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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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김정은, 2018년 서울답방 하루전 취소 [서울=뉴스핌] 이영종 통일전문기자 = 문재인 정부 당시인 2018년 12월 김정은 북한 국무위원장이 서울 방문 일정을 확정하고도 "정치국 위원들이 반대한다"는 이유를 들어 남북 공동발표 하루 전 취소했다는 주장이 19일 제기됐다. [서울=뉴스핌] 이영종 통일전문기자 = 남북 정상회담 개최를 위한 대북 특사로 2018년 3월 5일 평양을 방문한 정의용 당시 청와대 국가안보실장이 김정은 북한 국무위원장에게 문재인 당시 대통령의 친서를 전달하고 있다. 왼쪽부터 윤건영 청와대 국정상황실장, 서훈 국가정보원장, 천해성 통일부 차관, 정의용 특사, 김정은, 김여정 노동당 제1부부장(당시 직책). [사진=청와대 제공] 2026.01.19 yjlee@newspim.com 당시 남북 정상회담 개최를 위한 대북특사 역할을 맡았던 윤건영 더불어민주당 의원은 저서 '판문점 프로젝트'(김영사)에서 "김정은 위원장이 9월 문재인 당시 대통령의 평양 방문과 정상회담이 열린 이후 12월 13~14일 서울을 방문키로 약속했다"면서 "삼성전자와 남산타워‧고척돔 방문 등 일정이 잡혀 있었다"고 밝혔다. 비밀리에 답방을 추진하기 위해 '북한산'이란 코드네임도 붙였고, 경호문제 등을 고려해 숙소는 남산에 자리한 반얀트리호텔로 정했다. 윤 의원은 책에서 "남북한은 11월 26일 김정은의 서울 답방을 공동 발표키로 했지만, 하루 전 북측이 "정치국 위원들이 신변안전을 우려해 '도로를 막겠다', '위원직을 사퇴하겠다'며 결사 반대한다"는 입장을 전해와 무산됐다고 주장했다. 북한은 당시 "김 위원장도 정치국 위원들의 뜻을 무시하고 서울을 방문할 수 없다"고 전해왔고, 우리 측이 문 당시 대통령의 신변안전 보장 서한을 전달했지만 결국 성사되지 못했다는 게 윤 의원은 설명이다. 하지만 김정은의 결정을 노동당 정치국 위원들이 반대했다는 건 북한 체제의 특성상 논리가 맞지 않는 것으로, 서울 답방을 하지 않으려는 핑계에 불과한 것으로 보인다. [서울=뉴스핌] 이영종 통일전문기자 = 지난해 12월 9~11일 열린 노동당 제8기 13차 전원회의에서 김정은 노동당 총비서 겸 국무위원장이 간부들과 이야기 하고 있다. [사진=노동신문] 2026.01.19 yjlee@newspim.com 김정은의 아버지인 김정일 국방위원장도 2000년 6월 평양 정상회담 공동선언에서 '서울 답방'을 약속했지만, 10년 넘게 지키지 않았고 결국 2011년 사망했다. 윤 의원도 책에서 "북측은 김 위원장의 경호와 안전 문제로 노동당 정치국이 유례없이 반발한다는 다소 황당한 근거를 내세웠지만 실제로는 미국의 (북미대화) 압력에 순응한 것"이라고 분석했다. 당시 청와대 국정실장을 맡고 있던 윤 의원은 정의용 안보실장 등과 함께 2018년 3월과 9월 평양을 방문해 특사 자격으로 김정은과 만났다. 윤 의원은 책에서 그해 3월 5일 평양 노동당 본부청사에서 만났을 때 김정은이 "김일성 주석의 유훈인 조선반도(한반도) 비핵화 원칙이 달라진 건 없다"며 "군사적 위협이 제거되고 정전 체제에서 안전이 조성된다면 우리가 핵을 보유할 이유가 없다"고 말한 것으로 전했다. [서울=뉴스핌] 이영종 통일전문기자 = 김정은 북한 국무위원장과 리설주 부부가 2018년 4월 1일 남측 예술단의 평양공연을 관람한 뒤 가수들과 기념촬영을 했다. 김정은 오른쪽이 가수 백지영 씨. [사진=뉴스핌 자료] 2026.01.19 yjlee@newspim.com 또 면담을 마치면서 "비인간적 사람으로 남고 싶지 않다"며 자신을 믿어달라는 입장도 밝힌 것으로 윤 의원은 덧붙였다. 하지만 김정은은 이듬해 2월 자신의 핵 집착과 회담 전략 실패 등으로 북미 하노이 정상회담이 파국을 맞자 문재인 대통령을 항해 "삶은 소대가리" 운운하는 격렬한 비방을 퍼부었고 남북관계는 현재까지 파국을 면치 못하고 있다. 김정은은 2년 전부터 남북관계를 적대관계로 규정하고 '한국=제1주적'이라며 차단막을 쳐왔다. 윤 의원은 김정은이 2018년 4월 1일 남측 예술단의 평양 공연 때 가수 백지영 씨가 부른 노래 '총 맞은 것처럼'을 듣고 "북측 젊은이들이 따라 부르면 심각한 상황이 오겠다"는 언급을 한 것으로 전했다. 김정은은 2020년 12월 반동사상문화배격법을 만들어 한국 드라마와 영화를 단순 시청하는 경우에도 징역 5~15년을 선고하는 등 한류문화를 철저하게 단속하고 있다.   [서울=뉴스핌] 이영종 통일전문기자 = 2018년 남북 정상회담 대북특사 비화를 담은 윤건영 더불어민주당 의원의 책 '판문점 프로젝트' [사진=김영사] 2026.01.19 yjlee@newspim.com yjlee@newspim.com 2026-01-19 07:46
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李대통령 국정지지율 53% [리얼미터] [서울=뉴스핌] 박찬제 기자 = 이재명 대통령의 국정수행 지지율이 3주만에 하락세로 53.1%를 기록했다는 여론조사가 19일 나왔다. 여론조사 리얼미터가 에너지경제신문 의뢰로 지난 5일부터 9일까지 전국 18살 이상 유권자 2516명을 대상으로 이 대통령 국정수행 평가 조사를 실시한 결과다.  이 대통령이 '잘한다'는 긍정 평가는 지난주보다 3.7%포인트(p) 낮은 53.1%였다. 이재명 대통령과 여야 6개 정당 지도부가 16일 오후 청와대 상춘재에서 오찬 간담회를 하고 있다. [사진=청와대] '잘못한다' 부정평가는 4.4%p 오른 42.2%였다. 긍·부정 격차는 10.9%p다. '잘 모름' 응답은 4.8%였다. 리얼미터 측은 "코스피 4800선 돌파와 한일 정상회담 등 경제·외교 성과가 있었는데도 정부의 검찰개혁안을 둘러싼 당정 이견 노출과 여권 인사들의 공천헌금 의혹 등 도덕성 논란이 겹치며 지지율이 하락세를 보였다"고 분석했다. 지난달 15∼16일 전국 18살 이상 1004명을 대상으로 한 정당 지지도 조사에서는 더불어민주당 42.5%, 국민의힘 37.0%의 지지율을 보였다. 민주당 지지율은 5.3%p가 떨어지며 4주 만에 하락세로 빠졌다. 국민의힘은 반면 3.5%p 상승하며 4주 만에 반등했다. 개혁신당 3.3%, 조국혁신당 2.5%, 진보당 1.7%였다. 무당층은 11.5%였다. 리얼미터는 민주당의 경우 강선우·김병기 의원 공천헌금 의혹 수사 본격화로 도덕성 논란이 지지율 하락 원인이라고 분석했다. 중대범죄수사청(중수청)과 공소청법을 둘러싼 당정 갈등도 지지율 하락 원인으로 봤다.  반면 국민의힘은 특검의 윤석열 전 대통령 사형 구형과 한동훈 제명 논란으로 대구·경북(TK)과 보수층 등 전통 지지층이 결집한 것이 지지율 반등 원인이라고 리얼미터 측은 분석했다. 대통령 국정수행 지지도 조사는 신뢰수준 95%에 표준오차는 ±2.0%p, 정당 지지도는 95% 신뢰수준에 표본오차 ±3.1%p다. 대통령 국정수행 지지도 조사 응답률은 4.5%, 정당 지지도 조사 응답률은 3.8%였다. 보다 자세한 내용은 중앙선거여론조사심의위원회 홈페이지 참조하면 된다. pcjay@newspim.com 2026-01-19 09:25
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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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