통신, 인공지능 기업이 집적된 도시답게 자율주행 기술을 실제 생활에 접목하는 데 적극적이다. 선전의 로보택시는 올초만해도 1200대 정도였으나 6월 기준 최대 2000대 까지 증가했다. 혁신도시 선전은 불과 4년 뒤인 2030년까지 자율주행 로보택시 운행 차량을 1만 대로 늘린다는 계획을 발표했다. 운전자 없이 소프트웨어와 스마트 센서, AI의 결합만으로 도로를 달리는 무인 자동차가 도시 교통의 한 축이자 일상적인 이동수단으로 확실하게 자리 잡는다는 얘기다. [베이징=뉴스핌] 최헌규 베이징 특파원 chk@newspim.com 2026-10-15 17:13
기사 번역
결과물 출력을 준비하고 있어요.
종목 추적기

S&P 500 기업 중 기사 내용이 영향을 줄 종목 추적

결과물 출력을 준비하고 있어요.

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.
안다쇼핑
Top으로 이동