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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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문체위, 축구협회 청문회 22일 개최 [서울=뉴스핌] 송기욱 기자 = 국회 문화체육관광위원회가 대한축구협회 현안 관련 청문회를 오는 22일 개최하기로 했다. 문체위는 9일 국회에서 전체회의를 열고 대한축구협회 현안 관련 청문회 실시 계획서 채택의 건과 서류 제출 요구의 건, 증인 및 참고인 출석 요구의 건을 의결했다. 이번 청문회는 축구 국가대표팀 감독 선임 절차와 대한축구협회 운영 실태 전반에 나타난 문제점을 국회 차원에서 점검하고, 대한축구협회 정상화 방안을 모색하기 위해 마련됐다. 홍명보 전 축구 국가대표팀 감독 [사진=로이터 뉴스핌] 이재정 문체위원장은 "대한축구협회의 자율성과 전문성은 존중하되 축구가 가지는 공공성을 감안해 국회의 역할을 뒤로 미룰 수 없었다"고 설명했다. 문체위는 국회법 제65조에 따라 오는 22일 오전 10시 청문회를 개최하기로 했다. 청문회와 관련해서는 총 644건의 서류 제출을 요구하고 제출 기한을 오는 16일 오후 2시까지로 정했다. 증인으로는 정몽규 전 대한축구협회장과 홍명보 전 축구 국가대표팀 감독, 이임생 전 대한축구협회 기술총괄이사 등 13명이 채택됐다. 참고인으로는 박지성 K축구혁신위원회 공동위원장 등 10명이 포함됐다. 다만 청문회가 핵심 관계자들의 출석 회피와 축구협회의 자료 미제출로 '맹탕 청문회'에 그칠 수 있다는 우려도 제기됐다. 조계원 더불어민주당 의원은 이날 의사진행발언에서 "대한민국 체육계는 대한축구협회의 독단적인 행정과 밀실 감독 선임, 올림픽 본선 진출 실패라는 참담한 결과에도 그 누구 하나 책임 있는 자세를 보이지 않는 모습에 국민적 분노가 극에 달하고 있다"고 지적했다. 정몽규 대한축구협회장(왼쪽부터), 박주호 전 대한축구협회 전력강화위원회 위원, 홍명보 축구 국가대표팀 감독이 2024년 9월 24일 오후 서울 여의도 국회에서 열린 문화체육관광위원회의 대한축구협회 등에 대한 현안질의에 출석해 있다. [사진 = 뉴스핌DB] 조 의원은 "정몽규 전 회장, 홍명보 전 감독, 이임생 전 이사 등 사건의 핵심 당사자들이 줄줄이 사임하고 외국으로 도피하는 등의 행보를 보이며 국회 출석 요구를 회피할 가능성이 매우 높아 보인다"고 말했다. 이어 "저희 의원실에서 이번 사태의 진상을 규명하기 위해 수십 건의 자료 제출을 요구했음에도 불구하고 축구협회는 지금까지 단 한 건의 자료도 제출하지 않고 버티고 있다"며 "이는 국회를 무시하는 처사이자 진실을 요구하는 국민을 기만하는 행위"라고 비판했다. 그러면서 "오늘 채택될 청문회가 맹탕 청문회로 전락하지 않도록 위원장님께서 엄격하고 단호하게 중심을 잡아달라"고 요청했다. 이 위원장은 이날 청문회 실시 계획서와 서류 제출 요구, 증인 및 참고인 출석 요구 안건을 각각 상정한 뒤 의결했다. oneway@newspim.com 2026-07-09 12:49
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대법, 尹 '체포방해' 징역 7년 확정 [서울=뉴스핌] 홍석희 기자 = 12·3 비상계엄과 관련해 고위공직자범죄수사처(공수처)의 체포방해·국무위원 심의권 침해 등 혐의를 받는 윤석열 전 대통령이 9일 대법원에서 징역형을 확정받았다. 윤 전 대통령은 비상계엄 사태 583일 만에 처음으로 관련 범죄에서 유죄를 확정받으며 즉시 미결수에서 기결수로 신분이 바뀌었다. 윤 전 대통령 측은 선고 직후 "대법원이 이처럼 중대한 사건을 충분한 심리 없이 종결한 데 깊은 유감"이라며 재판소원을 검토하겠다고 밝혔다. 대법원 3부(주심 이숙연 대법관)는 이날 오후 특수공무집행방해·직권남용권리행사방해 등 혐의로 기소된 윤 전 대통령에게 징역 7년을 선고한 원심을 확정했다. 윤 전 대통령은 서울고법에서 진행 중인 내란 우두머리 항소심에 출석해 대법원 법정에 나오지 않았다. 12·3 비상계엄과 관련해 고위공직자범죄수사처(공수처) 체포방해·국무위원 심의권 침해 등 혐의를 받는 윤석열 전 대통령이 대법원에서 징역형을 확정받았다. 윤 전 대통령은 비상계엄 사태 583일 만에 처음으로 관련 범죄에서 유죄를 확정받으며 즉시 미결수에서 기결수로 신분이 바뀌게 됐다. 사진은 윤 전 대통령. [사진=뉴스핌DB] ◆ "공수처, 직권남용죄 관련 범죄로서 내란죄 수사권 가져" 윤 전 대통령은 지난해 1월 대통령 경호처 직원들을 동원해 공수처의 체포영장 집행을 방해한 혐의를 받는다. 12·3 비상계엄 선포 직전 일부 국무위원만 소집해 나머지 국무위원들의 심의권을 침해하고, 계엄 해제 뒤 사후 선포문을 만들어 폐기한 혐의도 받는다. 여인형 전 국군방첩사령관 등의 비화폰 통화기록 삭제를 지시하고, 외신에 계엄과 관련한 허위 사실을 PG(프레스 가이드)로 작성·전파한 혐의도 있다. 1심은 특수 공무집행 방해·직권남용 권리행사 방해·허위 공문서 작성 혐의를 유죄로 인정하며 윤 전 대통령에게 징역 5년을 선고했다. 2심은 1심에서 무죄로 판단된 '국토교통부·산업통상자원부 장관에 대한 심의권 침해', '계엄 관련 외신 허위 공보' 등을 유죄로 뒤집으며 징역 7년을 선고했다. 이날 대법원은 체포방해 혐의의 핵심 전제인 공수처의 내란우두머리죄 수사 절차가 적법하게 진행됐다는 점을 상세히 판시했다. 대법원은 "공수처는 피고인의 직권남용 및 내란 혐의 사실이 기재된 고발장을 수리함으로써 직권남용죄에 대한 수사를 개시하는 한편, 내란우두머리죄 혐의 또한 구체적으로 인식해 이에 대한 수사도 개시했다"며 "내란우두머리죄는 직권남용죄와 배경이 되는 사실관계가 동일하고 증거도 상당 부분 중첩된다"고 했다. 이어 "결국 피고인의 내란우두머리죄는 직권남용죄의 '수사 과정에서 인지한 직접 관련성이 있는 범죄'로서 공수처법 제2조 제4호 라목의 관련 범죄에 해당하므로 공수처는 이에 대한 수사권을 가진다"고 덧붙였다. 대법원은 "공수처가 고위공직자범죄인 직권남용죄에 대해 수사를 개시하면서, 이와 관련 범죄인 내란우두머리죄를 인지해 수사를 진행한 것에 수사절차상 위법이 있다고 보기 어렵다"고 판시했다. [서울=뉴스핌] 김예원 인턴기자 = 윤석열 전 대통령의 고위공직자범죄수사처(공수처) 체포방해 등 혐의 사건 상고심 선고기일인 9일 오후 서울역 대합실에서 시민들이 관련 생중계를 시청하고 있다. 이날 대법원 3부(주심 이숙연 대법관)는 윤 전 대통령에게 징역 7년을 선고한 원심판결을 확정했다. 2026.07.09 yeawon2@newspim.com ◆ 尹측 "대법, 중대 사건인데 충분히 심리 안하고 종결" 대법원은 또한 '윤 전 대통령이 계엄 선포에 관한 국무회의를 소집하면서 일부 국무위원에게 소집 통지를 하지 않은 것은 해당 국무위원의 심의권 행사를 현실적으로 방해한 것'이라고 판단한 원심에 대해 "법리 오해의 잘못이 없다"며 수긍했다. 이밖에 허위 공문서 작성 및 허위 작성 공문서 행사, 대통령기록물 관리법 위반 및 공용서류 손상, 허위 공보로 인한 직권남용 부분 등에 대해서도 원심의 판단을 받아들였다. 대법원 관계자는 "본 판결을 통해 처음으로, 불소추특권 대상범죄에 대한 대통령 재직 중 수사의 가부 및 그 범위, 공수처법 제2조 제4호 라목의 '관련범죄'의 의미 및 판단기준, 형사소송법 제110조에서 정한 압수·수색 승낙 거부권의 요건과 그 한계를 구체적으로 밝혔다"고 설명했다. 조은석 특별검사 측은 이날 선고 직후 "법원의 판단을 존중한다"며 "앞으로도 특검은 내란, 외환 사건 공소유지에 최선을 다하겠다"고 밝혔다. 윤 전 대통령 측은 이번 선고 결과에 대해 유감을 표하며 재판소원을 검토하겠다고 했다. 변호인단은 입장문을 통해 "대한민국 헌법의 근간인 법치주의와 영장주의의 관점에서 최고법원인 대법원이 이처럼 중대한 사건을 충분한 심리 없이 종결한 데 대해 깊은 유감"이라고 밝혔다. 이어 "대통령의 형사상 불소추특권의 범위에 '재임 중 강제수사'가 허용되는지 여부는 국가 원수이자 행정부 수반의 헌법적 지위를 수호하기 위한 고도의 헌법적 쟁점"이라며 "그럼에도 하급심은 이에 대한 명확한 법리적 판단을 회피했으며, 대법원 역시 이 심각한 법리적 전제를 완전히 묵인한 채 상고를 기각했다"고 덧붙였다. 변호인단은 "헌법이 보장하는 기본권 보호를 위해 재판소원 등 헌법재판 절차를 통해 이번 판결의 위헌성을 다툴 예정"이라고 했다. hong90@newspim.com 2026-07-09 15:19
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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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