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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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국책은행 지방이전 일단 유보 [서울=뉴스핌] 정광연 기자 = 한국산업은행과 한국수출입은행, IBK기업은행 등 3대 국책은행의 지방행이 일단 유보됐다. 다만 정부가 '잔류 최소화'를 원칙으로 4분기 중 수도권 공공기관 이전계획 발표를 예고해 여전히 가능성은 높다는 관측이다. 이에 지방이전 전면 백지화를 요구하고 있는 금융노조는 내일 총파업을 시작으로 반대 투쟁 수위를 높인다는 방침이다. 정부가 노동계와의 대화를 약속했지만, 이전 실효성부터 대규모 직원 이탈 가능성까지 해결해야 할 과제가 적지 않아 정부와 노조 간의 극심한 갈등이 예상된다. 정부는 3일 관계부처 합동 '행정·공공기관 이전 및 공공기관 기능개혁' 관련 기자회견을 개최했다. [서울=뉴스핌] 이길동 기자 = 한성숙 국무총리가 3일 오전 서울 종로구 정부서울청사에서 행정·공공기관 이전 및 공공기관 기능개혁 관련 기자회견을 위해 브리핑룸에 입장하고 있다. 왼쪽부터 윤호중 행정안전부 장관, 한성숙 총리, 허장 재정경제부 2차관,김윤덕 국토교통부 장관. 2026.09.03 gdlee@newspim.com 중앙행정기관은 내년 상반기부터 규모 및 파급효과가 큰 기관부터 세종특별자치시로 이전 추진하고 수도권 공공기관 350여 곳은 올 4분기 중 이전계획을 발표한다는 게 정부 입장이다. 금융당국과 함께 거론됐던 한국산업은행과 한국수출입은행, IBK기업은행 등 3대 국책은행의 지방 이전 여부는 일단 유보됐다. 하지만 정부가 '잔류 최소화' 원칙을 강조하면서 여전히 가능성이 높다는 관측이다. 한성숙 국무총리는 "일부 이견과 이해관계의 벽이 없지 않겠으나 지방정부와 노동계 등 다양한 의견을 충분히 경청해 다수가 공감할 수 있는 합리적인 이전계획을 만들겠다"고 밝혔다. 3대 국책은행은 내일로 예정된 금융노조 총파업을 시작으로 지방 이전 반대 투쟁 수위를 단계적으로 높여갈 예정이다. 특히 노동계 의견을 충분히 경청하겠다고 밝힌 만큼 정부가 구체적인 대화 창구를 마련하고 금융노조와 적극적인 소통에 나서야 한다고 촉구했다. 지금까지는 단 한 번도 노조 의견을 수렴하지 않는 등 일방적인 행보를 보였다며 비판의 목소리도 높였다. 기업은행 노조 관계자는 "이전 실효성에 대한 의구심이 높고 구성원들의 반대가 크지만 정부 측에서 우리 의견을 공식적으로 문의한 적은 없다"며 "내일 총파업을 시작으로 향후 상황에 따라 필요하다는 쟁의권 확보 후 단독 파업 등도 검토할 것"이라고 말했다. 익명을 요구한 관계자는 "정부 관계자가 지방 이전은 협의 사안이 아니고 이전 지역에 대해서만 의견을 듣겠다며 고압적으로 나온 적이 있다. 이런 일방적인 태도라면 더 큰 반발만 이어질 것"이라고 질타했다. 전국금융산업노동조합은 27일 기자간담회를 열고 '8.28 총파업 총력투쟁 결의대회'와 '9.4 1차 총파업' 등 향후 투쟁계획을 밝히고, 총파업 돌입 배경과 주요 교섭 쟁점을 설명했다. [사진=금융노조] 실효성을 둘러싼 갑론을박도 예상된다. 산업은행을 부산으로 옮기려 했던 윤석열 정부의 경우, 이전 효과에 대한 객관적인 데이터를 요구하는 노조 의견을 묵살해 논란 확대를 자초한 바 있다. 금융 인프라가 수도권에 집중된 상황에서 국책은행만 지방으로 내려보내는 건 오히려 경쟁력을 약화시키는 결과로 이어질 수 있다는 게 금융권의 지적이다. 따라서 정부가 얼마나 객관적인 데이터와 맞춤형 계획을 내놓는지에 따라 여론이 달라질 수 있다는 관측이다. 직원들을 위한 이전 지원책도 관건으로 꼽힌다. 다만 이미 다수의 국책은행 직원들이 지방으로 이동할 경우 퇴사나 이직을 하겠다는 의사를 밝히고 있어 어떤 대책을 내놓더라도 대규모 이탈을 막기 어렵다는 전망이 우세하다. 3대 국책은행의 지방 이전 여부는 4분기 중 결정될 예정이다. '본사 소재지를 서울에 둔다'는 관련법 개정이 필요하지만, 정부·여당이 과반이 넘는 의석을 차지한 만큼 대상으로 지정되면 이후 행정적 절차는 빠르게 진행될 가능성이 높다. 이에 금융노조는 총파업을 기점으로 이전 반대 투쟁을 더욱 강화한다는 방침이다. 정부가 마련하는 대화 테이블에서 어떤 중재안이 마련될 수 있을지에 관심이 모아진다. 금융노조는 "내일 총파업에서도 지방이전 반대 목소리를 높일 것"이라며 "현재 정부와는 민주노총과 한국노총 등 양대노총 공대위 공동으로 국토부(지방이전), 재경부(통폐합)와 노정협의를 진행 중이다. 앞으로 계속 논의를 이어가겠다"고 밝혔다. peterbreak22@newspim.com 2026-09-03 13:49
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다음 주까지 맑고 선선한 날씨 [서울=뉴스핌] 유재선 기자 = 당분간 선선하고 건조한 공기가 유입돼 기온과 습도가 함께 낮아지면서 후텁지근한 늦더위가 한풀 꺾이겠다. 다음 주까지 서쪽과 내륙 지역은 대체로 맑겠으나 동풍 영향을 받는 동해안과 제주도에는 강한 바람이 불겠고 비가 내리는 곳이 있겠다. 기상청은 3일 정례브리핑에서 "오는 4일부터 상대적으로 선선하고 수증기가 적은 공기로 바뀌면서 체감 더위가 완화될 것"이라며 "오늘 오후에는 전국 대부분 지역에서 폭염특보가 해제될 것"이라고 예보했다.  당분간 선선하고 건조한 공기가 유입돼 기온과 습도가 함께 낮아지면서 후텁지근한 늦더위가 한풀 꺾이겠다. [사진=뉴스핌 DB] 더위가 누그러지는 이유는 한반도에 영향을 주던 덥고 습한 열대 공기가 물러나고 북쪽에서 선선하고 건조한 공기가 유입된다는 데 있다. 금요일인 오는 4일에는 북쪽 고기압의 영향이 본격화하면서 전국 대부분 지역이 대체로 맑겠다. 다만 동풍이 직접 유입되는 동해안은 구름이 많고 비가 내리는 곳이 있겠다. 주말에는 북쪽 고기압과 남쪽 제24호 태풍 '크로반' 사이의 기압 차가 커지면서 동풍이 더욱 강해지겠다. 동해안과 제주도에서는 동풍이 산지를 타고 오르는 과정에서 비구름이 발달해 비가 내리는 곳이 있겠다. 다음 주에도 북쪽 고기압의 영향으로 맑은 날이 이어지겠다. 다만 동풍 영향을 직접 받는 강원 영동과 제주도는 구름이 많겠고 비가 내릴 가능성도 있다. 지역별 기온 차도 나타나겠다. 동풍이 바다에서 바로 유입되는 강릉 등 동해안은 구름과 비의 영향까지 더해지면서 낮 최고기온이 25도 안팎에 머무는 날이 있겠다. 반면 광주 등 서쪽 지역은 동풍 영향을 상대적으로 적게 받아 낮 기온이 30도 안팎까지 오르는 곳이 있겠다. 다만 이전보다 습도가 낮아지면서 최근과 같은 후텁지근한 폭염은 나타나지 않을 전망이다. 날씨가 선선해지면서 아침 기온이 20도 아래로 내려가는 지역은 점차 늘어나고 낮 기온이 30도 이상 오르는 지역은 줄어들겠다. 날씨가 맑은 지역에서는 밤사이 지면의 열이 빠르게 빠져나가면서 아침 기온은 낮아지고 낮에는 다시 기온이 오르는 등 낮과 밤의 기온 차가 크겠다. 동풍이 강하게 지속되면서 동해안과 남해안, 제주도는 강풍과 너울 영향을 받겠다. 남해안과 제주도, 일부 산지를 중심으로 바람이 강하게 불겠고 남해상과 제주도 해상에는 풍랑경보가 내려질 가능성도 있다. 제주도에서는 강풍으로 항공기 운항에 차질이 발생할 수 있다. 제24호 태풍 크로반이 우리나라로 직접 북상할 가능성은 낮을 전망이다. 크로반은 오는 4일까지 북상한 뒤 북쪽 고기압에 가로막혀 남동쪽으로 물러날 것으로 예상된다. 기상청은 "현재로서는 태풍이 우리나라로 북상할 가능성은 낮다"면서도 "우리나라에 직접 접근하지는 않지만 북쪽 고기압과의 기압 차를 키우면서 동풍과 해상의 바람을 강화할 수 있다"고 설명했다. jason14@newspim.com 2026-09-03 14:27
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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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