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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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젠슨 황 불륜 인정 "신뢰 되찾겠다" [시드니=뉴스핌] 권지언 특파원 = 젠슨 황 엔비디아 최고경영자(CEO)가 혼외 관계를 인정하고 직원들에게 사과했다. 중국 스파이로 의심받는 여성과의 연인 관계 의혹이 보도된 지 이틀 만이다. 엔비디아 이사회는 황 CEO가 외국 정보기관의 공작 대상이 됐다는 보도와 관련해 독립 조사에 착수하기로 했다. 영국 파이낸셜타임스(FT)에 따르면 황 CEO는 8일(현지시간) 직원들에게 보낸 사내 메시지에서 "가족과 여러분 모두에게 사과해야 한다"며 "아내에게 충실하지 못했다. 내 행동은 아내와 우리 아이들에게 상처를 줬다. 변명의 여지가 없다. 깊이 사과한다"고 밝혔다. 악시오스가 입수한 이메일 초안에 따르면 황 CEO는 "전적인 책임을 지겠다"며 직원과 이사회, 주주에 대한 책임을 다하지 못했다고 인정했다. 이어 "엔비디아를 이끄는 것은 내 인생의 특권"이라며 "여러분의 신뢰를 되찾기 위해 노력하겠다"고 했다. 엔비디아는 별도 성명을 내고 황 CEO가 외국 정보활동의 표적이 됐다는 최근 보도를 고려해 이사회가 독립 조사에 착수한다고 밝혔다. 조사는 외부 법률 자문단의 지원을 받는 독립 이사 위원회가 맡는다. 이사회는 "국가안보나 엔비디아의 기밀이 침해됐다고 볼 이유는 없지만, 조사에서는 확보 가능한 모든 정보를 검토할 것"이라고 밝혔다. ◆ "中 국가안전부가 포섭"…엔비디아, 앞서 의혹 부인 FT는 지난 6일 미국 정부가 황 CEO와 중국 여성이 연인 관계였다고 보고 있다고 보도했다. 사안에 정통한 소식통들에 따르면 미국 당국자들은 올해 정보당국 자료를 토대로 작성한 메모에서 황 CEO가 엔비디아의 싱가포르 고객사 메가스피드의 임원 앨리스 황과 연인 관계였다고 적시했다. 이 메모에는 앨리스 황이 중국 국가안전부에 포섭된 것으로 미 정보당국이 판단하고 있다는 내용도 담겼다. 메모는 도널드 트럼프 대통령이 시진핑 중국 국가주석과의 정상회담을 위해 베이징을 방문하기 직전에 작성됐다. 미국 정부는 이와 별도로 메가스피드가 엔비디아 칩을 중국에 밀반입했다는 의혹을 조사해 왔다. 엔비디아는 앞서 두 사람의 부적절한 관계 의혹을 부인하며 고객사와의 교류 과정에서 "이례적이거나 예상 밖의 일은 없다"고 밝힌 바 있다. 황 CEO는 그동안 중국에 대한 AI 반도체 수출 규제를 완화해야 한다고 미국 정부를 설득해 온 핵심 인물이다. 악시오스는 이번 사안이 미·중 기술 패권 경쟁 속에서 국가안보 우려를 낳고 있다고 짚었다. 1993년 엔비디아를 공동 창업한 황 CEO는 실리콘밸리에서 가장 오랫동안 재임한 창업자 겸 CEO 중 한 명이다. FT는 엔비디아의 성공이 다른 기술기업보다 최고경영자에게 크게 의존하고 있다고 평가했다. 황 CEO는 수평적 조직 구조를 엔비디아의 빠른 실행력 비결로 꼽아 왔다. 엔비디아 시가총액은 2023년 약 1조달러에서 현재 4조5000억달러로 확대됐다. 존 리조 엔비디아 공공정책 커뮤니케이션 책임자는 악시오스에 낸 성명에서 "오늘 나온 소식이 엔비디아의 행보를 늦추지는 않을 것"이라며 "젠슨은 중단 없이 CEO로서 엔비디아를 계속 이끌겠다는 의지가 확고하다"고 말했다. 젠슨 황 엔비디아 최고경영자(CEO).[사진=로이터 뉴스핌] kwonjiun@newspim.com 2026-11-09 06:38
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'2000달러' 아이폰 듀오에 검은 여백 뜬다고? [서울=뉴스핌] 서영욱 기자 = 애플의 첫 폴더블 스마트폰 '아이폰 듀오(iPhone Duo)'가 출시 초기 화면 파손에 이어 애플리케이션(앱) 최적화 문제로 논란을 겪고 있다. 대화면을 충분히 활용하지 못하는 앱이 적지 않은 데다 멀티태스킹 기능에도 일부 제약이 있다는 지적이다. 애플은 최적화 앱을 빠르게 늘리고 문제가 발생한 제품을 교체하며 대응에 나섰다. 9일 해외 IT 매체 씨넷(CNET)과 맥루머스 등에 따르면 지난달 23일 출시된 아이폰 듀오는 일부 주요 앱이 7.6인치 내부 화면에 최적화되지 않아 화면 양옆에 검은 여백이 나타나는 현상이 확인됐다. 애플의 첫 폴더블 스마트폰 '아이폰 듀오' [사진 = 뉴스핌DB] 구글 문서·드라이브·시트·슬라이드와 마이크로소프트 팀즈, 페이팔, 스타벅스 등 주요 앱이 대표적이다. 앱 실행 자체에는 문제가 없지만 넓어진 화면을 충분히 활용하기 어렵다는 평가다. 특히 지메일은 화면 전체를 채우지만 안드로이드 폴더블폰에서 지원하는 2열 분할 화면을 제공하지 않아 대화면 활용도가 떨어진다는 지적을 받았다. 애플의 공식 쇼핑 앱인 애플스토어 역시 최적화가 이뤄지지 않은 앱으로 분류됐다. 멀티태스킹 기능에서도 차이가 나타난다. 폰아레나에 따르면 아이폰 듀오는 가로 모드에서만 두 개의 앱을 나란히 실행할 수 있다. 세로로 회전하면 화면 분할이 해제된다. 삼성전자 갤럭시 Z 폴드 시리즈가 지원하는 3개 앱 동시 실행과 자유로운 팝업 창 기능도 제공하지 않는다. 초기 폴더블폰에서 앱 최적화가 단계적으로 진행되는 것은 일반적인 현상이다. 실제 넷플릭스와 유튜브, 마이크로소프트 워드, 줌 등 상당수 앱은 이미 최적화를 마쳤다. 애플은 지난 6일 아이폰 듀오에 최적화된 앱이 10만개를 넘어섰으며 매일 수천개씩 추가되고 있다고 밝혔다. 하드웨어 내구성 문제도 남아 있다. 일부 사용자들이 힌지 부근에서 소음이나 저항이 발생한 뒤 내부 화면이 파손됐다고 신고했다. 애플은 소수 제품에서 문제가 발생한 사실을 인정하고 교체를 안내했다. 다만 정확한 원인과 영향 범위는 공개하지 않았다. 아이폰 듀오의 초기 판매 수요가 공급을 웃도는 가운데 향후 앱 최적화 확대와 품질 문제 해결 속도가 제품 평가를 좌우할 전망이다. syu@newspim.com 2026-11-09 10:32
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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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