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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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29일부터 SK하닉 본주·ADR 전환 허용 [서울=뉴스핌] 이정아 기자 = 오는 29일부터 SK하이닉스 미국주식예탁증서(ADR)와 SK하이닉스 국내 보통주(본주) 간 상호 전환이 허용된다. 그동안 차익거래가 막혀 유지됐던 국내 본주와 ADR 간 가격 차가 조정받을 수 있는 여건이 마련되는 것이다. 다만 시장에서는 전환이 시작되더라도 실제 차익거래는 제한적일 가능성이 크다는 분석이 나온다. ADR 발행 한도가 대부분 소진된 것으로 알려진 데다, 기존 ADR 투자자가 먼저 원주로 전환해야 새로운 ADR 발행이 가능하기 때문이다. 27일 금융투자업계에 따르면, 오는 29일 SK하이닉스 ADR 기초주식 1779만주가 국내 증시에 추가 상장된다. 이후 국내 SK하이닉스 원주를 ADR로, ADR을 다시 원주로 바꾸는 상호 전환이 허용된다. SK하이닉스.[이미지=로이터 뉴스핌] 2026.07.09 mj72284@newspim.com ADR은 미국 투자자가 달러로 국내 기업 주식을 거래할 수 있도록 만든 예탁증서다. 그동안은 국내 주식을 ADR로 바꾸거나 ADR을 본주로 교환할 수 없었기 때문에 두 시장의 가격이 크게 벌어져도 이를 이용한 차익거래는 불가능했다. 하지만 앞으로는 국내 시장에서 본주를 매입해 ADR로 전환한 뒤 미국 시장에서 매도하는 거래가 가능해지면서 양 시장 간 가격 차를 활용한 차익거래도 가능해진다. 반대로 ADR 가격이 낮아질 경우 ADR을 본주로 교환하는 거래도 가능하다. 본주와 ADR 간 전환이 원활하게 이뤄질 경우 국내에서는 원주 매수세가 유입되고, 미국에서는 ADR 공급이 늘어나면서 양 시장의 가격 차가 점진적으로 좁혀질 수 있다는 분석이 나온다. 그간 국내 본주와 미국 ADR의 주가 흐름은 계속 엇갈렸다. SK하이닉스 ADR이 미국 나스닥에 상장한 지난 10일부터 27일까지 SK하이닉스 본주는 218만원에서 181만6000원으로 16.69% 하락했다. 반면 ADR은 168.01달러에서 154.57달러로 8.0% 하락하는 데 그쳤다. 이 기간 국내 증시 변동성이 심화하면서 이른바 '삼전닉스' 레버리지 ETF에서 탈출해 서학개미로 전환한 개미 투자자들의 SK하이닉스 ADR 구매세도 상당하다. 한국예탁결제원에 따르면, SK하이닉스 ADR이 미국 나스닥에 상장한 지난 10일부터 27일까지 국내 투자자는 6억7555만달러(약 9900억원)를 순매수했다. 미국 주식 가운데 순매수 1위를 기록한 것이다. 서학개미의 행동에 제임스 매킨토시 월스트리트저널 선임 시장 칼럼니스트는 "2주 전 SK하이닉스 ADR이 상장된 이후 프리미엄은 16~51%까지 치솟았다"라며 "미국 투자자들은 한국 기업의 주식을 직접 거래해줄 증권사를 찾는 수고를 덜기 위해 엄청나게 높은 가격을 지불하고 있다"고 경고했다. 그는 "일반적인 ADR이라면 금요일에 나타난 29% 수준의 프리미엄은 헤지펀드들이 한국에서 주식을 사서 ADR로 바꾸는 동시에 미국에서 ADR을 공매도하게 만드는 요인"이라며 "하지만 본주를 ADR로 전환하는 것이 원천적으로 불가능하기 때문에 프리미엄이 더 커질 경우 투자자들은 큰 손실을 입을 수 있다"고 경고한 것이다. 시장에서도 본주와 ADR 간 실제 전환이 얼마나 이뤄질지를 관건으로 꼽고 있다. 핵심 변수는 ADR 발행 한도다. 본주를 ADR로 전환하려면 새로운 ADR을 발행해야 한다. 그러나 ADR은 정해진 발행 한도 내에서만 추가 발행이 가능하다. 현재는 상당수 한도가 이미 사용된 상태다. 또 기존 ADR 투자자가 본주 전환을 선택할 유인이 크지 않다는 점도 고려해야 한다. 현재 미국 시장에서는 ADR이 국내 본주보다 높은 가격에 거래되고 있기 때문에, 굳이 저평가된 원주로 교환할 이유가 많지 않다. 경기 이천시 SK하이닉스 본사의 모습 [사진 = 뉴스핌DB] 다만 일각에서는 시장 상황에 따라 시나리오는 달라질 수 있다고 보고 있다. 기존 ADR 투자자의 원주 전환이 예상보다 늘어나 발행 여력이 확보될 경우 국내 본주를 ADR로 전환하는 거래도 활발해질 수 있다. 이 경우 국내 본주 수요 증가와 함께 국내외 가격 차가 빠르게 축소될 가능성이 있다. 이정빈 신한투자증권 연구원은 "29일부터 본주와 ADR 간 상호전환 신청 절차가 시작되지만 실제 가격 괴리 조정 강도는 ADR 신규 발행 규모와 시장 수급에 따라 결정될 것"이라며 "전환 절차와 행정적 마찰이 존재하는 만큼 프리미엄이 즉시 축소되기는 쉽지 않다"고 분석했다. 그러면서 "ADR 프리미엄은 장기적으로 0으로 수렴하기보다 일정 수준 유지되는 특성이 있지만, 과도하게 확대된 구간에서는 축소될 가능성이 높다"며 "프리미엄이 조정되는 과정에서는 ADR 가격 하락보다 국내 본주 상승이 상당 부분을 차지할 가능성이 높다"고 전망했다. 정민희 아리스 연구원도 "ADR의 단기 강세는 상장 초기 공급이 제한된 상황에서 프리미엄이 반영된 결과일 수 있다"며 "장기적으로는 차익거래를 통해 ADR과 원주 가격이 점차 수렴하는 특징을 보일 것"이라고 내다봤다. 이어 "결국 주가 방향을 결정하는 것은 ADR 자체가 아니라 기업의 실적과 성장 모멘텀"이라며 "ADR 프리미엄보다 실적과 인공지능(AI) 메모리 시장 성장성이 중장기 주가를 좌우할 것"이라고 진단했다. plum@newspim.com 2026-07-28 06:00
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전국 곳곳 폭염…중부지방 소나기 [서울=뉴스핌] 송은정 기자 = 화요일인 28일은 전국 곳곳에서 폭염이 이어지고 중부지방을 중심으로 곳에 따라 소나기가 내릴 전망이다. 기상청과 케이웨더에 따르면 이날 중부지방과 경북권은 구름이 많고, 그 밖의 남부지방과 제주도는 대체로 맑은 날씨를 보이겠다. 늦은 새벽부터 오후 사이 중부지방과 경북권에는 곳에 따라 소나기가 내리겠다. 화요일인 28일은 전국적인 무더위가 계속되겠다. 중부지방 중심으로 곳에 따라 소나기가 내려 돌풍과 천둥·번개에 유의해야겠다.[사진 = 뉴스핌DB] 예상 강수량은 서울·인천·경기 5~40㎜, 강원 내륙·산지 5~40㎜, 강원 동해안 5~20㎜다. 대전·세종·충남 내륙과 충북, 대구·경북은 5~40㎜다. 울릉도·독도에는 5~20㎜가 예상된다. 아침 최저 기온은 22∼26도로 예상된다. ▲서울 26도 ▲인천 25도 ▲수원 25도 ▲춘천 25도 ▲강릉 26도 ▲청주 26도 ▲대전 25도 ▲전주 26도 ▲광주 26도 ▲대구 25도 ▲부산 26도 ▲울산 25도 ▲제주 27도다. 낮 최고 기온은 31∼36도로 예보됐다. ▲서울 33도 ▲인천 32도 ▲수원 32도 ▲춘천 31도 ▲강릉 33도 ▲청주 33도 ▲대전 34도 ▲전주 34도 ▲광주 34도 ▲대구 35도 ▲부산 33도 ▲울산 36도 ▲제주 32도다. 바다의 물결은 동해·서해·남해 앞바다에서 0.5∼1.0m로 일겠다. 에어코리아에 따르면 이날 미세먼지의 농도는 전국이 '좋음'∼'보통'으로 예상된다. yuniya@newspim.com 2026-07-28 06:30
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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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