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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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검찰 수사권, 72년만에 막 내려 [서울=뉴스핌] 박찬제 기자 = 정부가 4일 국무회의에서 검사의 보완수사권 폐지를 핵심으로 한 형사소송법 개정안을 심의·의결했다. 1954년 형사소송법 제정 이후 72년간 이어졌던 검사의 수사권은 완전히 사라지게 됐다. 이재명 대통령은 이날 청와대에서 34차 국무회의를 주재하며 이같은 내용을 담은 형소법 개정안을 원안대로 심의·의결했다. 이를 포함해 25건의 법률공포안이 국무회의를 통과했다. 형소법 개정안은 검사의 직접 수사와 보완수사권을 전면 금지하는 내용이 핵심이다. 검사는 사법경찰관에게 보완수사를 요구할 수 있는 권한만 갖는다.  이재명 대통령이 4일 청와대에서 34회 국무회의를 주재하며 발언하고 있다. 2026.08.04 [사진=KTV] ◆중대한 위법수사·소추재량권 현저 일탈 '공소기각'  보완수사를 요구 받은 경찰은 요구받은 날로부터 1개월 안에 보완수사를 마치고 그 결과를 검사에게 알려야 한다. 수사 기간은 필요에 따라 최대 1개월 연장할 수 있다. 수사 과정에서의 모든 자료는 형사사법정보시스템(KICS)에 기록해야 한다. 범죄 피해자 보호를 위한 장치도 추가했다. 경찰이 사건을 불송치할 경우 고소인이나 피해자, 고발인이 이의를 신청할 수 있도록 했다. 이에 필요한 사건 기록 열람·등사 권한도 부여했다. 개정 형사소송법에는 ▲중대한 위법수사에 기해 공소가 제기됐을 때 ▲소추재량권을 현저히 일탈해 공소가 제기됐을 때 법원의 공소기각 판결 사유로 추가했다. 이같은 내용의 개정 형소법은 중대범죄수사청(중수청)과 공소청이 출범하는 10월 2일에 맞춰 함께 시행된다. 이 대통령은 그간 검찰의 보완수사권은 범죄 피해자 보호를 위해 예외적으로 존치할 필요가 있다는 입장을 견지하며 충분한 숙의를 요청했었다. 하지만 보완수사권 폐지가 당·정·청 불화와 집권 여당인 더불어민주당 내 계파 갈등으로 번지자 논의를 당에 맡겼다.  이후 민주당이 당론으로 보완수사권 폐지를 의결하고 국회 본회의에서 처리함에 따라 이 대통령은 재의요구권(거부권) 행사 없이 개정 형소법을 원안 그대로 심의·의결했다. 이재명 대통령이 4일 청와대에서 34회 국무회의를 주재하며 발언하고 있다. 2026.08.04 [사진=KTV] ◆집권 여당 민주당 8·17 전당대회 진행 중 전격 처리  특히 민주당의 차기 지도부를 선출하는 8·17 전당대회가 진행되는 상황에서 민주당의 강경 지지층 사이에서 보완수사권 전면 폐지 목소리가 컸다.  이에 따라 친명(친이재명) 김민석 당대표 후보에 부정적인 영향을 미칠 수 있다는 관측 속에 이날 보완수사권 전면 폐지를 골자로 한 형소법 개정안이 국무회의를 통과했다.  이 대통령은 이날 법안 심의 전 모두발언에서 "이 법률안이 위헌과 집행 불능, 국익 위배, 행정부 고유권한 침해 등 국회의 입법권을 부정할 만큼 심각한 상황이라고 보기는 어렵다"며 "거부권(재의요구권) 행사라고 하는 게 의견이 다르다고 할 수 있는 것은 아니다"라고 명확히 선을 그었다.  이 대통령은 "삼권분립 원칙에 따라 상대의 권한 행사 자체가 삼권분립에 위배되거나 헌정 질서에 위반된다고 해야 상대의 권한과 권능을 부정할 수 있다는 게 헌법학회 의견"이라며 "지금 상태로는 입법권을 부정할 정도에 이른다고 보기 어렵다"고 거부권 행사 불가 이유를 설명했다.   이날 국무회의에선 9회 지방선거 투표용지 부족 사태와 관련해 국민참정권 침해 의혹 진상규명을 위한 특별검사 임명에 관한 법률안(선관위 특검법)도 의결했다. 지난 6·3 지방선거에서 발생한 투표용지 부족 사태를 비롯한 선거관리 부실 의혹 진상을 규명하기 위한 특검이다. 특별검사는 국민추천위원회를 통해 추천된다. 특검팀은 모두 165명 안팎 규모로 꾸려지며 준비 기간을 포함해 최장 170일간 활동할 수 있다. pcjay@newspim.com 2026-08-04 14:21
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서울 첫 폭염중대경보 [서울=뉴스핌] 유재선 기자 = 서울 전역에 사상 처음으로 폭염중대경보가 내려지는 등 극심한 폭염이 수도권과 전라권 곳곳으로 확산하고 있다. 기상청은 4일 오전 11시를 기해 서울 전역에 폭염중대경보를 발효했다. 서울에 폭염중대경보가 내려진 것은 이번이 처음이다. [서울=뉴스핌] 장동규 기자 = 서울 전역에 '폭염중대경보'가 내려진 4일 서울 여의도 버스환승센터 앞 도로에 아지랑이가 피어오르고 있다. 2026.08.04 jk31@newspim.com 경기(고양·안성·파주남부·용인동북부·용인서북부·여주동남부·여주서부·오산·하남), 전북 전주, 전남(장성·곡성북부·곡성남부·순천·보성·여수·광양), 광주(광주동부) 등 수도권과 전라권 곳곳에도 폭염중대경보가 발효된 상태다. 폭염중대경보는 올해 신설된 폭염특보의 최상위 단계다. 일 최고체감온도가 35도 이상인 날이 이틀 이상 관측된 지역에서 하루라도 최고체감온도 38도 이상 또는 최고기온 39도 이상이 예상될 때 발표된다. 이날 오후 1시 기준 폭염중대경보 발효지역 일최고기온은 ▲가남(여주) 37.9도 ▲기흥구갈(용인) 37.5도 ▲금천(서울) 37.3도 ▲서운(안성) 37.3도 ▲광명노온 37.1도 등이다. 전라권에서도 ▲완산(전주) 37.9도 ▲조선대 38.3 ▲광양읍 38.0 ▲황전(순천) 37.7 ▲석곡(곡성) 37.3 ▲여수공항 37.1 ▲광주 36.7도까지 기온이 치솟았다. 기상청은 폭염중대경보가 내려진 지역에서는 필수 업무 외 모든 야외활동 즉시 중단을 권고하고 있다. 또 무더위쉼터와 그늘 등 시원한 곳으로 즉시 이동하고 수분을 충분히 보충하라고 권하고 있다. jason14@newspim.com 2026-08-04 13:49
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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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