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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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KT, 롯데 꺾고 5년 만에 정규시즌 우승 *AI를 활용해 정리한 경기 내용입니다. 상단의 'AI MY 뉴스' 로그인을 통해 뉴스핌의 차세대 AI 콘텐츠 서비스를 활용해보기 바랍니다. [서울=뉴스핌] 한지용 기자 = 프로야구 KT 위즈가 로건 앨런의 8이닝 무실점 역투와 장준원의 멀티홈런에 힘입어 롯데 자이언츠를 완파하고 5년 만에 정규시즌 정상에 올랐다. KT는 5일 수원 KT위즈파크에서 열린 2026 신한 SOL KBO리그 정규시즌 롯데와의 홈경기에서 9-0으로 승리했다. [서울=뉴스핌] KT의 좌완 외국인 선발 투수 로건 앨런. [사진=KT 위즈] 6연승을 달린 KT는 시즌 86승 5무 49패를 기록했다. 같은 날 2위 삼성 라이온즈가 두산 베어스에 패하면서 KT는 남은 경기 결과와 관계없이 정규시즌 1위를 확정했다. KT가 정규시즌 우승을 차지한 것은 통합우승을 달성했던 2021년 이후 5년 만이자 구단 통산 두 번째다. 한국시리즈 직행 티켓도 손에 넣으면서 두 번째 통합우승에 도전하게 됐다. KT는 1회말부터 롯데 마운드를 거세게 몰아붙였다. 1사 후 최원준이 좌전 2루타를 날렸고, 김현수가 우전 안타로 출루해 1, 3루를 만들었다. 이어 샘 힐리어드가 우전 적시 2루타를 터뜨려 선취점을 뽑았다. 장성우가 볼넷을 골라 만루가 된 뒤 김상수가 좌전 2타점 2루타를 날렸다. KT는 단숨에 3-0으로 앞섰다. 공격은 계속됐다. 허경민의 땅볼로 2사 2, 3루가 된 뒤 한승택이 3루수 방면 적시 내야안타를 기록해 한 점을 더 보탰다. 이어 장준원이 롯데 선발 김진욱을 상대로 왼쪽 담장을 넘기는 3점 홈런을 터뜨렸다. 장준원의 시즌 6호포였다. KT는 1회에만 대거 7점을 뽑아 일찌감치 승기를 잡았다. KT는 6회말 다시 장준원의 한 방으로 점수를 보탰다. 1사 주자 없는 상황에서 장준원이 다시 왼쪽 담장을 넘기는 솔로 홈런을 터뜨렸다. 시즌 7호포이자 이날 두 번째 홈런이었다. KT는 8-0까지 달아났다. 7회말에는 안현민이 선두타자로 나서 가운데 담장을 넘기는 솔로 홈런을 쏘아 올렸다. 안현민의 시즌 14호포로 KT는 9-0을 만들었다. 마운드에서는 로건이 롯데 타선을 압도했다. 로건은 8이닝 동안 110개의 공을 던지며 7피안타 무사사구 14탈삼진 무실점으로 롯데 타선을 봉쇄했다. 여러 차례 주자를 내보냈지만 위기마다 삼진을 잡아내며 단 한 점도 허용하지 않았다. KT는 초반 대량 득점과 로건을 앞세워 끝까지 리드를 지켰고, 9-0 승리와 함께 정규시즌 우승을 확정했다.  [서울=뉴스핌] KT 내야수 장준원. [사진=KT 위즈] KT 선발 로건은 시즌 7승(5패)째를 거뒀다. 타선에서는 장준원이 3타수 2안타(2홈런) 4타점으로 승리를 이끌었다. 1회 3점 홈런으로 대량 득점을 완성했고 6회에는 솔로 홈런을 추가했다. 안현민은 시즌 14호 홈런을 포함해 2안타 1타점을 기록했고 김상수는 2타점, 힐리어드도 선제 적시타로 힘을 보탰다. 롯데 선발 김진욱은 4이닝 동안 86개의 공을 던지며 9피안타(1피홈런) 1사사구 1탈삼진 7실점으로 시즌 9패(6승)째를 떠안았다. 롯데 타선도 7안타를 기록했지만 로건을 상대로 득점하지 못했다. 2015년 KBO리그 10번째 구단으로 출발한 KT는 2021년에 이어 다시 한국시리즈에 직행했다. 5년 전 창단 첫 통합우승을 달성했던 KT는 이제 구단 통산 두 번째 한국시리즈 우승을 노린다. *위 내용은 생성형 AI로 작성한 경기 상보 [명령어 : 10월 5일 수원 KT-롯데 경기 내용을 정리해줘=CHAT GPT] football1229@newspim.com 2026-10-05 17:14
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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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