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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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동계올릭픽 메달 원가 따져보니 [서울=뉴스핌] 장환수 스포츠전문기자= 금·은값이 하늘 끝까지 치솟은 2026년 밀라노·코르티나담페초 동계올림픽 메달은 명예에 더해 현금 가치로도 역대급을 기록하게 됐다. 이번 동계올림픽에 걸릴 메달은 금·은·동 245개씩 모두 735개다. 동계올림픽에 이어 열리는 패럴림픽에선 모두 411개의 메달(금·은·동 각 137개)이 새 주인을 기다리고 있다. 이탈리아국립조폐국은 '두 도시가 만나 하나가 된다'는 콘셉트로 메달을 제작했다. 밀라노와 코르티나담페초, 두 개최 도시를 상징하는 반쪽이 맞물려 하나의 원을 이루는 디자인이다. 겉으로 보기엔 하나지만, 실제로는 서로 다른 두 조각이 만나 완성되는 구조라 공동 개최의 메시지를 시각적으로 풀어냈다. 한쪽 면엔 올림픽 오륜기가, 반대편에는 종목명과 이번 대회의 엠블럼이 새겨진다. 2026 밀라노·코르티나담페초 동계올림픽 금메달. [사진=IOC] 2026 밀라노·코르티나담페초 동계올림픽 금메달. [사진=IOC] 환경·지속가능성도 이번 메달의 키워드다. 올림픽 역사상 처음으로 금속 폐기물에서 회수한 재활용 금속을 써서 메달을 제작했고, 주조 과정 역시 100% 재생에너지로 작동하는 유도 가열로에서 이뤄졌다. 환경 비용을 줄이려는 올림픽의 방향이 담겨 있다. 금메달은 500g짜리 순은에 6g의 순금을 도금해 총 506g, 은메달은 순은 500g, 동메달은 구리 420g이다. 규정상 금메달은 최소 92.5% 이상 은으로 만들어야 하고, 여기에 6g의 금으로 도금을 해야 한다. 메달 지름은 80㎜, 두께는 10㎜로 손에 쥐면 묵직함이 전해진다. 문제는 최근 몇 년 사이 치솟은 금과 은의 시세다. 2024 파리 올림픽 이후 금 현물 가격은 약 107%, 은은 약 200% 급등했다. 시세를 적용하면 이번 동계올림픽 금메달 1개의 재료비는 2300달러(약 337만 원)에 이른다. 파리 올림픽 때보다 두 배 이상 비싸진 셈이다. 은메달은 1400달러(약 205만 원)로 파리 때의 세 배를 넘었다. 상대적으로 재료값이 저렴한 동메달은 5.6달러(약 8350원) 수준이다. 메달의 진짜 가치는 선수의 땀과 눈물에 있지만, 숫자로만 따져도 역대급이라는 표현이 과장이 아니다. 올림픽 메달은 초창기엔 지금과 같은 모양도, 지금 같은 가치도 아니었다. 1회 근대올림픽인 1896 아테네 대회에서 1위에게 주어진 건 금이 아니라 은메달이었다. 2위는 동메달, 3위는 아예 메달이 없었다. 당시 은메달은 지름 48㎜, 두께 3.8㎜로 지금보다 훨씬 작고 얇았다. 1900 파리 올림픽에선 금·은·동메달 시상 체계가 도입됐지만, 모양은 지금과 다른 사각형(가로 42㎜, 세로 60㎜)이었다. 우리가 익숙한 둥근 모양의 메달과 순금 금메달은 1904 세인트루이스 올림픽에서 처음 등장했다. 하지만 순금 메달의 시대는 길지 않았다. 1912 스톡홀름 올림픽을 마지막으로, 금메달은 순금이 아닌 은 위에 금을 도금하는 방식으로 바뀌었다. 금값이 치솟을 때마다 순금 메달의 귀환을 기대하는 목소리가 나오지만, 지금처럼 금과 은 가격이 폭등한 시대에는 현실적으로 불가능에 가까운 얘기다. 2022 베이징 동계올림픽 스노보드 여자 하프파이프에서 금메달을 딴 클로이 김. [사진=로이터 뉴스핌] 2022 베이징 동계올림픽 쇼트트랙 여자 1500m에서 올림픽 2연패를 이룬 최민정. [사진=로이터 뉴스핌] 역대 올림픽 최다 메달리스트는 '수영 황제' 마이클 펠프스(미국)다. 그는 올림픽에서만 금 23개, 은 3개, 동 2개로 28개의 메달을 목에 걸었다. 동계올림픽 무대에서는 노르웨이가 메달 역사를 이끌어왔다. 동계 최다 메달리스트는 여자 크로스컨트리 스키의 전설 마리트 비에르겐으로 금 8개, 은 4개, 동 3개로 15개의 메달을 수확했다. 최다 금메달 기록도 비에르겐이 올레 에이나르 비에른달렌(남자 바이애슬론·금 8·은 4·동 1), 비에른 댈리(남자 크로스컨트리 스키·금 6·은 4)와 나란히 8개를 보유 중이다. 동계올림픽에서 메달을 10개 이상 따낸 선수는 지금까지 7명뿐이다. 한국은 남자 스피드스케이팅의 이승훈이 금 2개, 은 3개, 동 1개로 6개의 메달을 따내 동계 최다 메달리스트로 자리 잡았다. 최다 금메달은 여자 쇼트트랙 레전드 전이경이 보유한 4개다. 이제 시선은 7일(한국시간) 새벽 개회식이 열리는 밀라노·코르티나의 빙판과 설원으로 향한다. 쇼트트랙 여자대표팀 에이스 최민정(성남시청)은 이미 금 3개, 은 2개를 목에 건 상태다. 이번 대회에서 메달을 보태면 최다 메달과 금메달 기록을 동시에 갈아치울 수 있다. zangpabo@newspim.com 2026-02-06 10:09
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경찰, '1억 의혹' 강선우·김경 영장 신청 [서울=뉴스핌] 고다연 기자 = 공천헌금 1억원 의혹을 수사하는 경찰이 강선우 무소속 국회의원과 김경 전 서울시의원에 대한 구속영장을 신청했다. 5일 경찰에 따르면 서울경찰청 공공범죄수사대는 이날 오전 9시 정치자금법 위반, 배임수재, 청탁금지법 위반 혐의로 강 의원에 대해 구속영장을 서울중앙지검에 신청했다. 김 전 시의원에 대해서는 정치자금법 위반, 배임증재, 청탁금지법 위반 혐의를 적용했다. 강선우 무소속 국회의원, 김경 전 서울시의원 [사진=뉴스핌 DB] 경찰은 구속영장에 뇌물죄 혐의는 적용하지 않았다. 판례를 검토한 결과 정당 공천은 자발적 조직 내부 의사결정으로 이번 의혹은 뇌물죄 구성 요건인 공무가 아닌 당무에 해당한다고 봤다. 다만 경찰은 추가 조사 등을 통해 두 사람을 검찰에 최종 송치할 때는 뇌물죄를 적용할 수 있는지 검토할 예정이다. 강 의원은 2022년 지방선거를 앞두고 김 전 시의원으로부터 공천 대가로 1억원을 받았다가 돌려준 혐의 등을 받고 있다. 강 의원은 두 차례 경찰에 출석해 조사를 받았다. 김 전 시의원은 네 차례 소환조사를 받았다. 현재 공천헌금 수수 당시 상황 등에 대한 두 사람의 진술은 엇갈리고 있다. 구속영장이 신청됐지만 강 의원이 현역 의원이라는 점이 중요 변수로 꼽힌다. 헌법 제44조에 따라 경찰은 현역 의원을 회기 중에 국회 동의 없이 체포·구금할 수 없다. 검찰이 강 의원에 대한 구속영장을 청구하면 체포동의안은 국회에 제출된 뒤 처음 열리는 본회의에 자동 보고된다. 이후 24시간이 지난 시점부터 72시간 이내 본회의를 열어 표결해야 한다. 의원 체포동의안은 재적의원 과반 출석에 출석의원 과반 찬성으로 의결된다. 한편 강 의원은 지난 3일 경찰 조사를 마치고 나오면서 '불체포특권을 유지할 것이냐'는 취재진 질문에 답하지 않았다. gdy10@newspim.com 2026-02-05 10:12
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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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