전체기사 최신뉴스 GAM
KYD 디데이
산업 생활경제

[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
지귀연, 尹 내란 선고 후 북부지법行 [서울=뉴스핌] 이바름 기자 = 윤석열 전 대통령의 내란 혐의 재판을 심리 중인 지귀연 부장판사가 이달 말 서울북부지법으로 전보된다. 이른바 '3대 특검(내란·김건희·채상병)'이 기소한 사건을 맡고 있는 이진관·백대현·우인성 부장판사는 서울중앙지법에 남는다. 대법원은 6일 지방법원 부장판사 이하 법관 1003명에 대한 정기인사를 실시했다. 오는 23일자로 시행되는 이번 인사는 지방법원 부장판사 561명, 지방법원 판사 442명 등이 대상이다. [서울=뉴스핌] 사진공동취재단 = 지귀연 부장판사가 21일 서울 서초동 서울중앙지법에서 열린 윤석열 전 대통령의 내란 우두머리 혐의 형사재판 두 번째 공판에서 취재진들의 퇴장을 명령하고 있다. 2025.04.21 photo@newspim.com 지귀연 부장판사는 이번 인사에서 서울북부지법으로 자리를 옮긴다. 지 부장판사는 윤 전 대통령의 내련 혐의 심리를 맡아왔으며, 이 사건은 오는 19일 1심 선고기일만 남겨두고 있다. 한덕수 전 국무총리의 내란 우두머리 방조 등 혐의 재판에서 징역 23년을 선고한 이진관 부장판사는 서울중앙지법에 남는다. 윤 전 대통령의 체포방해 혐의 재판에서 징역 5년을 선고한 백대현 부장판사, 김건희 여사에게 징역 1년 8개월을 선고한 우인성 부장판사도 잔류한다. 3대 특검이 기소한 사건들을 심리한 재판장들 가운데 지 부장판사만 자리를 옮기게 됐다. 한편 이번 정기인사에서는 132명의 법관이 지법 부장판사로 신규 보임됐다. 여성법관 비율은 45.5%(60명)이다. 연수원 40기 판사들이 처음으로 지법 부장판사로 보임된 점이 특징이다. [서울=뉴스핌] 사진공동취재단 = 이진관 부장판사가 30일 서울 서초구 서울중앙지법에서 열린 한덕수 전 국무총리 내란 우두머리 방조 및 위증 등 혐의 사건 첫 재판을 심리하고 있다. 2025.09.30 photo@newspim.com 대법원은 이번 인사에서 비재판보직에 대한 개편을 진행했다. 대법원 재판연구관 근무시기를 유연화하고, 보다 많은 법관에게 상고심 근무 기회를 부여하기 위하여 지법 부장판사에 대한 재판연구관 보임을 확대했다. 재판중계, 재판지원 AI 도입 등 사법제도 관련 과제 추진을 위해 법원행정처 기획조정실에 기획조정심의관 1명을 증원했다. 서울남부지법 김기홍 판사가 겸임한다. 사법인공지능정책 수립을 위해 사법인공지능심의관 1명도 신설했다. 이강호 천지방법원·인천가정법원 부천지원 판사가 해당 직을 수행한다. 신임법관 연수 및 법학전문대학원 강의 지원의 효율성과 전문성 제고를 위해 사법연수원 교수 1명도 증원했다. 퇴직 법관은 45명으로, 70~80명 규모였던 과거에 비해 절반 가까이나 줄었다. 퇴직자가 줄어든 이유로 '스마트워크' 제도의 안착이라는 평가가 나온다. 스마트워크는 재판이 없는 날 근무지가 아닌 법원에서 일할 수 있도록 하는 원격근무 제도다. 대법원은 지난해부터 주 2회 원격근무할 수 있도록 제도를 시행하고 있다. right@newspim.com 2026-02-06 15:20
사진
'50억 클럽' 곽상도 1심 공소기각 [서울=뉴스핌] 홍석희 박민경 기자 = 법원이 대장동 민간 업자들로부터 퇴직금 명목으로 50억 원을 받아 은닉한 혐의로 기소된 곽상도 전 국민의힘 의원에 대한 공소를 기각했다. 아들 곽병채 씨는 무죄를 선고받았다. 서울중앙지법 형사합의23부(재판장 오세용)는 6일 오후 범죄수익은닉규제법 위반 등 혐의로 기소된 곽 전 국민의힘 의원과 특정범죄가중처벌 등에 관한 법률 위반(뇌물) 혐의로 기소된 아들 곽 씨에게 각각 공소 기각과 무죄를 선고했다. 법원이 대장동 민간 업자들로부터 퇴직금 명목으로 50억 원을 받아 은닉한 혐의로 기소된 곽상도 전 국민의힘 의원에 대한 공소를 기각했다. 사진은 곽상도 전 국민의힘 의원. [뉴스핌DB] 재판부는 "선행 사건과 사실상 동일한 내용에 대해 다시 판단을 받게 하는 것으로, 무죄를 뒤집기 위한 자의적인 공소권 행사"라며 "실질적으로 동일한 사안에 대해 1심 판단을 두 번 받는 실질적 불이익을 받은 만큼 공소권 남용에 해당한다"고 판시했다. 또 재판부는 "곽병채가 곽상도 전 의원의 직무와 관련해 금품을 수수하기로 명시적·묵시적으로 공모했다고 보기 어렵고, 기능적 행위 지배도 인정되지 않는다"며 "제출된 증거만으로는 합리적 의심의 여지 없이 범죄 사실이 증명되었다고 보기 어렵다"고 밝혔다. 재판부는 다만 화천대유자산관리(화천대유) 대주주 김만배 씨의 특가법상 알선수재 방조, 정치자금법 위반 등 혐의는 유죄로 인정해 벌금 500만 원을 선고했다. 재판부는 "화천대유 관련 자금이 곽 전 의원에게 후원금 명목으로 기부된 것으로 평가할 수 있다"며 유죄로 판단했다. 양형과 관련해 재판부는 "알선수재 방조는 공무 집행의 공정성과 사회적 신뢰를 저해하는 범죄이고, 정치자금법 위반 역시 정치 자금의 투명성을 훼손해 죄책이 가볍지 않다"고 설명했다. 곽 전 국민의힘 의원은 1심 선고 직후 서울중앙지법 서관에서 "1차 수사로 기소돼 무죄를 선고받았고, 2차 수사로 기소돼 오늘 공소 기각 판결을 받기까지 5년이라는 시간이 흘렀다"며 "그 사이 잃어버린 명예와 모든 것들에 대해 어떤 방식으로 보상받아야 할지 답답하다"고 입장을 밝혔다. 앞서 검찰은 아들 곽 씨에게 징역 9년을 구형했다. 또한, 수수한 뇌물 액수의 2배에 해당하는 벌금 50억 1000여 만 원과 추징금 25억 5000여 만 원을 명령했다. 곽 전 국민의힘 의원에게는 징역 3년을 구형했다. 이들과 함께 기소된 화천대유자산관리(화천대유) 대주주 김 씨에게는 범죄수익 은닉 혐의와 관련해 징역 2년, 알선수재 및 정치자금법 위반 혐의와 관련해 징역 2년을 구형했다. 한편, 곽 전 국민의힘 의원은 2021년 4월 대장동 사업 과정에서 김 씨로부터 하나은행 컨소시엄 이탈 방지 청탁 알선 대가 및 국회의원 직무 관련 뇌물로 약 25억 원 상당을 수수하면서 이를 화천대유 직원이던 곽 씨의 퇴직금과 성과급으로 가장, 은닉한 혐의를 받는다. 아들 곽 씨는 곽 전 국민의 힘 의원의 25억 원 상당의 뇌물 수수에 공모했다는 의혹과 관련해 특가법상 뇌물 혐의를 받는다. pmk1459@newspim.com   2026-02-06 15:52
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