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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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'내란 가담' 박성재 1심 징역 25년형 [서울=뉴스핌] 박민경 기자 = 12·3 비상계엄에 가담한 혐의로 기소된 박성재 전 법무부 장관에게 중형이 선고됐다. 서울중앙지법 형사합의33부(재판장 이진관)는 22일 내란 중요임무 종사, 직권남용권리행사방해 등 혐의로 재판에 넘겨진 박 전 장관에게 징역 25년을 선고했다. 재판부는 박 전 장관이 증거를 인멸할 우려가 있다고 보고 법정구속했다. 계엄 해제 직후 이뤄진 '안가 회동'에서 계엄에 관한 논의가 없었다는 취지로 국회에서 위증한 혐의로 함께 기소된 이완규 전 법제처장에게 공소기각 판결했다. 12·3 비상계엄에 가담한 혐의로 기소된 박성재 전 법무부 장관에게 중형이 선고됐다. 사진은 내란중요임무종사 혐의로 기소된 박 전 장관이 22일 오후 서울 서초구 서울중앙지방법원에서 열린 1심 선고 공판에 출석하고 있는 모습. [사진=뉴스핌DB] 재판부는 박 전 장관이 2024년 12월 3일 비상계엄 선포 직후 법무부 간부 회의를 소집해 검사 파견을 검토하고 교정시설 점검 등을 지시한 행위를 윤석열 전 대통령의 내란 범죄에 가담한 것으로 판단, 내란 중요임무 종사 혐의를 유죄로 인정했다. 재판부는 "피고인은 국무위원으로서 헌법과 법률을 준수하고 수호할 헌법적 의무를 부담한다"며 "그럼에도 12·3 내란이 성공할지도 모른다는 생각에 의무를 외면하고 가담을 선택했다"고 지적했다. 교정시설 수용 여력 점검, 출국금지 담당 직원 출근을 지시하며 직권을 남용한 혐의도 유죄로 판단했다. 비상계엄 해제 직후 법무부 검찰과에 계엄을 정당화하는 논리가 담긴 '권한 남용 문건'을 작성하게 한 직권남용 혐의 역시 유죄로 봤다. 재판부는 양형이유에 대해 "12·3 비상계엄은 윤석열 전 대통령의 위헌·위법한 비상계엄 선포와 포고령 발령, 군·경을 동원한 국회 통제 시도 등으로 이뤄진 내란행위에 해당한다"며 "권력 핵심부가 주도한 '위로부터의 내란'이자, 친위 쿠데타의 성격을 가진다"고 밝혔다. 이어 "국제사회에서 대한민국의 위상을 훼손하고 수십 년간 쌓아온 민주주의 성과를 위협한 중대한 범죄"라며 "비상계엄이 조기에 실패한 것은 시민과 국회의 대응 덕분일 뿐, 피고인들의 행위가 가볍다고 볼 수는 없다"고 지적했다. 아울러 "피고인은 수사기관과 법정에서 서슴없이 허위 진술하거나 '아무런 기억이 나지 않는다'고 진술했다"며 "신문 과정에서 '많은 책임감을 느끼고 죄송하다'고 했으나, 이런 태도에 비추어 그 진정성을 인정하기 어렵다"고 판시했다. [서울=뉴스핌] 사진공동취재단 = 12.3 비상계엄 해제 직후 안가 회동과 관련해 국회에서 위증한 혐의를 받는 이완규 전 법제처장이 22일 오후 서울 서초구 서울중앙지방법원에서 열린 1심 선고 공판에 출석하고 있다. 2026.06.22 photo@newspim.com 다만 김건희 여사로부터 서울중앙지검에 명품 가방 수수 사건 전담 수사팀이 구성된 경위를 파악해달라는 취지의 청탁을 받은 후 하급자에게 부적절한 지시를 내린 혐의(청탁금지법 위반)에 대해선 공소기각을 선고했다. 이 사건이 내란 특검법에서 정한 수사 대상에 해당하지 않으므로 특검에게 수사권과 공소권이 없다는 판단이다. 재판부는 같은 이유로 이 전 처장의 국회증언감정법 위반 혐의에 대해서도 공소기각을 선고했다. 내란 특검팀(특별검사 조은석)은 지난 4월 열린 결심공판에서 박 전 장관에게 징역 20년, 이 전 처장에게 징역 3년을 각각 구형한 바 있다. 장우성 특검보는 박 전 장관 1심 선고와 관련해 "위헌·위법한 비상계엄 선포를 막고 헌정질서를 수호해야 할 법무부 장관의 책무를 확인한 판결"이라며 "김건희 여사 수사무마 청탁금지법 위반 혐의와 이완규 전 법제처장 공소기각 부분은 종합특검 수사 대상 해당 여부를 검토해 인계할 수 있고, 이번 사건에 대한 항소 가능성은 낮다"고 말했다. pmk1459@newspim.com 2026-06-22 16:10
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李대통령 지지율, 5주 연속 하락세 [서울=뉴스핌] 김미경 기자 = 이재명 대통령의 국정수행 지지율이 5주 연속으로 하락하면서 취임 이후 처음으로 40%대 지지율을 기록했다.  여론조사 전문기관인 리얼미터가 22일 공개한 6월 3주차 주간집계(에너지경제신문 의뢰, 15~19일 조사, 무선 100% 임의번호 자동응답(ARS)방식, 중앙선거여론조사심의위원회 홈페이지 참조) 결과를 보면 이 대통령 국정수행 긍정평가는 46.7%로 지난주보다 4.8%포인트(p) 하락했다. 이 대통령의 지지율이 50% 미만으로 떨어진 것은 취임 후 처음이다. 이재명 대통령 6월 3주차 국정수행 평가. [그래프=리얼미터] 부정평가는 49.7%로 5.5%p 올랐다. 긍·부정 평가가 오차범위 안이었다. '잘 모르겠다' 3.6%였다. 리얼미터는 6·3 지방선거 투표용지 부족 사태로 인한 책임론 확산과 집권 여당 더불어민주당 당권 갈등이 정국 전반의 부정적 영향을 준 것으로 분석했다. 특히 이 대통령의 유럽 순방 성과와 코스피 9000선 돌파에도 되레 자산시장 양극화 우려가 커지면서 중도층과 수도권을 중심으로 지지층 이탈이 나타났다고 리얼미터는 판단했다. 권역별로는 대구·경북(9.9%p) 하락세가 가장 컸고, 인천·경기(7.6%p), 서울(7.4%p)도 큰 낙폭을 보였다. 연령대별로는 50대(9.1%p) 지지층의 이탈이 가장 많았고, 20대(6.2%p)와 40대(5.5%p)에서도 하락세가 두드러졌다. 6월 3주차 정당 지지도. [그래프=리얼미터] 정당 지지도(18~19일 조사)에서는 민주당이 40.1%로 2.1%p 올랐고 국민의힘이 42.3%로 2.0%p 떨어졌다. 이어 개혁신당 3.4%, 조국혁신당 2.9%, 진보당 1.7% 순으로 조사됐다. 무당층은 7.7%였다. 리얼미터는 국민의힘 지지율이 하락한 것은 선거관리 부실 사태를 전면 재선거·사전투표 폐지로 확대한 것을 부정 요인으로 꼽았다. 장동혁 국민의힘 대표를 향한 사퇴 요구로 당내 갈등이 불거지며 보수층 결집력이 약화한 것으로 봤다. 민주당은 선거 부실 관리에 대한 여야 국정조사 합의 등 수습 국면과 정청래 민주당 대표가 이 대통령의 순방 성과를 치켜세우며 '단합'을 부각하고 있는 것이 지지층 결집으로 이어졌다고 분석했다. the13ook@newspim.com 2026-06-22 10:18
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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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