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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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FIFA 월드컵 76조원 베팅 전쟁 [서울=뉴스핌] 고인원 기자= 2026 국제축구연맹(FIFA) 월드컵이 사상 최대 규모의 스포츠 베팅 이벤트가 될 전망이다. 미국 스포츠 베팅 시장이 사실상 처음으로 월드컵 특수를 온전히 누리게 되면서 온라인 스포츠북과 예측시장, 스포츠 데이터 업체들 간 고객 확보 경쟁도 한층 치열해질 것으로 예상된다. CNBC에 따르면 시장에서는 이번 월드컵 기간 전 세계 베팅 규모가 500억달러(약 76조원)를 넘어설 것으로 보고 있다. 이는 2022년 카타르 월드컵 당시 350억달러를 웃돌았던 수준보다 크게 늘어난 규모다. [프라하 로이터=뉴스핌] 월드컵에서 홍명보호와 함께 A조에 속한 체코 대표팀의 주장인 소우체크. 2026.06.09 wcn05002@newspim.com 이번 대회는 48개국 체제로 확대되면서 경기 수가 기존보다 40경기 늘어난 104경기로 치러진다. 개최지도 미국·캐나다·멕시코로 확대됐고, 미국 내 스포츠 베팅 합법화 지역도 크게 늘어나면서 관련 산업 전반의 수혜가 예상된다. 맥쿼리는 이번 월드컵이 스포츠 베팅 업체들의 2027년 EBITDA(상각전영업이익)를 2~5%가량 끌어올릴 것으로 전망했다. ◆ 팬듀얼·드래프트킹스 수혜 기대…스포츠 데이터 기업도 주목 가장 큰 수혜 기업으로는 팬듀얼 모회사인 플러터 엔터테인먼트(Flutter Entertainment)가 꼽힌다. 플러터의 피터 잭슨 최고경영자(CEO)는 최근 CNBC 인터뷰에서 "슈퍼볼 시청자가 약 2억명이라면 2022년 월드컵 결승전은 15억명이 시청했고 전체 대회는 50억명이 지켜봤다"며 "월드컵은 완전히 다른 규모의 이벤트"라고 말했다. 도이체방크는 미국 내 월드컵 베팅 규모만 약 33억달러에 달할 것으로 추산했다. 업체별로는 팬듀얼이 약 13억달러, 드래프트킹스(DKNG)가 11억달러 수준의 베팅을 처리할 것으로 예상했다. 베트MGM, 시저스 엔터테인먼트(CZR), 펜 엔터테인먼트(PENN)도 수혜 기업으로 거론된다. 스포츠 데이터 업체들도 주목받고 있다. 지니어스 스포츠(GENI)와 스포트레이더(SRAD)는 최근 예측시장 플랫폼 칼시(Kalshi)에 축구·야구·하키·UFC 관련 데이터를 제공하는 계약을 체결했다. 시장에서는 베팅 산업 성장에 따라 경기 데이터와 실시간 통계의 가치도 함께 높아질 것으로 보고 있다. ◆ 칼시·폴리마켓 급성장…예측시장도 월드컵 특수 이번 월드컵은 예측시장 플랫폼의 성장 여부를 가늠할 중요한 시험대가 될 전망이다. 파이퍼 샌들러에 따르면 칼시와 폴리마켓의 합산 거래량은 최근 70억달러를 돌파하며 사상 최고치를 기록했다. 칼시는 이번 월드컵과 관련해 약 500개의 예측 시장을 개설했다. 현재 가장 활발한 거래가 이뤄지는 시장은 결승전 우승팀 예측으로, 스페인과 프랑스가 우승 후보로 꼽히고 있다. 최근 팬애틱스, 팬듀얼, 드래프트킹스도 예측시장 사업에 뛰어들며 시장 경쟁이 한층 치열해지고 있다.   시장에서는 월드컵이 단순한 스포츠 이벤트를 넘어 스포츠 베팅, 예측시장, 스포츠 데이터 산업 전반의 판도를 바꾸는 초대형 비즈니스 이벤트가 될 것으로 보고 있다. 특히 미국 스포츠 베팅 시장이 성숙기에 접어든 가운데 이번 월드컵이 관련 기업들의 성장성을 시험하는 분수령이 될 것이라는 평가가 나온다. koinwon@newspim.com 2026-06-10 22:35
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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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