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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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동탄·기흥·구리 규제지역 묶인다 [서울=뉴스핌] 정영희 기자 = 반도체 특수와 교통 호재, 서울 인접 수요가 맞물리며 집값이 오른 경기 주요 지역이 규제지역으로 신규 지정된다. 정부는 투기적 매수를 차단하고 실수요자를 보호하기 위해 화성시 동탄구와 용인시 기흥구, 구리시를 투기과열지구 및 조정대상지역으로 지정하기로 했다. [AI 그래픽 생성=정영희 기자] 30일 국토교통부는 주거정책심의위원회 심의·의결을 거쳐 경기도 화성시 동탄구, 용인시 기흥구, 구리시 등 3곳을 투기과열지구 및 조정대상지역으로 신규 지정한다고 밝혔다. 이번 지정은 최근 이들 지역의 주택가격 상승세가 이어진 데 따른 조치다. 지정 효력은 7월 1일부터 발생한다. 화성시 동탄구와 용인시 기흥구는 최근 반도체 업계 특수에 따른 집값 상승 기대감과 GTX-A 개통 등 교통 인프라 개선 영향이 반영된 지역으로 꼽힌다. 구리시는 서울과 인접한 역세권 수요가 이어지며 가격 상승세가 지속되고 있는 상황이다. 월간 주택 매매가격 변동률을 보면 화성시 동탄구는 올해 2월 0.78%에서 상승 폭이 매월 확대되며 5월에는 1.5%대를 넘어섰다. 지난 4월과 5월 용인시 기흥구는 0.85%와 0.95% 상승했다. 구리시는 올 2월 1.77%의 상승률을 기록하더니 지난달까지 1.15%로 집계됐다. 국토부는 이들 지역의 가격 흐름과 주택시장 상황을 고려해 규제지역 신규 지정을 결정했다. 투기과열지구와 조정대상지역 지정에 따라 해당 지역에서는 주택시장 과열을 억제하기 위한 관련 규제가 적용된다. 규제지역으로 지정되면 주택구입 목적 주택담보대출 LTV가 무주택자 기준 40%로 제한되고, 유주택자는 주담대를 받을 수 없다. 대출 한도는 최대 6억원으로 묶이며 6개월 이내 전입 의무도 부과된다. 청약에서는 1순위 요건과 재당첨 제한, 전매제한이 강화되고, 조정대상지역 지정에 따라 다주택자 취득세·양도세 중과와 1세대1주택 비과세 거주요건도 적용된다. 투기과열지구 내 정비사업장에서는 조합원 지위 양도 제한과 정비사업 분양 재당첨 제한도 적용된다. 경기도도 후속 조치에 나선다. 경기도는 시·도 도시계획위원회를 거쳐 화성시 동탄구, 용인시 기흥구, 구리시를 토지거래허가구역으로 지정할 계획이다. 토지거래허가구역 지정 기간은 다음달 5일부터 2027년 12월 31일까지다. 토지거래허가구역은 '부동산 거래신고 등에 관한 법률'에 따라 지정 공고일인 6월 30일에서 5일 뒤부터 효력이 발생한다. 국토부 관계자는 "규제지역 신규 지정과 함께 부동산 시장을 교란하는 불법행위에 엄정 대응하겠다"며 "주택가격 상승 지역에 대한 모니터링도 강화할 계획"이라고 말했다. 주택시장이 조속히 안정될 수 있도록 9·7 주택공급 확대방안, 1·29 수도권 도심 6만가구 공급계획, 5월 말 발표한 매입임대 물량 확대와 비아파트 공급 확대 계획 등을 추진한다. 매입임대의 경우 내년까지 규제지역에 6만6000가구 이상을 공급한다는 계획이다. '범정부 주택공급 현장 애로해소 지원센터'를 가동해 주택건설 애로 해소를 지원하고, 현장의 목소리를 반영해 공급 방안을 보완·발전시켜 나갈 예정이다. [AI 그래픽 생성=정영희 기자] Q. 어느 지역이 규제지역으로 새로 지정되나요? A. 경기도 화성시 동탄구, 용인시 기흥구, 구리시 등 3곳이 투기과열지구 및 조정대상지역으로 신규 지정됩니다. Q. 규제지역 지정 효력은 언제부터 발생하나요? A. 투기과열지구와 조정대상지역 지정 효력은 7월1일부터 발생합니다. Q. 정부가 이들 지역을 규제지역으로 지정한 이유는 무엇인가요? A. 반도체 업계 특수에 따른 집값 상승 기대감, GTX-A 개통 등 교통 인프라 개선, 서울 인접 역세권 수요가 맞물리며 주택가격 상승세가 이어졌기 때문입니다. Q. 토지거래허가구역 지정도 함께 추진되나요? A. 경기도는 화성시 동탄구, 용인시 기흥구, 구리시를 토지거래허가구역으로 지정할 계획입니다. 지정 기간은 다음달 5일부터 2027년 12월31일까지입니다. Q. 정부는 규제지역 지정 외에 어떤 대응을 하겠다고 밝혔나요? A. 국토부는 불법행위에 엄정 대응하고 주택가격 상승 지역에 대한 모니터링을 강화하겠다고 밝혔습니다. 또 기존 주택공급 확대방안과 매입임대·비아파트 공급 확대 계획을 추진하고, 주택공급 현장 애로해소 지원센터를 가동할 예정입니다. chulsoofriend@newspim.com 2026-06-30 08:17
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李대통령 지지율 46.5% [리얼미터] [서울=뉴스핌] 김미경 기자 = 이재명 대통령의 국정수행 지지율이 6주 연속 하락해 46.5%를 기록했다는 여론조사 결과가 29일 나왔다. 리얼미터가 이날 공개한 6월 4주차 주간집계(에너지경제신문 의뢰, 22∼26일 조사)을 살펴보면 이 대통령의 국정수행에 대한 긍정평가는 46.5%로 지난주보다 0.2%포인트(p) 하락했다. 6월 4주차 주간집계 이재명 대통령 국정수행 평가 [그래프=리얼미터] 부정평가는 49.5%로 역시 지난주보다 0.2%p 하락했다. '잘 모름' 응답은 4%다. 리얼미터는 "중앙선거관리위원회 투표지 부실 관리 사태가 장기화하는 가운데, 민생경제에 대한 불신이 확대된 데다 검찰 보완수사권 폐지 방침과 호남 반도체 투자 논란을 둘러싼 여야 정치 공방까지 겹치면서 지지율 하락세가 지속됐다"고 분석했다. 정당 지지도 조사(25∼26일 조사)에서는 더불어민주당이 지난주보다 0.9%p 오른 41%, 국민의힘이 0.3%p 내린 42%를 기록했다. 6월 4주차 주간집계 정당 지지도 [그래프=리얼미터] 리얼미터는 "민주당은 호남 반도체 클러스터 투자 이슈가 광주 전라와 40대 지지층 결집으로 이어지며 지지율 상승을 견인했다"고 분석했다. 지역별로 보면 광주·전라에서 9.2%p 올랐고, 대전·세종·충청에서 6.8%p 올랐다.  국민의힘에 대해서는 "장동혁 대표 거취를 둘러싼 당내 갈등이 지속되면서 서울·충청권과 중도층에서 지지 이탈이 발생했다"면서도 "보수층과 영남권 핵심 지지층의 결집으로 소폭 하락에 그친 것으로 보인다"고 해석했다. 지역별로는  인천·경기에서 3.4%p, 부산·울산·경남에서 3.5%p, 대구·경북에서 3.9%p 올랐고, 대전·세종·충청에서 10.0%p, 광주·전라에서 8.9%p, 서울에서 6.7%p 내렸다.  이어 조국혁신당 3.7%, 개혁신당 2.8%, 진보당 1.5%로 집계됐다. 기타 정당은 2.1%, 무당층은 6.9%다. 두 조사는 모두 무선 100% 자동응답 방식으로 이뤄졌다. 자세한 내용은 중앙선거여론조사심의위원회 홈페이지를 참조하면 된다. the13ook@newspim.com 2026-06-29 08:41
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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.
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.
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