전체기사 최신뉴스 GAM
KYD 디데이
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
'한덕수 재판 위증' 尹 오늘 선고 [서울=뉴스핌] 박민경 기자 = 한덕수 전 국무총리의 내란 재판에 증인으로 출석해 허위 증언한 혐의로 추가 기소된 윤석열 전 대통령의 1심 선고기일이 28일 열린다. 서울중앙지법 형사합의32부(재판장 류경진)는 이날 오전 10시 윤 전 대통령의 위증 혐의 1심 선고기일을 진행한다. 내란 특검팀(특별검사 조은석)은 지난 결심 공판에서 윤 전 대통령에게 징역 2년의 실형을 구형했다. 이에 윤 전 대통령 측은 위증죄가 성립하지 않아 무죄가 선고되어야 한다고 맞섰다. 한덕수 전 국무총리의 내란 재판에 증인으로 출석해 허위 증언한 혐의로 추가 기소된 윤석열 전 대통령의 1심 선고기일이 28일 열린다. 사진은 윤 전 대통령. [사진=뉴스핌DB] 윤 전 대통령은 지난해 11월 한 전 총리의 내란 중요임무 종사 등 혐의 재판에 증인으로 출석해 한 전 총리의 건의 전부터 국무회의를 계획한 것처럼 허위로 증언한 혐의로 기소됐다. 당시 재판에서 한 전 총리가 12·3 비상계엄의 합법적 외관을 갖추기 위해 국무회의 소집을 건의했느냐는 특검 측 질문에 '처음부터 국무회의 심의를 거쳐 선포할 계획이었다'는 취지로 답변했다. 특검팀은 윤 전 대통령이 계엄 선포 당일 국무회의 개최 의사가 없었으나, 한 전 총리 건의에 뒤늦게 국무위원들을 소집했다고 보고 있다. 이와 함께 강의구 전 대통령실 부속실장의 허위 공문서 작성, 공용물 손상, 대통령기록물에 관한 법률 위반 등 혐의 1심 선고기일도 이날 열린다. 같은 법원 형사합의30부(재판장 박옥희)는 이날 오후 2시 강 전 실장에 허위 공문서 작성, 공용물 손상, 대통령기록물에 관한 법률 위반 등 혐의 1심 선고기일을 진행한다. 특검팀은 지난 4월 29일 강 전 실장의 결심 공판에서 징역 5년을 선고해달라고 요청했다. 특검은 강 전 실장이 윤 전 대통령, 한 전 총리, 김용현 전 국방부 장관과 공모해 12·3 비상계엄 선포가 헌법에 따른 국무총리와 관계 국무위원의 부서가 있는 문서에 의해 이루어진 것처럼 보이게 하고, 이를 탄핵 심판 절차와 수사기관에 행사할 목적으로 계엄 선포문을 허위로 작성한 것으로 조사했다. 또 특검은 이후 강 전 실장이 해당 문서를 부속실에 보관하다 손상한 것으로 판단해 강 전 실장을 지난해 12월 4일 허위 공문서 작성 등 혐의로 불구속 기소했다. 강의구 전 대통령실 부속실장의 허위 공문서 작성, 공용물 손상, 대통령기록물에 관한 법률 위반 등 혐의 1심 선고기일이 28일 열린다. 사진은 12·3 비상계엄 당시 사후 계엄선포문을 작성한 혐의를 받는 강 전 실장이 지난 4월 8일 오후 서울 서초구 서울중앙지방법원에서 열린 공판에 출석하고 있는 모습. [사진=뉴스핌DB] pmk1459@newspim.com 2026-05-28 05:02
사진
서울 정원오 48.8% 오세훈 41.4% [서울=뉴스핌] 박서영 기자 = 6·3 지방선거가 1주일 앞으로 다가온 가운데 서울시장 선거에 출마한 정원오 더불어민주당 후보와 오세훈 국민의힘 후보 지지도 차이가 7.4%포인트(p)인 것으로 27일 조사됐다. 종합뉴스통신사 뉴스핌이 리얼미터에 의뢰해 지난 24~25일 서울 18살 이상 803명을 대상으로 실시한 후보 지지도 조사 결과, 정 후보 48.8%, 오 후보 41.4%다. 두 사람의 격차는 근소하게 오차범위 밖이다. ◆"정원오, 과반 가까운 지지율 확보"…"오세훈, 여전히 경쟁력 유지"  김정철 개혁신당 후보는 1.9%, 기타 후보 2.2%, '없음' 2.4%, '잘 모름' 3.4%였다. 리얼미터는 "정 후보가 과반인 50%에 가까운 지지율을 확보하며 우위를 점한 가운데, 최근 서울 민심의 변화 흐름과 정권 안정론이 일정 부분 반영된 결과"라며 "오 후보도 40%대 초반의 지지율을 보이며 여전히 경쟁력을 유지한 것으로 조사됐다"고 분석했다.  지역별로는 ▲동북권(강북구, 광진구, 노원구, 도봉구, 동대문구, 성동구, 성북구, 중랑구) 정 후보 54.8%, 오 후보 35.5% ▲서북권(마포구, 서대문구, 용산구, 은평구, 종로구, 중구) 정 후보 49.9%, 오 후보 39.0% ▲서남권(강서구, 관악구, 구로구, 금천구, 동작구, 양천구, 영등포구) 정 후보 49.9%, 오 후보 41.4% ▲동남권(강남구, 강동구, 서초구, 송파구) 정 후보 38.0%, 오 후보 51.6%였다. 강남구와 강동구, 서초구, 송파구의 서울 동남권을 제외한 모든 지역서 정 후보가 크게 앞서는 흐름이다.  연령별로는 ▲18~29살 정 후보 36.5%, 오 후보 43.8% ▲30대 정 후보 35.6%, 오 후보 55.1% ▲40대 정 후보 56.0%, 오 후보 32.8% ▲50대 정 후보 69.1%, 오 후보 24.6% ▲60대 정 후보 53.7%, 오 후보 40.8% ▲70세 이상 정 후보 41.7%, 오 후보 52.4%다. 20대와 30대, 70살 이상에서는 오 후보, 40대와 50대, 60대에서는 정 후보가 많이 앞섰다.  ◆'적극 투표층' 정 후보 53.6%, 오 후보 40.6%…격차 더 벌어져  성별로는 ▲남성 정 후보 46.7%, 오 후보 43.5% ▲여성 정 후보 50.8%, 오 후보 39.5%다.  정 후보는 여성 유권자에서 크게 앞섰다.  지지 정당별로는 민주당 지지층의 91.8%가 정 후보, 국민의힘 지지층 89.9%가 오 후보를 지지했다. 조국혁신당 지지층은 정 후보 70.9%, 오 후보 22.5%, 진보당 지지층은 정 후보 56.2%, 오 후보 8.0%다. 개혁신당 지지층은 정 후보 19.3%, 오 후보 61.9%, 김 후보 12.0%로 조사됐다. 투표 의향 별로는 '적극 투표층'에서 정 후보 53.6%, 오 후보 40.6%였다. 이번 조사는 무선 전화 가상번호(100%)를 활용한 자동응답(ARS) 방식으로 진행됐다. 표본오차는 95% 신뢰수준에서 ±3.5%p, 응답률은 6.7%다. 성별·연령대·권역별 인구 비례에 따른 가중치를 줬다. 2026년 4월 말 행정안전부 주민등록인구통계를 기준으로 했다. 자세한 내용은 중앙선거여론조사심의위원회 홈페이지를 참조하면 된다. seo00@newspim.com 2026-05-27 05:00
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