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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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용산·태릉·과천 등 6만호 조성 [서울=뉴스핌] 이동훈 선임기자 = 서울 용산국제업무지구와 태릉CC(골프장), 경기 과천 경마장(렛츠런파크서울)을 비롯한 서울 도심부와 경기 서울 근교지역에 총 6만가구가 공급된다. 이를 위해 11개 도심 내 공공부지에 4만3500가구가 공급되며 신규 공공주택지구를 새로 지정해 6300가구를 짓는다. 또 도심 내 노후청사를 활용해 모두 9900가구가 지어질 예정이다. 오는 2027년부터 2030년까지 순차적으로 착공한다. ◆ '9·7 주택공급 확대방안' 후속초지...도심 6만 가구 조성 29일 국토교통부에 따르면 정부는 이같은 내용을 담은 '도심 주택공급 확대 및 신속화 방안'을 발표했다.  '9·7 주택공급 확대방안'의 후속조치인 이번 1·29 대책에서는 도심권에서 6만가구가 공급된다. 지역별로 서울은 3만2000가구(53.3%), 경기 2만8000가구(46.5%), 인천 100가구(0.2%)가 각각 배정됐다.  공급 계획 [자료=국토부] 먼저 도심내 공공부지에는 4만3500가구를 짓는다. 이 가운데 서울시와 정부가 마련한 기존 공급물량 7400가구를 제외하면 3만6100가구가 새로 지정된 물량이다.  서울 용산구 용산국제업무지구와 캠프킴에서 기존계획 물량 7400가구를 포함한 총 1만2600가구가 공급된다. 서울시가 주관하는 용산국제업무지구에서는 6000가구의 주택을 공급할 예정이었으나 이번 정부 방침에 따라 주택공급수가 1만가구로 4000가구 늘어나게 됐다. 서울시가 주택공급 확대에 대한 문제로 지적했던 학교 신설은 중단한다. 착공은 2028년으로 예정됐다. 수도권전철 남영역 인근 캠프킴 부지의 주택규모는 2500가구로 기존 1400가구에서 1100가구 더 확대됐다. 2029년 착공을 추진한다. 아울러 인기 주거지역인 서빙고동 '501 정보대'부지에도 신혼부부 등을 위한 소형주택 150가구를 짓는다. 2029년 착공 예정이다.  경기 과천시 일원 과천경마장과 방첩사 부지에서 9800가구를 건립한다. 정부는 과천 경마장(115만㎡)과 국군방첩사령부(28만㎡) 이전 후 해당 부지 총 143만㎡를 통합 개발한다는 방침이다. 경마장과 방첩사 이전계획을 국방부와 농식품부와 협의해 올 상반기내 완료하고 오는 2030년 착공할 예정이다.  문재인 정부시절 주택공급 후보지로 떠올랐던 서울 노원구 태릉CC 총 87만5000㎡에는 6800가구가 공급된다. 정부는 장기간 진척되지 못하던 태릉CC 개발사업을 국가유산청과의 협의를 거쳐 본격 추진하고 주민을 위한 교통대책과 충분한 녹지공간 마련에 나선다는 방침이다. 세계유산영향평가를 거친 후 공공주택 지구지정과 지구계획 수립 등을 병행해 2030년 착공을 추진한다.  경기 성남시 판교테크노밸리 및 성남시청과 인접한 곳에 신규 공공주택지구 성남금토2지구와 성남여수2지구 약 67.4만㎡(20만평)를 지정한다. 이들 신규 택지에는 6300가구가 공급될 예정이다. 두 공공택지는 인허가 및 보상을 완료한 후 착공은 2030년 목표다.  서울 동대문구 일원에서는 국방연구원과 인접한 한국경제발전전시관을 함께 이전하고 이전 부지 총 5만5000㎡ 규모에 주택 1500가구를 짓는다. 국토부는 국조실·기후부·성평등부와 협의해 해당 기관을 2027년 상반기까지 이전하고 이전 시점에 맞춰 사업 승인, 토지 매입 등을 추진해 2029년 착공한다는 방침이다.   서울 인접 역세권 부지와 그간 장기 지연된 사업의 계획을 변경해 총 1만1500여가구를 신규 공급한다. 정부는 이들 지구에 대해 예비 타당성 조사를 면제함으로써 사업 속도를 높일 계획이다.  먼저 경기 광명시 광명경찰서 부지 약 9000㎡에 550가구를 짓는다. 2027년까지 경찰서 이전을 완료하고 이전 일정에 맞춰 2029년 착공한다. 경기 하남시 신장 테니스장 부지 약 5000㎡에는 300가구가 공급된다. 2029년 착공을 목표로 한다.  서울 강서구 강서 군부지 약 7만㎡에는 918가구가 건립된다. 당초 부지 매각 방식으로 추진됐던 이 사업은 위탁개발 방식으로 변경해 재개된다. 2027년 착공될 예정이다. 서울 금천구 독산동 공군부대 13만㎡부지는 군부대 압축·고밀개발 방식으로 2900가구를 공급한다. 착공은 2030년이다.  경기 남양주시 퇴계원 일대 군부대 부지 35만㎡에 4180가구를 짓는다. 예비 타당성 조사를 면제해 2029년 착공을 추진한다. 또 경기 고양시 구국방대학교 부지 33만㎡에는 2570가구를 공급한다. 2029년 착공을 목표로 서울 상암DMC와 잇는 직주근접 미디어밸리를 조성할 방침이다. ◆ 공급확대에 범부처 역량 결집...투기 방지도 병행 정부는 이번 1·29 '도심 주택공급 확대 및 신속화 방안'의 원활한 추진을 위해 '주택공급촉진 관계장관회의'를 신설한다. 회의에서는 발표 부지에 대한 이행 일정 점검 및 조기화를 추진하고 신규 물량 발굴에도 지속 노력한다는 방침이다. 특히 기존 시설 이전이 필요한 부지는 2027년까지 이전을 결정하고 택지 조성에 착수할 수 있도록 범부처가 역량을 결집해 추진상황을 집중 관리할 예정이다.  사업 속도 제고를 위해 2026년 중 국방연구원과 서울의료원, 강남구청 등 13곳에 대한 공기업 예비 타당성 조사 면제를 추진하고 국유재산심의위·세계유산영향평가 등 사전절차도 신속 이행할 계획이다. 아울러 국가가 서민주택 공급 등을 위해 추진하는 공공주택지구조성 사업은 국무회의 등을 거쳐 그린벨트(GB) 해제 총량에서 예외로 인정하는 방안을 5년 한시로 추진한다.  이와 함께 투기 방지를 위해  해당 지구 및 주변지역은 토지거래 허가구역으로 즉시 지정한다. 이를 토대로 투기성 토지 거래 등을 사전에 차단할 방침이다. 정부는 지구·주변지역에 대한 조사 결과 미성년·외지인·법인 매수, 잦은 손바뀜과 같은 이상거래 280건을 선별했으며 이에 대한 분석 및 수사의뢰 조치에 나섰다.   향후 정부는 올 2월 도심 공급 확대를 위한 신규 부지와 제도개선 과제를 발표할 예정이다. 아울러 올 상반기 중 '주거복지 추진방안'을 발표해 청년과 신혼부부 등을 위한 주택공급 확대방안을 내놓을 방침이다.   donglee@newspim.com 2026-01-29 11:00
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국힘 최고위, 한동훈 '제명' 의결   [서울=뉴스핌] 신정인 기자 = 국민의힘이 29일 최고위원회의를 열고 한동훈 전 국민의힘 대표에 대한 '제명' 징계안을 의결했다. 최보윤 국민의힘 수석대변인은 이날 오전 서울 여의도 국회 본관에서 브리핑을 통해 "한동훈 전 대표에 대한 당원 징계안이 윤리위 의결대로 최고위에서 의결됐다"고 밝혔다. 이번 표결에는 최고위원 6명과 당 대표, 원내대표, 정책위의장 등 총 9명이 참여했다. 최 수석대변인은 "표결 내용이나 찬반 부분은 비공개"라며 구체적인 표결 결과는 공개하지 않았다. 징계 의결의 취지에 대해 최 수석대변인은 "의결 취지는 이미 윤리위 내용이 공개돼 있어 그 부분을 참고하면 된다"며 "기존 말씀드렸듯이 윤리위 의결대로 최고위에서 의결됐다"고 설명했다. 이날 의결 과정에서 징계 수위를 낮춰야 한다는 논의가 있었는지에 대한 질문에는 "최고위원들 사이 사전회의는 배석하지 않아서 내용을 알지 못한다"고 답했다. 또한 "의결 때 비공개였고 저도 배석하지 않은 관계로 내용에 대해 말씀드리기 어렵다"고 덧붙였다. 장동혁 국민의힘 대표(좌)와 한동훈 전 대표 [사진=뉴스핌 DB] 최 수석대변인은 "절차적으로 의결에 대한 통보 절차가 있을 것으로 보인다"며 "이미 의결이 된 부분으로서 결정된 부분"이라고 강조했다. 징계는 의결과 동시에 효력이 발생한다. 한편 한 전 대표가 가처분을 신청할 가능성에 대해서는 "당 입장은 따로 없다"며 "신청되면 신청 절차에 임해서 필요한 부분 소명이나 그런 부분이 있을 것으로 보인다"고 말했다.  한편 한 전 대표는 이날 오후 국회에서 긴급 기자회견을 열고 제명 확정에 대해 언급할 것으로 전해졌다. allpass@newspim.com 2026-01-29 10:14
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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.
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.
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