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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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민주당 당대표 여론조사 보니 [서울=뉴스핌] 배정원 기자 = 8·17 더불어민주당 전당대회 당대표 적합도·선호도 여론조사에서 일반 국민은 정청래 후보, 민주당 지지층에선 김민석 후보가 앞서는 흐름이다. 오는 8월 1일 충청권 첫 지역 순회 합동 연설회와 경선 결과 발표를 앞두고 있어 민주당 전대 열기가 더욱 후끈 달아오르고 있다.     [서울=뉴스핌] 국회사진기자단 = 김민석(왼쪽부터), 정청래, 송영길 더불어민주당 당대표 후보가 29일 오후 서울 마포구 MBC에서 열린 방송토론회에서 기념촬영을 하고 있다. 2026.07.29 photo@newspim.com ◆ NBS, 정청래 21% 김민석 19% 송영길 6% 엠브레인퍼블릭·케이스탯리서치·코리아리서치·한국리서치가 지난 27~29일 전국 성인 남녀 1000명을 대상으로 전화 면접조사를 진행한 NBS(전국지표조사)에 따르면, 차기 당대표 적합도 정청래 후보 21%, 김민석 후보 19%, 송영길 후보 6% 순이었다. 민주당 지지층에서는 김 후보 34%, 정 후보 29%, 송 후보가 9%로 나타났다. NBS 조사는 휴대전화 가상번호(100%)를 이용한 전화 면접으로 이뤄졌다. ◆ 오마이뉴스 민주당 지지층, 김민석 41.6% 정청래 37.7% 송영길 9.5% 오마이뉴스 의뢰로 여론조사기관 에스티아이(STI)가 지난 27~28일 전국 18살 이상 성인 남녀 중 민주당 지지층과 무당층 1184명을 대상으로 실시한 당대표 후보 지지도 조사에서 김 후보 41.6%, 정 후보 37.7%, 송 후보 9.5%였다. 오마이뉴스 조사는 구조화된 질문지를 사용한 휴대전화 자동응답(ARS) 방식으로 진행됐다.  ◆ 뉴스토마토, 정청래 36.9% 김민석 28.0%, 송영길 9.2% 뉴스토마토가 여론조사 전문기관 미디어토마토에 의뢰해 지난 27~28일 전국 18살 이상 남녀 1033명을 대상으로 한 조사에서는 차기 당대표 선호도 1순위로 정 후보가 36.9%였다. 김 후보는 28.0%, 송 후보는 9.2%였다.  민주당 지지층에서는 김 후보가 44.9%로 정 후보 38.9%보다 높은 지지를 얻었다. 송 후보는 11.2%였다.  선호투표제 도입에 맞춰 실시한 2순위 선호도 조사에서는 송 후보가 33.9%로 가장 높은 응답을 받았다. 이어 김 후보가 12.9%, 정 후보 9.0% 순이다. 송 후보를 2순위로 선택한 57.9%는 김 후보를 1순위로 꼽았다. 36.9%는 정 후보를 선택했다. 미디어토마토 조사는 무선 전화 ARS 방식으로 진행됐다. 민주당은 이번 당대표 선거에 선호투표제를 처음 도입했다. 선호투표제는 유권자가 후보 한 명만 선택하는 것이 아니라 1·2·3순위 선호 후보를 함께 기입하는 방식이다. 먼저 1순위 득표를 집계해 과반 득표자가 나오면 그대로 당선자가 결정된다. 과반 득표자가 없을 땐 최하위 득표자의 2순위 표를 배분한다. 각 여론조사의 자세한 사항은 중앙선거여론조사심의위원회 홈페이지를 참조하면 된다.  jeongwon1026@newspim.com 2026-07-31 10:20
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[히든스테이지] 즌·오아 첫 도전 [서울=뉴스핌] 이지은 기자 = 종합뉴스통신사 뉴스핌과 감엔터테인먼트가 주최하고, 문화체육관광부·한국콘텐츠진흥원이 후원하는 싱어송라이터 경연 대회 '히든 스테이지'에 즌(zn)과 오아(OHAH)가 본선 무대를 펼친다. '히든 스테이지' 운영사무국은 매주 금요일 2팀씩 10주에 걸쳐 총 20팀의 영상을 순차적으로 공개한다. 31일 뉴스핌의 유튜브 채널 '뉴스핌TV'를 통해 즌은 '꼭 작별 인사인 것처럼'을, 오아는 '빛날 테니까'를 선보인다. [서울=뉴스핌] 이지은 기자 = '히든 스테이지' 본선 진출자 즌(zn, 위)과 오아(OHAH, 아래). 2026.07.30 alice09@newspim.com 먼저 오아는 '히든 스테이지' 지원 동기에 대해 "어릴 때부터 음악을 통해 많은 용기와 긍정 에너지를 선물 받아왔다. 이제는 저 역시 누군가에게 그런 마음을 전하는 아티스트가 되고 싶다는 꿈을 가지고 음악을 하고 있다"라고 말했다. 이어 "'히든 스테이지'는 제 음악과 이야기를 더 많은 사람들에게 들려줄 수 있는 기회라고 느껴 지원하게 됐다"라고 밝혔다. 오아가 선보인 '빛날 테니까'는 현실의 차가움과 불확실성 속에서도 스스로를 믿고 나아가자는 메시지를 담고 있다. 그는 "빛을 잃은 것 같은 순간조차 결국 더 강하게 반짝이기 위한 과정임을 노래하며, 청춘의 불안과 희망을 동시에 담아낸 곡"이라고 설명했다. 또한 "이 곡은 제가 세상에 보내는 응원이자, 지금을 견디고 있는 모든 이들에게 건네는 약속"이라고 소개했다. [서울=뉴스핌] 이지은 기자 = '히든 스테이지' 본선 진출자 오아. 2026.07.30 alice09@newspim.com 오아는 '히든 스테이지'를 통해 강렬한 포부를 던졌다. 그는 "열정과 꿈, 그리고 자유의 상징인 록페스티벌 무대에 섭외 0순위가 되는 것이 꿈"이라고 밝혔다. 또 "그리고 삶을 마무리하는 날까지 힘이 닿는 한 계속 무대에 서서 노래하고 싶다"라며 "제가 가진 긍정적인 에너지를 음악에 담아 더 많은 사람들에게 전하고, 제 노래를 듣는 순간만큼은 마음껏 웃고 행복할 수 있었으면 좋겠다"고 전했다. 즌은 이번 오디션을 통해 첫 도전에 나섰다. 즈은은 "대학 재학 내내 졸업 후 취업하는 것이 목표라고 말했다. 막상 졸업하고 나니, 앞으로 제 음악을 할 기회가 없을 수도 있단 생각에 슬퍼졌다"고 운을 뗐다. 이어 "그간 입밖으로 말해왔던 내 목표는 어쩌면 실패를 두려워하는 방어적인 마음에 말했던 진짜 제 목표가 아니라는 생각이 들었다"라며 "더 늦기 전에 도전해보고 싶어졌고, '히든 스테이지'는 제 첫 도전"이라고 강조했다. 즌은 본선에서 자작곡 '꼭 작별 인사인 것처럼'을 선곡했으며, 이 곡은 그의 첫 자작곡이기도 하다. [서울=뉴스핌] 이지은 기자 = '히든 스테이지' 본선 진출자 즌. 2026.07.30 alice09@newspim.com 즌은 "이 곡을 쓸 당시 유독 사람이 어려웠던 20대 초반이었다. '사랑해'라는 말이 꼭 작별 인사라도 되는 듯 내가 사랑하는 사람들은 다 나를 떠나는 것 같았다. 이 곡은 혼자 남겨진 채 중얼거리는 혼잣말 같은 노래"라고 설명했다. 다채로운 장르를 선보이고 있는 '히든 스테이지'의 본선 진출 20팀은 여성 솔로 11명, 남성 솔로 5명, 남성 팀 2팀, 혼성 팀 2팀이다. 여성 참가자로는 보리, 김나라, 박희수, 혼즈, 변미리, 오아, 신직선, 도이주, 마린, 채수빈, 박지은 등 11명이 이름을 올렸다. 남성 개인 부문에서는 정상호(활동명 정점)·최혁준(심각한 개구리), 윤준, 윤태경, 정다운이 본선에 올랐다. 팀 부문에는 남성 팀 구구, 블낫블과 혼성 팀 김은찬밴드와 채비가 참가한다. 이 중 신직선은 제2회 본선 경험을 가진 재도전자이며, 혼성팀 채비 역시 제3회 본선 출신으로 주목받고 있다. '히든 스테이지'의 마지막 영상은 오는 8월 28일 업로드된다. 9월 10일부터 14일까지 심사위원단 2차 본선 심사가 진행되고, 9월 25일 결승 진출 톱10이 발표된다. 시상 규모는 총 1200만 원이다. 문화체육관광부 장관상인 대상(500만 원)을 비롯해 한국콘텐츠진흥원장상 최우수상(300만 원)·우수상(200만 원)·루키상(200만 원) 등이 수여된다. alice09@newspim.com 2026-07-31 06:00
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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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