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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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2만원대 5G 요금제 나온다 [세종=뉴스핌] 이경태 기자 = 배경훈 부총리 겸 과학기술정보통신부 장관과 이동통신 3사 대표가 첫 공식 회동에서 2만원대 5G 요금제 출시와 AI 서비스 공동 개발에 합의하며, 통신 산업의 민생 기여와 AI시대 선도를 위한 민관협력의 출발점을 공식 선언했다. 과학기술정보통신부는 배경훈 부총리가 9일 오후 2시 과총회관에서 이동통신 3사 대표와 간담회를 갖고, 통신 요금 체계 개편과 AI 서비스 공동 개발 등 주요 현안에 대해 합의했다고 밝혔다. 이번 간담회는 SK텔레콤과 KT의 신임 대표 공식 취임 후 부총리와 이통3사 대표가 처음으로 한자리에 모인 자리로, 급변하는 통신 환경 속에서 국민 신뢰 회복과 미래 협력 방향을 논의하기 위해 마련됐다. [서울=뉴스핌] 이길동 기자 = 배경훈 부총리 겸 과학기술정보통신부 장관이 9일 오전 서울 종로구 정부서울청사에서 열린 민생물가 특별관리 관계장관 TF 회의에서 발언을 하고 있다. 2026.04.09 gdlee@newspim.com 이날 간담회에서 가장 주목받은 합의 사항은 통신 요금 체계 개편이다. 이통3사는 어르신 대상 음성·문자 서비스 확대와 함께 2만원대 5G 요금제를 포함한 통합요금제를 신속히 출시하기로 했다. AI 활용이 일상화되는 시대에 기본적인 데이터 이용을 보장하는 정부의 기본통신권 정책에 대해 이통3사 모두 공감을 표하며 적극 협력하기로 했다. 미래 협력 측면에서는 통신사 플랫폼을 활용한 독자 AI 모델 기반 대국민 서비스를 공동 개발·제공하기로 했다. 정부는 AI 네트워크 초격차 기술 확보를 위한 R&D와 대규모 실증사업을 적극 지원할 방침이며, 이통3사도 AIDC 투자뿐만 아니라 차세대 통신네트워크 투자를 적극 확대하기로 했다. 배경훈 부총리는 "AI시대를 뒷받침할 차세대·지능형 네트워크 투자는 선택이 아닌 필수적인 국가 인프라 투자"라고 강조하며, 이통3사의 통신 본연의 투자 확대를 강력히 촉구했다. 배 부총리는 이어 "지난해 해킹 사태를 겪으며 통신사들의 책임과 역할의 무게가 더욱 분명해졌다"며 "이제는 과오를 반복하지 않겠다는 다짐을 넘어, 국민이 체감할 수 있는 환골탈태 수준의 쇄신과 기여로 답해야 할 시점"이라고 밝혔다. 이와 함께 지하철 와이파이의 LTE에서 5G로의 고도화, 고속철 품질 개선 등 대중교통 서비스 향상에도 함께 노력하기로 했다. 또한 산불·화재 등 대규모 재난 상황에서 소방청 긴급구조 통신이 상용망에서 우선 처리될 수 있도록 서비스를 추진할 계획도 밝혔다. 간담회 직후 이통3사는 국민 신뢰 회복, 민생 기여, 미래 선도를 위한 쇄신 의지를 담은 공동선언문을 발표하며 협력을 공식화했다. 배경훈 부총리는 "오늘 간담회 의제들이 일회성 논의에 그치지 않도록 간담회를 정례화하고, 국민들이 체감할 수 있는 실질적 성과가 현장에서 차질없이 이행될 수 있도록 민관협력을 강화해 나가겠다"고 밝혔다. 이어 "통신은 국민 생활과 국가 경쟁력의 핵심 기반인 만큼, 통신 산업이 민생 안정과 AI시대 글로벌 리더십 강화에 기여하는 중추적인 역할을 할 수 있기를 기대한다"고 덧붙였다. biggerthanseoul@newspim.com 2026-04-09 14:00
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[뉴스핌 설문] 바람직한 정당체제는? [서울=뉴스핌] 김종원 정치부장 = 22대 현역 국회의원 10명 중 6명(60%)은 한국 정당의 가장 바람직한 지도체제와 관련해 '당대표와 원내대표가 권한을 분담하는 이원적 지도체제'를 선호하는 것으로 조사됐다. 정치학자 10명 중 5명(49%)도 현역 국회의원과 동일하게 '당대표와 원내대표의 이원적 지도체제'를 가장 바람직한 지도체제라고 답했다. 종합뉴스통신사 뉴스핌은 올해 창간 23주년을 맞아 14회 서울이코노믹 포럼을 오는 4월 9일 서울 여의도 페어몬트호텔 그랜드볼룸에서 열면서 한국정치학회(회장 윤종빈)와 공동 기획으로 국회의원·정치학자를 대상으로 정치개혁 인식 심층 설문조사를 실시했다. ◆현역 국회의원 50명·정치학자 100명 심층 설문 올해 6·3 지방선거를 50여 일 앞둔 상황에서 뉴스핌과 한국정치학회 공동기획 설문조사 결과는 적지 않은 시사점을 준다. '정치 정쟁에서 실용으로 대전환'이라는 대주제 속에 실시된 이번 설문조사는 현재 한국의 정치개혁이 '정당의 민주주의, 당내 민주주의'가 선결되지 않고서는 실질적인 정치개혁을 이룰 수 없다는 문제 인식 속에서 진행됐다. 현역 국회의원 50명과 정치학자 100명을 대상으로 지난 2월 25일부터 3월 25일까지 한 달 간 ▲정당 민주주의 ▲정치신뢰 ▲정치제도 ▲국회 입법 생산성 분야로 나눠 심층적인 설문조사를 진행했다. 특히 6·3 지방선거를 앞두고 한국의 정당들이 크고 작은 공천 잡음과 난맥상을 보이는 가운데 이번 정치개혁 인식 설문조사 결과가 한국 정치의 현주소를 진단하고 나아갈 방향성을 제시하고 있다. ◆한국 정당 민주주의 선결돼야 실질적인 정치개혁 가능해 무엇보다 한국 정당의 당내 민주주의 수준이 낮은 편이라고 답한 현역 국회의원 중 '당내 민주주의를 가장 저해하는 요인'으로 61.9%가 '후보자 공천 과정의 중앙집중적 운영'이라고 가장 많이 답했다. '당대표에 권한이 집중된 정당 구조' 47.6%, '당론 결정 과정의 중앙집중적 운영' 47.6%, '특정 계파 또는 정치세력 중심의 정당 운영' 47.6%로 비슷하게 뒤를 이었다. 7개 예시 중 최대 3개까지 선택할 수 있는 이번 조사에서 '공천의 중앙집중'이 정당 민주주의 저해 1순위임을 확인할 수 있었다. 현역 국회의원들은 가장 바람직한 공천 방식과 관련해 '완전 국민경선제'(오픈 프라이머리)를 40%로 가장 선호했다. '당원 중심 상향식 공천'(34%)도 비교적 높은 응답률을 보였다. '독립적인 공천기구 설치'(12%)가 대안으로 선택됐다. 현행 공천 관행이 폐쇄적이고 중앙집중적이라고 의원들은 봤다. ◆현역 의원 70% '현행 정당 지도체제 제도적 변화 필요' 특히 현역 의원들은 '현행 정당의 지도체제에 대한 제도적 변화가 필요하다'는데 무려 70%('그런 편이다' 60%+'매우 그렇다' 10%)가 답했다. '향후 한국 정당의 가장 바람직한 지도체제'에 대해서는 '당대표와 원내대표가 권한을 분담하는 이원적 지도체제'가 60%로 압도적으로 높았다. 이번 설문조사의 책임연구원인 윤종빈 한국정치학회장(명지대 정외과 교수)은 "당 운영과 원내 운영을 분리해 각각의 역할과 책임을 명확히 하는 것이 필요하다는 국회의원들의 문제의식이 반영된 것으로 보인다"고 분석했다. 윤 회장은 "당대표는 당 전체의 비전과 조직관리, 원내대표는 국회 협상과 입법, 의원단 관리에 초점을 맞춤으로써 책임성과 효율성을 높일 수 있다고 판단하는 것"이라고 설명했다. 현역 의원들은 당대표와 원내대표의 이원화 체계를 확립해야 한다는 의견이 압도적으로 높았다. 원내대표의 권한을 강화하고 원내정당 체제와 상임위원회 체제로 전환해야 한다는 것을 시사한다. 윤 회장은 "균형 있는 지도부 수립을 위한 원내 정책 정당화가 필요하다는 인식의 공감대가 어느 정도 이뤄지고 있는 것으로 보인다"면서 "당대표 중심 체제의 대안으로 당대표-원내대표 권한 분산과 원내 정당화에 대한 공감대가 형성돼 있다는 것을 확인할 수 있다"고 진단했다. ◆정치학자 '공천 과정 중앙집중' 정당 민주주의 약화 핵심 정치학자 100명을 대상으로 한 '가장 바람직한 한국 정당의 지도체제'에서도 '당대표와 원내대표가 권한을 분담하는 이원적 지도체제'를 49%로 가장 선호했다. '당대표를 폐지하고 원내대표 중심으로 운영되는 원내 정당체제' 20%, '중앙당을 축소하거나 폐지하고 국회의원 중심으로 운영되는 분권형 정당체제' 20%로 비슷했다. 다만 '현행 당대표 중심체제' 존속에 대한 선호도는 9%에 불과했다. 일각에서 제기돼 온 '집단지도체제'는 1%로 미미했다. 한국의 당내 민주주의 수준이 낮은 편이라고 답한 정치학자들의 10명 중 8명인 81%가 '당내 민주주의 발전을 가장 저해하는 요인'에 대해 '후보자 공천 과정의 중앙집중적 운영'이라고 답했다. '특정 계파 또는 정치 세력 중심의 정당 운영' 55.7%, '당론 결정 과정의 중앙집중적 운영' 49.4%, '당대표에 권한이 집중된 정당 구조' 48.1% 순이었다. 정치학자들도 현역 국회의원들과 마찬가지로 '공천의 중앙집중'이 정당 민주주의를 약화하는 핵심 요인으로 봤다. ◆6·3 지선 정국 속 공천 방식 '완전국민경선' '상향식' 선호 '가장 바람직한 공천 방식'으로는 '당원 중심의 상향식 공천' 35%, '완전 국민경선제'(오픈 프라이머리) 31%, '독립적인 공천기구 설치' 27%로 다소 비슷했다. 현역 국회의원들이 '완전 국민경선제' 40%, '당원 중심 상향식 공천' 34%, '독립적인 공천기구 설치' 12%인 것과는 다소 차이를 보였다. 윤 회장은 "당원 중심 상향식 공천과 오픈 프라이머리는 공천의 민주성을 강조하는 공통점이 있다"면서 "독립적 공천기구 설치는 공천 과정의 공정성에 조금 더 무게를 두고 있는 것으로 판단된다"고 설명했다. 윤 회장은 "정치학자들은 어떤 공천 방식이든 공천 과정의 투명성과 신뢰성 확보가 우선돼야 한다는 것을 시사한다"고 진단했다. ◆정치학자 79% '당내 민주주의 수준 낮다', 60% '당대표 권력 집중' 특히 정치학자의 무려 76%('매우 그렇다' 14%+'그런 편이다' 62%)가 '현행 한국 정당의 지도체제에 제도적 변화가 필요하다'고 압도적으로 높은 의견을 보였다. 대다수 정치학자들은 현재 당 지도체제가 당내 갈등을 조정하고 다양한 의견을 수렴하는 데 효과적이지 못하다고 평가했다. 당대표에 권한이 집중된 구조를 개혁해야 한다는 의견이 압도적으로 높았다. 특히 공천 과정에서 당대표의 영향력을 축소해야 한다는 목소리가 컸다. 정치학자들은 '현재 한국 정당은 당대표에게 권력이 지나치게 집중돼 있다'는 것에 대해 60%('매우 동의한다' 8%+'동의한다' 52%)가 동의했다. '한국 정당의 당내 민주주의 수준'에 대해서도 무려 79%('매우 낮다' 22%+'낮은 편이다' 57%)로 10명 중 8명 가까이가 낮다고 평가했다. 당내 민주주의 수준이 높다는 응답은 3%에 그쳤다. 정당 민주주의 취약성과 수직적 당 운영 구조의 위기를 그대로 보여준다. 윤 회장은 "정당 의사결정 과정에서 당대표와 중앙당 지도부가 가장 큰 영향력을 행사한다는 점과 당대표에게 권력이 지나치게 집중돼 있다는 점에 현역 의원과 정치학자 집단 간에 큰 이견이 없는 것으로 확인됐다"고 말했다. 윤 회장은 "두 집단 모두 정당 내 민주주의 수준에 대한 부정적인 평가가 우세했다"면서 "정당 지도체제에 대한 제도적 변화가 필요하다는 데 의견이 일치했고 바람직한 지도체제로 '당대표와 원내대표의 권한 분담을 통한 이원화 체제'를 가장 선호한 것으로 확인됐다"고 진단했다.  ◆뉴스핌, 한국 언론 첫 '4당 원내대표' 정책 토론장 마련 뉴스핌은 한국정치학회와 공동으로 기획한 이번 설문조사 결과를 토대로 포럼 당일인 9일 오전 11시부터 한국 정치의 개혁을 위한 실질적인 해법을 모색하는 정책토론의 장을 마련한다. 윤 회장 사회로 집권 여당인 더불어민주당 한병도 원내대표와 김영배 의원, 제1야당인 국민의힘 송언석 원내대표와 최형두 의원, 조국혁신당 서왕진 원내대표, 개혁신당 천하람 원내대표가 한국 언론 사상 처음으로 4당 원내대표와 의원들이 참석하는 정책토론이 진행된다.  입법 당사자인 4당 원내대표와 의원들이 직접 정책토론에 나와 실질적인 정치개혁 입장을 밝힌다는 것은 그 의미가 적지 않다. 이번 토론은 뉴스핌TV 유튜브 방송으로도 실시간 라이브 중계된다. 이번 설문조사의 공동연구원으로는 한의석 성신여대 정외과 교수, 최현진 경희대 정외과 교수, 윤성원 한양대 정외과 조교수, 임희수 연세대 정치학과 BK21 박사 후 연구원이 참여했다. 뉴스핌은 설문조사 결과를 이번 포럼 토론 이후에도 뉴스핌TV '이슈터미네이터' '정국진단' 프로그램을 통해 정치개혁 차원에서 실질적 해법을 강구하는 정책 공론화의 장을 마련해 나간다.   kjw8619@newspim.com 2026-04-08 12:00
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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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