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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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스페인, 아르헨 꺾고 월드컵 우승 [서울=뉴스핌] 박상욱 기자 = '무적함대' 스페인이 '축구의 신' 리오넬 메시를 울리며 세계 축구 정상을 탈환했다. 스페인은 20일(한국시간) 미국 뉴욕 뉴저지 스타디움에서 열린 2026 북중미 월드컵 결승전에서 연장 후반 1분에 터진 페란 토레스의 결승골로 아르헨티나를 1-0으로 꺾었다. 스페인은 2010 남아공 월드컵 이후 16년 만에 사상 두 번째 월드컵 우승을 달성하며 역대 7번째로 월드컵 2회 이상 우승국 반열에 올랐다. 반면 디펜딩 챔피언 아르헨티나는 타이틀 방어에 실패했다. 메시의 통산 6번째이자, 사실상 그의 월드컵 '라스트 댄스'도 눈물로 막을 내렸다. 스페인은 여자 월드컵(2023년 우승)과 남자 월드컵 우승 트로피를 모두 보유하는 최초의 국가가 됐다. 유럽의 역대 우승 횟수는 13회로 늘었다. 남미는 10회다. 스페인은 우승 상금 5000만 달러(약 745억원), 아르헨티나는 3300만 달러를 받는다. [이스트 러더퍼드 로이터=뉴스핌] 박상욱 기자=아르헨티나의 리오넬 메시가 20일(한국시간) 북중미 월드컵 결승 스페인과 아르헨티나의 경기 연장전에서 골을 허용하자 아쉬운 표정을 짓고있다. 2026.7.20 psoq1337@newspim.com 경기 초반부터 양 팀은 강력한 압박과 정교한 빌드업으로 맞붙었다. 전반 5분 스페인의 '19세 초신성' 라민 야말이 다니 올모와 패스를 주고받은 뒤 왼발 슈팅으로 포문을 열었으나 에밀리아노 마르티네스 골키퍼의 선방에 막혔다. 아르헨티나도 곧바로 메시의 배후 침투로 반격했으나, 우나이 시몬 골키퍼가 빠르게 뛰어나와 공을 걷어냈다. 이후 주도권은 서서히 스페인 쪽으로 넘어갔다. 스페인은 유기적인 패스 워크와 즉각적인 전방 압박으로 아르헨티나를 몰아붙였다. 아르헨티나는 전반 44분 핵심 수비수 리산드로 마르티네스가 허벅지 부상으로 쓰러져 니콜라스 오타멘디와 교체되는 악재까지 맞았다. 아르헨티나는 전반 동안 단 1개의 슈팅도 기록하지 못했다. [이스트 러더퍼드 로이터=뉴스핌] 박상욱 기자=아르헨티나 선수들이 20일(한국시간) 북중미 월드컵 결승 스페인과 아르헨티나의 경기 연장전에서 골을 허용하자 낙심하고 있다. 2026.7.20 psoq1337@newspim.com 월드컵 역사상 최초로 열린 대규모 하프타임 쇼에서는 마돈나에 이어 한국의 방탄소년단(BTS)이 등장해 인기곡 '다이너마이트'를 부르며 전 세계 팬들을 열광시켰다. 저스틴 비버와 샤키라의 공연까지 이어지며 축제 분위기를 고조시켰다. [이스트 러더퍼드 로이터=뉴스핌] 박상욱 기자=그룹 방탄소년단(BTS)가 20일(한국시간) 북중미 월드컵 결승 스페인과 아르헨티나의 경기 하프타임 쇼에서 공연을 펼치고 있다. 2026.7.20 psoq1337@newspim.com 후반전에도 스페인의 공세는 계속됐다. 아르헨티나는 후반 시작과 함께 미드필더 니코 곤살레스를 빼고 레안드로 파레데스를 투입하며 중원 싸움을 걸었다. 하지만 로드리를 중심으로 한 스페인의 정교한 빌드업을 제어하지 못했다. 스페인은 후반 17분 미켈 오야르사발과 파비안 루이스 대신 페란 토레스와 페드리를 투입해 공격을 강화했다. 후반 22분 야말의 크로스에 이은 토레스의 헤더와 후반 32분 파우 쿠바르시의 강력한 중거리 슈팅 등 결정적인 기회가 이어졌으나, 모두 아르헨티나의 마르티네스 골키퍼 선방에 걸렸다. [이스트 러더퍼드 로이터=뉴스핌] 박상욱 기자=스페인의 페란 토레스가 20일(한국시간) 북중미 월드컵 결승 스페인과 아르헨티나의 경기 연장전에서 결승골을 터뜨리고 환호하고 있다. 2026.7.20 psoq1337@newspim.com 정규시간 종료 직전 큰 변수가 발생했다. 후반 추가시간 아르헨티나의 핵심 미드필더 엔소 페르난데스가 쿠바르시에게 거친 반칙을 범해 경고 누적으로 퇴장당했다. 아르헨티나는 수적 열세에 처했다. 이어진 프리킥 상황에서 야말의 날카로운 슈팅마저 마르티네스 골키퍼가 몸을 날려 막아내며 경기는 0의 균형을 깨지 못한 채 연장전으로 돌입했다. 전·후반 90분 동안 슈팅 수 14대0이 말해주듯 스페인이 일방적으로 압도한 흐름이었다. 연장전에서도 스페인의 공세가 이어졌다. 연장 전반 6분 니코 윌리엄스가 골망을 흔들었으나, 앞선 과정에서 미켈 메리노의 반칙이 선언돼 득점이 취소됐다. 아르헨티나는 공격수 훌리안 알바레스를 빼고 수비수 마르코스 세네시를 투입하며 대놓고 승부차기를 노리는 수비 전략으로 버텼다. [이스트 러더퍼드 로이터=뉴스핌] 박상욱 기자=라민 야말 등 스페인 선수들이 20일(한국시간) 북중미 월드컵 결승 스페인과 아르헨티나의 경기 연장전에서 골을 넣은 페란 토레스를 끌어 안고 기뻐하고 있다. 2026.7.20 psoq1337@newspim.com 철통같던 아르헨티나의 방어벽은 연장 후반 시작과 동시에 무너졌다. 연장 후반 1분 페드로 포로가 오른쪽에서 길게 올린 크로스를 윌리엄스가 문전에서 헤더 백패스로 연결했다. 뒤에서 문전으로 쇄도하던 토레스가 이를 강력한 왼발 슈팅으로 연결해 아르헨티나 골문 상단을 꿰뚫었다. 대회 내내 이어진 마르티네스 골키퍼의 선방 쇼를 끝내는 한 방이었다. [이스트 러더퍼드 로이터=뉴스핌] 박상욱 기자=스페인 선수들이 20일(한국시간) 북중미 월드컵 결승 스페인과 아르헨티나의 경기 연장전에서 골을 넣은 페란 토레스와 기쁨을 나누고 있다. 2026.7.20 psoq1337@newspim.com [이스트 러더퍼드 로이터=뉴스핌] 박상욱 기자=아르헨티나를 꺾고 우승한 스페인의 로드리가 20일(한국시간) 월드컵 우승 트로피를 들어 올리며 동료들과 환호하고 있다. 도널드 트럼프 미국 대통령이 시상식에서 박수를 보내고 있다. 2026.7.20 psoq1337@newspim.com 실점한 아르헨티나는 뒤늦게 반격에 나섰다. 연장 후반 12분 메시가 페널티 박스 바깥에서 아르헨티나의 경기 첫 번째 슈팅을 날렸으나 메리노의 얼굴에 맞고 굴절됐다. 연장 후반 막판 코너킥 상황에서는 흘러나온 공을 줄리아노 시메오네가 페널티 박스 중앙에서 결정적인 오른발 슈팅으로 연결했으나 골대 위로 벗어났다. 수적 열세를 극복하지 못한 아르헨티나는 끝내 동점골을 터뜨리지 못했다. 이번 대회 월드컵 결승 무대에 오른 역대 최고령 필드 플레이어 기록을 메시가 39세 25일로 새로 썼다. 스웨덴의 군나르 그렌이 보유한 종전 기록 37세 241일을 경신했다. 야말은 쿠바르시(이상 19세)와 함께 20세 미만 월드컵 최다 7경기 출전 타이기록을 세웠다. 이 기록을 단독으로 보유했던 음바페와 동률이다. psoq1337@newspim.com 2026-07-20 07:14
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신진서, AI 카타고에 첫 패배 안기다 [서울=뉴스핌] 한지용 기자 = 세계 최강 프로기사 신진서 9단이 인공지능(AI) 카타고의 벽을 넘었다. 신진서는 19일 서울 중구 한국경제TV 스튜디오에서 열린 쎈수학·한경 기신전 2국에서 바둑 AI 카타고를 상대로 290수 만에 흑 4집 반 승리를 거뒀다. [서울=뉴스핌] 생성형 AI가 제작한 AI '카타고(KataGo)'와 신진서 9단 기신전(棋神戰) 3번기 일러스트. [그래픽:CHAT GPT] 이로써 신진서는 지난 17일 1국 패배를 설욕하고 승부를 1승 1패 원점으로 돌렸다. 최종 승자는 3국에서 가려진다. 이번 승리는 2점 접바둑으로 치러졌지만 의미가 작지 않다. 신진서는 현존 최고 성능의 바둑 AI로 평가받는 카타고를 공식 대국에서 꺾은 첫 프로기사가 됐다. 카타고는 그동안 프로기사들과의 연습 대국에서 2점 핸디캡을 주고도 압도적인 모습을 보여왔다. 3점으로 버티는 기사도 많지 않았고, 4점을 놓고도 패하는 사례가 있었다. 신진서는 이날 초반부터 두텁게 판을 짜며 자신이 준비한 흐름으로 대국을 끌고 갔다. 신진서는 160수까지 우세를 유지하며 안정적으로 판을 운영했다. 카타고는 중앙에서 전투를 걸며 반격을 시도했지만, 신진서는 침착하게 대응했다. 승부처에서도 흔들리지 않았다. 신진서는 192수와 194수로 카타고를 압박하며 다시 흐름을 가져왔다. 이후 카타고가 재차 중앙에서 변화를 만들었지만, 신진서는 자신의 구상을 지키며 끝내 리드를 내주지 않았다. 10년 전 이세돌 9단은 알파고와 호선 대국에서 역사적인 1승(4패)을 거뒀다. 이후 AI의 기력이 비약적으로 발전한 상황에서 나온 신진서의 2점 접바둑 승리도 인간 기사에게 의미 있는 성과로 평가된다. 신진서는 이번 대국 승리로 승리 수당 5000만원도 확보했다. 대국은 3번기로 진행되며, 신진서가 2승 이상을 거두면 부상으로 제네시스 G90을 받는다. football1229@newspim.com 2026-07-19 15:41
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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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