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
로저스 쿠팡 대표 61억 주식 보상 [서울=뉴스핌] 김연순 기자 = 해롤드 로저스 쿠팡 한국 임시대표가 대규모 주식을 보상받았다. 약 66억 원 규모의 성과조건부 주식보상(PSU)을 받은 지 두 달 만이다. 쿠팡의 모회사인 쿠팡Inc는 3일(현지 시간) 한국 법인 임시대표를 맡고 있는 로저스 최고관리책임자(CAO)겸 법무총괄에게 클래스A 보통주 양도제한조건부주식(RSU) 21만3884주를 부여했다고 공시했다. 쿠팡의 전날 정규장 종가(18.95달러)로 계산하면 405만3012달러, 한화 61억원 상당에 달하는 주식이다. 이 주식은 오는 7월 1일부터 분기별로 4회에 걸쳐 분할 수령할 수 있으며, 주식을 받으려면 해당일까지 근속해야 하는 조건이다. 해롤드 로저스 쿠팡 임시대표. [사진=뉴스핌DB] 이 주식을 모두 수령하면 로저스 임시대표가 보유하게 되는 쿠팡 주식은 총 93만3041주로 늘어나게 된다. 그는 지난 2월에도 26만9588주의 주식을 받았다. 한편 쿠팡은 대규모 개인정보 유출 사태가 터진 직후인 지난해 12월, 쿠팡Inc 최고관리책임자(CAO) 겸 법무총괄인 해롤드 로저스를 한국법인 임시대표로 임명했다. 로저스 임시대표는 지난해 12월 30일 국회에서 열린 '쿠팡 사태 연석 청문회'에서 허위 증언을 한 혐의로 고발당한 상태다.   y2kid@newspim.com 2026-04-04 11:49
사진
이란, 미군 F-15·A-10 잇따라 격추 [서울=뉴스핌] 김연순 기자 = 이란전쟁에 투입된 미군 F-15 전투기와 A-10 공격기가 3일(현지시간) 이란군의 공격으로 각각 격추됐다고 CBS 뉴스 등 복수의 미국 매체가 미 정부 당국자를 인용해 보도했다. CBS 및 워싱턴포스트 등 미국 언론들은 3일 미군 전투기 F-15에 이어 A-10 공격기가 이란 남서부에서 이란의 공격을 받아 추락했다고 보도했다. 미국이 지난 2월28일 이란전쟁을 시작한 이후 미군 군용기가 이란군 공격으로 격추된 것은 이번이 처음이다. 추락된 전투기의 조종사 3명 중 2명은 구조됐고, 1명은 실종 상태다. 미군은 이란 남서부 후제스탄 주 일대에 수색·구조용 헬기 HH-60G와 연료 공급을 위한 C-130 급유기를 투입해 1명을 구조했다. 이 과정에서 헬기 2대도 이란군의 공격을 받아 일부 탑승자가 부상했지만 기지로 복귀한 것으로 파악됐다. 이란은 이날 F-15 전투기에 이어 미군의 A-10 선더볼트Ⅱ 워트호그 공격기도 호르무즈 해협 인근 게슘 섬 남단에서 격추해, 기체는 바다로 떨어졌다. 단독 탑승한 조종사 1명은 구조된 것으로 전해졌다. 도널드 트럼프 대통령은 NBC와 전화 인터뷰에서 미 군용기 격추가 이란과의 협상에 영향을 끼치느냐는 질문에 "전혀 아니다"라며 "이건 전쟁이고 우리는 전쟁 중"이라고 말했다. 격추된 군용기 2대의 임무는 확인되지 않았지만 격추 장소로 미뤄볼 때 각각 이란 내 인프라와 호르무즈 해협 주변을 타격하는 작전을 수행하고 있었을 것으로 추정된다. 현지시간 2026년 2월28일 이란 공습작전 (작전명 에픽 퓨리)에 투입된 미군 전투기 [사진=미 중부사령부] 트럼프 대통령은 지난 1일 대국민 연설에서 앞으로 2~3주 동안 이란을 강하게 타격해 '석기시대'로 되돌리겠다고 발표했다. 트럼프 대통령의 대국민 연설 이후 미군은 이란 수도 테헤란 인근 대형 교량을 공습으로 파괴한 데 이어 이란이 미국의 요구조건에 맞춰 전쟁 종식에 합의하지 않을 경우 이란 내 발전소도 타격하겠다고 예고했다. 이란 관영 파르스 통신은 미국이 지난 1일 우방국 중 한 곳을 통해 48시간 동안의 휴전을 제안했지만, 이란은 이를 거부했다고 보도했다. 트럼프가 유예했던 이란 내 발전소 등 에너지 인프라 공격 기간이 오는 6일 종료된다. 이번 사태는 전쟁의 중대 고비가 될 것이란 관측이 나온다. 한편 중부사령부에 따르면 현재까지 미군 사망자는 13명, 부상자는 300명 이상으로 집계된다. 로이터·입소스 등의 여론조사에 따르면 미국 국민의 27%만 이란 전쟁을 지지하고, 60%가 조속한 개입 종료를 원하고 있는 것으로 나타났다.   y2kid@newspim.com 2026-04-04 11:17
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