전체기사 최신뉴스 GAM
KYD 디데이
홈 산업 생활경제

속보

더보기

[김정호의 4차혁명 오딧세이] 인공지능 필수지식 '이산수학' 아시나요

기사입력 :

최종수정 :

※ 본문 글자 크기 조정

  • 더 작게
  • 작게
  • 보통
  • 크게
  • 더 크게

※ 번역할 언어 선택

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]  

[뉴스핌 베스트 기사]

사진
"국민·장병께 죄송"...유승민 체육회장, '군 면제' 사과 [서울=뉴스핌] 박상욱 기자 = 2026 아이치·나고야 아시안게임에서 사상 첫 4연패를 달성하고도 일부 선수의 경솔한 발언으로 뭇매를 맞은 남자 축구대표팀 파문과 관련, 유승민 대한체육회장이 국민과 국군 장병에게 공식으로 고개를 숙였다. 아시안게임 여정을 마친 한국 선수단 본단은 5일 오후 인천국제공항 제2터미널을 통해 귀국했다. 유승민 회장을 비롯해 이상현 선수단장, 댄스스포츠, 레슬링, 리듬체조, 스포츠클라이밍, 테니스 대표팀 등 선수단 90여 명이 함께 입국했다. 문화체육관광부와 대한체육회는 공항에서 환영 행사를 열고 16일 동안 열전을 치른 선수들을 격려했다. [서울=뉴스핌] 박상욱 기자 = 유승민 대한체육회장. [사진=대한체육회] 2026.10.05 psoq1337@newspim.com 이 자리에서 유 회장은 최근 정치권으로까지 번진 축구대표팀의 병역 특례 발언 논란에 대해 직접 입을 열었다. 유 회장은 "일부 선수의 경솔한 발언으로 상처받으신 국민 여러분과 국군 장병 여러분께 체육회를 대표해서 심심한 사과의 말씀을 드린다"고 밝혔다. 앞서 아시안게임 남자 축구대표팀은 결승전에서 일본을 1-0으로 꺾고 금메달을 목에 걸었다. 아시안게임 사상 첫 4연패라는 대기록을 썼으나 우승 직후 일부 선수의 언행이 도마에 올랐다. 주장 이기혁은 경기 후 인터뷰에서 "군대 안 간다"고 웃으며 말했고 양민혁은 "군 면제라는 보상 하나만 보고 경기를 뛰었다"고 해 비판을 받았다. 막내 박승수는 라커룸에서 '전역모'를 쓴 사진을 SNS에 올렸다가 삭제했다. 병역 혜택을 지나치게 가볍게 여겼다는 여론이 비등했고 정치권에서도 제도를 재검토해야 한다는 목소리가 커졌다. 논란이 확산하자 전날 결산 기자회견에서 재발 방지를 약속했던 유 회장이 귀국 현장에서도 직접 사과에 나선 것이다. 대한축구협회 역시 국가대표 소양 및 윤리 교육을 강화해 사회적 눈높이에 맞는 품행 관리에 나서겠다고 고개를 숙였다. psoq1337@newspim.com 2026-10-05 21:06
사진
폭염·AG 뚫고...1236만명 역대 최다 관중 신기록 [서울=뉴스핌] 박상욱 기자 = 2026시즌 프로야구 KBO리그가 역대 단일 시즌 최다 관중 기록을 새롭게 썼다. 한국야구위원회(KBO)는 5일 전국 5개 구장에 총 9만5922명이 입장해 시즌 누적 관중 1236만2000명(평균 1만7685명)을 기록했다고 밝혔다. 지난해 세웠던 종전 최다 기록인 1231만2519명을 갈아치우며 역대 최다 관중 신기록을 수립했다. 올 시즌 프로야구는 수많은 악재를 딛고 흥행 질주를 이어갔다. 지난 8월 기록적인 폭염으로 30경기가 취소됐고, 2026 아이치·나고야 아시안게임 기간에는 주축 선수들이 대표팀에 차출되는 변수가 발생했다. 하지만 식지 않은 야구 열기는 관중 신기록이라는 결실로 이어졌다. 기록 경신 페이스는 역대급이었다. 개막 55경기 만에 100만 관중을 돌파한 KBO리그는 100만 단위 돌파 기록을 차례로 갈아치웠다. 지난 1일에는 역대 최소인 684경기 만에 1200만 고지를 밟았고 이날 699경기 만에 시즌 최종 최다 관중 기록까지 경신했다. [서울=뉴스핌] 박상욱 기자 = 올해 누적 관중 1206만 9596명을 기록한 지난 1일 SSG랜더스 홈구장 모습. [사진=SSG 랜더스] 2026.10.05 psoq1337@newspim.com 경기당 평균 관중은 1만7685명으로 지난해 동일 경기 수 대비 약 4% 증가했다. 전체 치른 경기 중 47.4%에 달하는 331경기가 매진됐으며 리그 전체 좌석 점유율은 85.2%를 기록했다. TV 시청률과 평균 시청자 수도 지난해보다 일제히 상승하며 안방극장까지 야구 열풍이 번졌다. 구단별 흥행 성적도 눈부시다. 삼성 라이온즈가 166만9050명으로 관중 동원 1위에 올랐고 LG 트윈스(157만4738명)와 두산 베어스(148만3772명)가 뒤를 이었다. 롯데 자이언츠(128만2929명), KIA 타이거즈(121만7388명), SSG 랜더스(121만3900명), 한화 이글스(112만950명)에 이어 이날 롯데를 꺾고 정규시즌 우승을 확정한 KT 위즈(100만4272명)까지 합류했다. NC 다이노스와 키움 히어로즈를 제외한 8개 구단이 100만 관중을 돌파한 것은 KBO리그 역사상 최초다. 출범 첫해인 1982년 143만여 명으로 출발한 KBO리그는 2024년 처음 1000만 관중 시대를 열었다. 이어 지난해 1200만 관중을 돌파한 데 이어 올해 또다시 신기록을 작성했다. 아직 정규시즌 잔여 21경기가 남아 있어 역대 최초의 1240만 관중 돌파를 향한 신기록 행진은 계속될 전망이다. psoq1337@newspim.com 2026-10-05 19:35
기사 번역
결과물 출력을 준비하고 있어요.
종목 추적기

S&P 500 기업 중 기사 내용이 영향을 줄 종목 추적

결과물 출력을 준비하고 있어요.

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.
안다쇼핑
Top으로 이동