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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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서울 집값 다시 불 붙었다…1년새 15.5%↑ [서울=뉴스핌] 이동훈 선임기자 = 지난 8월 서울 아파트 매매 실거래가가 1년 전보다 15.5% 올랐다. 이는 2021년 11월 이후 57개월 만에 가장 높은 전년 동월 대비 상승률이다.  매맷값은 동북권(강북·도봉·노원·성북·중랑·동대문·성동·광진구)에서 높게 올랐으며 전셋값은 서남권(강서·양천·영등포·구로·금천·동작·관악구)에서 큰 오름폭을 보였다. 반면 동남권은 매맷값과 전셋값이 모두 하락했다.  22일 서울시의 한국부동산원 아파트 가격동향조사 통계 분석에 따르면 올해 8월 서울 아파트 매매 실거래가는 전월 대비 0.72% 상승했다. 권역별로는 서초·강남·송파·강동구가 속한 동남권이 전월 대비 0.29% 하락한 반면 나머지 권역은 모두 올랐다. 특히 동북권은 1.54%, 도심권(종로·중·용산)은 1.06% 오르며 높은 상승률을 나타냈다. 올해 1월과 비교하면 서울 전체 아파트 가격은 8.3% 올랐다. 권역 중에는 동북권이 11.5%, 서남권이 8.4%로 상대적으로 오름폭이 컸다. 면적별로는 모든 구간에서 가격이 올랐다. 특히 전용면적 85㎡ 초과 135㎡ 이하인 중대형 아파트가 전월 대비 1.32%로 가장 큰 오름폭을 기록했다. 8월 아파트 전세 실거래가는 전월 대비 0.30%, 전년 동월 대비 11.31% 상승했다. 권역별로는 서남권이 1.30%, 서북권(은평·서대문·마포)이 0.17% 올랐다. 반면 도심권(-0.35%)과 동북권(-0.10%), 동남권(-0.08%)은 하락했다. 면적별로는 135㎡ 초과 대형 아파트가 전월 대비 2.41% 올라 가장 큰 오름폭을 보였다. 중대형 아파트도 1.50% 오르는 등 면적이 큰 아파트가 전셋값 상승을 이끌었다. 아파트 매매거래량은 감소세를 보였다. 서울시에 따르면 이달 16일 기준 9월 서울 아파트 거래량은 전월 대비 18.3% 감소한 2923건으로 집계됐다. 다만 부동산 거래 신고 기한이 계약일로부터 30일 이내인 만큼 9월 계약분 신고는 앞으로 늘어날 수 있다. 아파트 거래량은 다주택자 양도세 중과 유예 종료를 앞두고 거래가 몰린 5월(8987건) 이후 대체로 3000~5000건대를 기록하고 있다. 실거래가 구간별로 보면 15억원 이하 거래 비중은 5월 72.3%에서 8월 79.5%로 확대됐다. 다만 9월에는 78.1%로 소폭 축소됐다. 자치구별로는 노원구가 332건으로 가장 많은 거래량을 기록했다. 노원구의 15억원 이하 거래 비중은 99.7%, 도봉·강북·금천구는 100%로 나타나 외곽지역의 중저가 실수요 거래가 두드러졌다. 서울시는 "4~5월 고가주택 절세 거래 증가로 15억원 이하 거래 비중이 일시 축소됐다"며 "이후 중저가 실수요 유입으로 8월까지 확대가 이어지다 비중이 다소 줄었다"고 분석했다. 9월 아파트 전세거래량은 6454건으로 전월(7862건) 대비 17.9% 줄었다. 월세 거래량도 7750건으로 한 달 전보다 6.4% 감소하며 전월세 거래가 모두 위축됐다. 전년 동월과 비교하면 전세와 월세 거래량은 각각 46.9%, 19.8% 줄어 가을 이사철에도 거래 위축이 두드러졌다. 전월세 거래 비중은 월세가 54.6%, 전세가 45.4%를 기록했다. 7~8월 전월세 거래 비중이 5대 5 수준을 유지하다 월세 비중이 다시 커졌다. 전세거래 중 갱신계약 비중은 9월 56.7%로 전월(57.9%) 대비 소폭 감소했고, 계약갱신요구권 사용 비중은 52.1%를 기록해 한 달 전(49.8%)보다 늘었다. donglee@newspim.com 2026-10-22 09:15
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AI가 각국 웹사이트 치명적 결함 찾아냈다고? [뉴욕=뉴스핌] 김민정 특파원 = 널리 쓰이는 프로그래밍 언어 PHP에서 치명적 취약점이 공개되면서 21일(현지시간) 유럽을 비롯한 각국 정부 웹사이트가 잇따라 차단됐다. PHP 개발진은 이날 긴급 수정판을 내놓으며 모든 이용자에게 "즉시 업데이트할 것을 권고한다"고 밝혔다. 취약점은 수년간 소프트웨어 안에 숨어 있다가 인공지능(AI)을 통해 발견됐다. 일부 해커가 이미 결함을 악용하고 있다는 경고가 나오면서 유럽 각국 정부 기관은 예방 차원에서 사이트를 내렸다. PHP는 1990년대 초 등장한 언어로 처음에는 '퍼스널 홈 페이지'의 약자였다. 방문자가 페이지를 열면 서버가 내용을 조립해 브라우저로 보내는 역할을 한다. 자원봉사자들이 관리하는 무료 오픈소스 소프트웨어다. 웹 기술 조사업체 W3테크스에 따르면 프로그래밍 언어가 확인되는 웹사이트의 약 75%가 PHP로 돌아간다. 워드프레스와 드루팔, 줌라, 마젠토가 모두 PHP 기반이다. 워드프레스 하나만 해도 전체 웹사이트의 약 43%를 떠받친다. 드루팔협회의 티퍼니 패리스 임시 최고경영자(CEO)는 "지난 20년간 공개된 모든 PHP 버전을 쓰는 서버가 취약하다"며 "이 문제는 인터넷 대부분에 영향을 미친다"고 말했다. 인터넷 정보업체 센시스 자료에 따르면 조사 대상 호스트 260만 곳 가운데 약 150만 곳이 아직 수정판이 없는 버전을 쓰고 있다. 21일(현지시간) 네덜란드 정부 포털 오베르헤이트(Overheid.nl) 접속 시 뜨는 안내 화면. 프로그래밍 언어 PHP의 보안 취약점 공개 이후 사이트가 차단된 상태다.[사진=웹사이트 캡처] 2026.10.22 mj72284@newspim.com ◆ AI가 찾아낸 결함 이번 취약점은 AI를 통해 발견됐다. 보안업체 두 곳이 각각 보고서를 냈다. 보안업체 칼리프는 블로그에서 8월 1일 대규모언어모델의 도움으로 결함을 찾아냈고 이후 수정 작업을 해왔다고 밝혔다. 알파벳 산하 보안업체 위즈도 자사 AI 취약점 연구 도구와 구글 제미나이, 오픈AI 모델의 도움으로 같은 결함을 발견했다고 전했다. 위즈는 이 취약점이 10년 넘게 PHP 코드베이스에 숨어 있었고 사람이 찾아내기는 극도로 어려웠을 것이라고 설명했다. 회사는 "AI 이전에는 이런 수작업이 구현하기 어렵고 확장하기는 더 어려웠다"며 "AI로 이제 그 장벽이 사라졌다"고 했다. 킹스칼리지런던의 루카시 올레이니크 방문선임연구원은 "규모가 엄청나다"며 "AI로 악용이 순식간에, 대규모로 일어날 수 있다"고 우려했다. 백악관은 지난 16일 결함을 인지했다고 밝혔다. 백악관은 "이번 발견은 왜 AI 분야에서 미국의 주도권이 중요한지를 정확히 보여준다"며 "미국의 혁신이 국가 안보를 강화하는 것"이라고 했다. 피해는 유럽에서 두드러졌다. 네덜란드에서는 국가사이버보안센터가 먼저 자체 사이트를 내렸고 여러 기관이 뒤를 따랐다. 로테르담항과 정부 포털 오베르헤이트, 축구협회, 주요 정당 다섯 곳, 여러 병원 사이트가 포함됐다. 핀란드는 더 광범위했다. 국영 IT 서비스 제공업체 발토리가 정부 공공망 서비스를 예방 조치로 차단했다. 프랑스 내무부는 모든 웹사이트를 예방적 유지보수 상태로 전환했다. 덴마크 지방자치 IT 기업 콤비트는 전국 학교 소통 플랫폼을 포함한 여러 서비스를 중단했다. 각국 정상까지 나섰다. 네덜란드 총리는 상황을 면밀히 주시하고 있다고 밝혔고, 다카이치 사나에 일본 총리는 엑스에 웹사이트 소유자들에게 "운영 중인 사이트가 PHP를 쓰는지 확인하고 새 수정판을 적용할 준비를 하라"고 당부했다.   mj72284@newspim.com 2026-10-22 03:48
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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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