전체기사 최신뉴스 GAM
KYD 디데이
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
李대통령 국정지지율 61% [한국갤럽] [서울=뉴스핌] 박찬제 기자 = 이재명 대통령의 국정 지지율이 소폭 상승해 61%를 기록했다는 여론조사 결과가 23일 나왔다. 한국갤럽은 지난 20~22일 전국 만 18살 이상 유권자 총 1000명을 대상으로 진행한 조사에서 이 대통령의 직무수행 평가에 '잘하고 있다'며 답한 응답자는 지난주보다 3%포인트(p) 오른 61%로 나타났다. '잘못하고 있다'는 부정 평가는 직전 조사보다 2%p 줄어든 30%로 조사됐다. '의견 없음'은 10%다. 이재명 대통령이 21일 청와대에서 신년 기자회견을 하면서 언론 질문에 답하고 있다. [사진=청와대] 이 대통령 직무 수행의 긍정적 이유는 외교가 27%로 가장 높았다. 뒤이어 '경제·민생'이 14%, '소통'이 8%였다. 부정적 평가 이유로는 '경제·민생'이 22%, '독재·독단'과 '전반적으로 잘못한다'가 각각 7%를 차지했다. '도덕성문제·본인 재판 회피(6%)', '과도한 복지·민생지원금(5%)' 등의 이유도 있었다. 정당 지지도는 여당인 더불어민주당이 2%p 오른 43%, 국민의힘은 2%p 하락한 22%로 조사됐다. 조국혁신당은 3%, 개혁신당 2%, 진보당 1%였다. 무당층은 27%다.이번 조사는 이동통신 3사가 제공한 무선전화 가상번호를 무작위로 추출해 전화조사원이 인터뷰하는 방식으로 이뤄졌다. 표본오차는 95% 신뢰수준에서 ±3.1%포인트다. 응답률은 12.3%다. 자세한 내용은 중앙여론조사심의위원회 홈페이지에서 확인할 수 있다. pcjay@newspim.com 2026-01-23 10:51
사진
한덕수 징역 23년 선고...법정구속 [서울=뉴스핌] 홍석희 박민경 기자 = 윤석열 전 대통령의 내란 행위 방조 등 혐의로 재판에 넘겨진 한덕수 전 국무총리가 21일 1심에서 징역 23년을 선고받았다. 법원은 12·3 비상계엄을 "윤석열 전 대통령의 친위 쿠데타"로 규정하며 조은석 특별검사팀이 구형한 징역 15년을 훌쩍 뛰어넘는 중형을 선고했다. 서울중앙지법 형사합의33부(재판장 이진관)는 이날 내란우두머리방조·내란중요임무종사·위증 등 혐의를 받는 한 전 총리에게 징역 23년을 선고하고, 증거 인멸을 우려로 법정 구속했다. 검정색 정장, 흰색 셔츠에 청록색 넥타이를 매고 법정에 나온 한 전 총리는 재판부가 판결문을 읽는 동안 허리를 꼿꼿이 세우고 무표정으로 앉아 있었다. [서울=뉴스핌] 류기찬 기자 = 한덕수 전 국무총리가 21일 오후 서울 서초구 서울중앙지방법원에서 열린 내란 방조 및 내란 중요임무 종사 혐의 관련 1심 선고 공판에 출석하고 있다. 2026.01.21 ryuchan0925@newspim.com 재판부는 한 전 총리의 내란중요임무종사 혐의에 대해 유죄로 판단하면서 "12·3 비상계엄 선포와 이에 근거해 위헌·위법한 포고령을 발령하고, 군 병력을 동원해 국회 등을 점거한 행위는 형법상 내란 행위에 해당한다"고 판시했다. 재판부는 한 전 총리가 계엄 직전 국무회의의 절차적 요건을 갖추는 방식으로 내란의 중요한 임무를 종사했다고 봤다. 재판부는 "피고인은 윤석열에게 비상계엄에 대한 우려를 표했을 뿐, 반대한다고 말하지 않았다"며 "추가 소집한 국무위원들이 도착했음에도 윤석열에게 반대하거나, (국무위원들에게) 반대 의사를 표시하라고 말하지 않았다"고 했다. 재판부는 한 전 총리가 이상민 전 행정안전부 장관에게 특정 언론사 단전·단수를 이행하도록 함으로써 내란에 중요한 임무에 종사했다고도 판단했다. 또한 비상계엄 선포 및 포고령 발령과 관련해 한 전 총리에게 국헌 문란의 목적이 있다고 봤다. 재판부는 "피고인은 윤석열이 비상계엄을 하고 군 병력을 동원해 국회의 권능을 불가능하게 해 폭동을 일으킬 것을 충분히 예상할 수 있었다"고 지적했다. 재판부는 또한 사후 선포문과 관련해 허위공문서 작성 혐의, 대통령 기록물 관리법 위반, 공용서류 손상을 유죄로 판단했으며 허위공문서 행사 혐의에 대해서는 무죄로 봤다. 재판부는 양형과 관련해 설시하면서 윤 전 대통령의 비상계엄 선포에 대해 강도 높게 비판했다. 재판부는 "12·3 내란은 윤석열과 추종세력에 의한 위로부터의 내란 행위, 친위 쿠데타"라며 "위로부터의 내란은 위헌성 정도가 아래로부터의 내란과 비교할 수 없다"고 지적했다. 이어 "12·3 내란 과정에서 사망자가 발생하지 않았고 내란 행위는 4시간 만에 종료했으나 무장 군인에 맨몸으로 맞선 국민의 용기에 의한 것"이라며 "더불어 국민의 저항에 바탕해 국회에 진입해 계엄 해제 요구안을 (가결한) 일부 정치인의 노력과 위법에 저항하거나 소극적으로 참여한 일부 군경에 의한 것"이라고 부연했다. 재판부는 "피고인은 국무총리로서 헌법과 법률을 준수해야 할 의무가 있음에도 (내란이) 성공할지도 모른다는 사실에 이를 외면하고 일원으로서 가담했다"며 "2회 공판에서 내란 행위에 대한 법적 평가가 필요하다고 했다가, CCTV 재생 등으로 범죄사실이 탄로나자 마지 못해 최후진술에서 반성한다고 했지만 진정성을 보기 어렵다. 진지하게 반성했다고 볼 수 없다"고 했다. [서울=뉴스핌] 류기찬 기자 = 한덕수 전 국무총리가 21일 오후 서울 서초구 서울중앙지방법원에서 열린 내란 방조 및 내란 중요임무 종사 혐의 관련 1심 선고 공판에 출석하고 있다. 2026.01.21 ryuchan0925@newspim.com 재판부가 "피고인을 징역 23년에 처한다"고 주문을 읽자 한 전 총리는 별다른 표정 변화 없이 "재판장님 결정에 겸허하게 따르도록 하겠다"고 말했다. 이어 한 전 총리 측 변호인이 "도주 가능성이 없고 구속되면 항소심과 대법원의 재판 진행에 있어 방어권에 장애가 생긴다"고 했으나, 재판부는 "도주 우려가 있다"며 법정 구속했다. 이날 재판부가 12·3 비상계엄에 대해 "형법상 내란 행위에 해당한다"는 것을 뛰어넘어 "윤석열과 추종세력에 의한 친위 쿠데타"라고 규정하면서, 내란우두머리 혐의를 받는 윤 전 대통령의 유죄 가능성은 더욱 짙어졌다. 앞서 조은석 특별검사팀은 지난해 11월 26일 결심 공판에서 "피고인은 이 사건 내란 사태를 막을 수 있는 사실상 유일한 사람임에도 국민 전체의 봉사자로서 의무를 저버리고 계엄 선포 전후 일련의 행위를 통해 내란 범행에 가담했다"며 한 전 총리에게 징역 15년을 구형했다. 장우성 특별검사보는 선고 직후 기자들과 만나 "재판부의 판단에 경의를 표한다"며 "(항소 여부는) 특검과 회의해본 다음에 말씀드리겠다"고 밝혔다. 한 전 총리는 국정 2인자인 국무총리로서 대통령의 독단적 권한 행사를 견제해야 할 의무가 있음에도, 윤 전 대통령의 위헌·위법한 비상계엄 선포를 막지 않고 방조한 혐의 등을 받는다. 재판 진행 중에 재판부의 요청에 따라 내란중요임무종사 혐의도 추가됐다. 또한 계엄이 해제된 최초 계엄 선포문의 법률적 결함을 보완하기 위해 사후 선포문을 작성·폐기한 혐의와 헌법재판소의 윤 전 대통령 탄핵심판 변론에 증인으로 출석해 '계엄 선포문을 인지하지 못했다'는 취지로 위증한 혐의도 받는다. hong90@newspim.com 2026-01-21 15:51
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