『4차 산업과 미래 직업』 박구연 지음
《수학으로 보는 4차 산업과 미래 직업》
이 책의 온전한 제목은 《수학으로 보는 4차 산업과 미래 직업》이다.
4차 산업과 수학의 관계를 알아보고 싶어서 읽었다.
제1차 산업혁명, 2차 산업혁명, 3차 산업혁명을 거치면서 많은 직업(마부, 인력거꾼, 전화 교환원, 전보, 필경사 등)이 사라지고 새로운 직업이 생겼다. 사라질 직업으로 회계사, 생산직 근로자, 노동집약적 직업들이 거론된다. 새로운 직업으로 IT 산업과 관계있는 안드로이드, 사물인터넷, 첨단과학으로 무장한 분야를 꼽는다. 시골 노동력도 스마트팜으로 대체하여 식량 생산을 하게 될 것이라는 전망이다.
미래 유망 직업 200만 개중 40만 개가 수학 관련 일자리라는 미국의 발표가 있었다. 미국이나 유럽에서 수학 전공자들 대부분이 컴퓨터 전문가, 프로그래머, 통계학자, 컨설턴트 등 미래 유망 직종에 종사하고 있다. 고대 그리스, 로마 시대부터 세상을 바꾸어온 과학자 철학자들은 수학을 연구했다. IT 시대 수학은 어떤 의미를 가질까?
책의 구성은
‘IT 전문가’ -빅데이터 전문가, 블록체인 개발자, 사물인터넷 개발자, 웨어러블 전문가, 인공지능 전문가, 안드로이드 로봇 공학자
‘첨단 서비스 전문가’ -드론 조종사, 화이트 햇 해커, 자율주행 자동차 엔지니어, 3D 프린팅 운영 전문가, 디지털 포렌식 전문가.
‘엔터테인먼트와 의료 전문가’ -개인 미디어 콘텐츠 제작자, 스마트팜 전문가, 상담심리 전문가, 건축사, 간호사, 의사, 셰프, 패션 디자이너, 플로리스트(꽃 장식가).
‘영상 전문가’ -가상현실 전문가, 홀로그램 전문가, 특수효과 기술자. 로 되어있다. 직업에 관련 있는 수학 이론을 설명한다.
빅데이터 전문가는 컴퓨터라 연산을 실행하고 쉽게 수행하는 정형 데이터를 분석하는 것이 아니라, 컴퓨터가 이해하지 못하는 비정형 데이터(페이스북, 트위터 등 소셜네트워킹 데이터베이스에 체계적으로 정리되지 않은 웹 문서, 이메일, 소셜 데이터 등)을 직접적으로 분석하고 예측하는 직업이다.
관련 수학 이론은 ‘그래프 이론’ : 1936년 독일의 수학자 오일러가 쾨니히스베르크의 다리 문제를 푸는 데서 시작된 한붓그리기가 이 이론의 시초이다. 한붓그리기는 러시아의 쾨니히스베르크이 다리 7개를 한 번에 건널 수 있는지를 이론적으로 증명하는 문제였다. ‘모든 점이 짝수 개의 선을 가지거나 오직 2개의 점이 홀수 개의 선을 가지면 한붓그리기가 가능하다’
‘데이터 마이닝’은 방대한 양의 데이터에서 가치 있는 정보를 골라내는 작업 또는 과정이다. 데이터를 분석해서 기업에 필요한 전략 가치를 구사하거나 의사결정을 하기 위한 탐색 정보로 활용된다. 주성분 분석과 군집분석, 로지스틱 회귀분석 등 데이터 마이닝에서 많이 쓰는 통계 방법이다.
‘비둘기집 원리’는 n개의 비둘기집에 n+1마리의 비둘기가 들어가면 최소한 한 집은 두 마리 이상의 비둘기가 들어가게 된다는 원리이다. 독일 수학자 디리클레가 서랍 원리로 부르며 처음 소개되었다. 100여 년이 지나 라파엘 로빈슨이 수학 학술지에 ‘비둘기집 원리’로 발표했다.
블록체인 개발자, 블록체인은 장부의 거래 내역과 연결의 합성어이다. 안전하게 데이터를 분산하여 저장하는 기술을 말한다. 블록체인 개발자는 블록체인을 개발하고 연구하는 소프트웨어 전문가를 말한다. 기업환경에 부합하는 설계와 프로젝트의 기획 및 운영에 관한 관리 업무를 포괄적으로 담당한다. 관련 수학 이론은
존 폰 노이만이 개발한 난수 생성 방법으로 중앙 제곱 난수 생성의 방법이 있다.
밀스 상수는 1947년 수학자 윌리엄 밀스가 개발한 소수를 찾는 방법이다. 수는 1과 소수, 합성수로 이루어져 있다. 소수는 리만 가설에서도 중요한 수이며, 우리가 살아가는 사회에서도 다양하게 쓰이고 있는 대단히 규칙적이면서도 불가사의한 수이다. 밀스 상수 A는 약 1.30638이다.
‘힐베르트의 그랜드 호텔’ 무한대의 개념과 역설을 이야기할 때 이론이다.
사물인터넷 개발자, 사물인터넷 개발자는 기초적인 프로그래밍 언어를 아는 것이 중요하다. 관련 수학은
‘기초적 프로그래밍 언어’ 기능이 우수한 프로그래밍 언어는 많다. 자바, 파이선, 자바스크립트 등.
웨어러블 전문가, 센서, 소프트웨어에 대한 이해 등이 필요하다. 관련 수학은
‘델파이 기법’ 미래의 수요나 유행, 소비 상황들을 예측할 때 사용하는 방법 중 하나가 델파이 기법이다.
‘행렬’ 일본 세키 코와라는 수학자가 1683년 행렬식에 대한 개념을 처음 설명했다. 1850년 제임스 조지프 실베스터는 matrix로 행렬의 용어를 정의하고 논문에 소개했다. 행렬은 그래프 이론, 암호문, 먹이사슬, 네트워크, 데이터베이스에도 적용된다.
인공지능 전문가, 인공지능의 가장 중요한 요소 중 하나는 소프트웨어의 개발이다. 인간처럼 생각하고 말하고 판단할 수 있도록 인공지능을 학습시키기 위해서 게임, 수학적 증명, 컴퓨터 비전, 음성 인식, 언어 인식, 전문가 시스템, 로봇 공학, 생산 자동화 등 다양한 분야를 적용해야 하는 토탈아트에 가깝다. 관련 수학은
‘알고리즘’은 문제를 해결하기 위한 일련의 과정이다.
‘퍼지이론’은 수학은 a를 넣으면 z라는 결론이 나오는 딱 부러지는 학문이라고 생각하기 쉽다. 수학은 증명이 논리적이어야 하며 애매한 구석이 없어야 하기 때문이다. 그런데 애매한 부분을 이론적으로 받아들이는 수학 분야가 퍼지이론이다. ‘퍼지’는 영어로 ‘애매하다’와 ‘모호하다’라는 뜻이다. 1965년 이란 출신이 자데 교수가 창안한 이론이다. 참과 거짓을 따지기 어려운 것을 받아들이며, 0과 1이 아닌 그사이의 값을 갖도록 해를 찾는 것이다. 컴퓨터는 애매모호한 것에 대해 분석과 처리가 어렵다. 퍼지 논리를 적용하면 더욱 복잡하게 되지만 실행되면 인간에게 적합한 이용 가치를 보여줄 수 있다.
안드로이드 로봇 공학자, 몸은 기계이지만 인간의 모습으로 제작된 로봇이 안드로이드 로봇이다. 가장 인간에 가깝게 인간의 형태를 갖춘 로봇은 휴머노이드 로봇이다. 관련 수학은
‘딥러닝’, 딥러닝는 인간이 교육과정을 모방한 기계학습을 말한다. 기계도 인간처럼 교육받아서 스스로 프로그래밍도 할 수 있다. 빅데이터를 통해 더욱 정확하고 빠른 학습을 실행할 수 있다.
‘이진법’, 0과 1만으로 나타내는 이진법을 문자나 숫자, 영상, 음성, 데이터 등으로 표현한다. 인간은 0에서 9까지 십진법을 사용한다. 컴퓨터는 이진법으로 정보를 저장하며 수백만 개의 온 오프 스위치로 구성된 컴퓨터의 중앙처리 장치와 저장 장치 역시 이진법으로 나타내 쉽게 저장한다.
‘코딩’ 안드로이드 로봇이 인간의 기능과 행동을 할 수 있도록 프로그래밍 언어로 이루어진 것을 코딩이라고 한다.
‘욕조 곡선’ 모든 제품은 언젠가는 고장이 난다. 고장을 3단계로 분류하면 (1) 초기, (2) 안정기 (3) 마모기가 있다. 초기는 설계나 제조상의 결함, 불량부품의 사용이 원인이 된다. 안정기는 우발적인 변화나 고장 외에는 별다른 고장이 나지 않는 기간. 마모기는 마모와 노하 등으로 고장률이 증가하는 기간이다. 이에 대한 3가지 기간을 나타내어 함수 그래프로 그린 것을 욕조 모양과 비슷하여 욕조 곡선으로 부른다.
드론 조종에 필요한 수학 이론은
‘백터’ 위치는 좌표평면이나 공간좌표에 나타낼 수 있다. 드론의 움직임을 앞, 뒤, 상, 하, 좌, 우의 6방향으로 할 때 x, y, z축으로 공간좌표를 이용해서 나타낸다.
‘브로노이 다이어그램’ 러시아 수학자 조지 보로노이가 발견한 보로노이 다이어그램은 수학에서 다양하게 이용하고 있다. 보로노이 다이어그램은 자율주행 자동차에도 적용된다. 로봇의 장애물 장지 시스템에도 적용된다. 자연에서 발견하는 보로노이 다이어그램은 잠자리의 날개와 기린의 무늬가 있다.
개인 콘텐츠의 영역, 여행지 소개, 입시에 대비하는 수험생, 온라인 게임 전문 해석, 건강 관련 정보 제공, 법 지식 제공, 반려동물 관련 채널, 타큐 전문, 영화나 애니 해석, 음식 먹방, 음식 먹는 소리 전문 방송, 정치 해설 교통이나 자동차 전문 정보, 주식, 수학이나 물리 등을 직접 실험하고 증명하는 채널, 신변잡기나 뷰티 관련 방송 등 다양하다.
개인 미디어 콘텐츠 제작가에게 기본적으로 중요한 것은 어떤 콘텐츠를 어떤 방식으로 방송할지에 대한 전략을 세우는 것이다. 관련 수학이론은
‘죄수의 딜레마’ 상대방이 침묵할지 배신할지 알 수 없는 상황에서 자백하면 자백한 사람에게 유리한 형량이 적용되기 때문에 죄수들은 각자 유불리를 계산해야 한다. 죄수의 딜레마는 상대방끼리의 협조적인 선택이 최선의 선택으로 보이지만 실제 나쁜 결과를 초래하게 된다.
내시 박사의 ‘평행이론’은 게임을 했을 때 상대방이 선택한 전략이 자신에게 최선의 결과를 가져다주는 선택을 하면서도 상대방의 전략이 바뀌지 않는다면 자신의 전략도 바꿀 필요는 없는 균형 상태에 이른다는 내용.
1920년대 헝가리의 수학자 폰 노이만이 발표한 게임 이론은 경쟁 상황에서 자신의 입장을 고려하고 최적의 해결을 위한 전략론이며, 의사결정을 통한 수학적 이론이다.
스마트팜 전문가, 농촌진흥청 ‘스마트팜 전문과정’을 이수하면 된다. 관련 수학이론
‘생존곡선’ 시간의 생존율에 의한 생존 개체수를 그래프로 나타낸 것을 생존곡선이라 한다.
생존곡선은
Ⅰ형은 상대 수명과 생존 개체수라 완만하게 감소하는 형 높은 생존율을 가지며 적은 수의 새끼를 낳는 편이며 대형 포유류가 여기에 속한다.
Ⅱ형은 태어나거나 부화한 시기부터 사명률이 꾸준하며 사슴, 조류, 어류, 소형 포유류, 곤충류 등.
Ⅲ 형은 상대수 명과 생존 개체수가 급격하게 감소한다. 산란 수는 많으나 생장 초개에 다른 생물에게 잡아먹혀 죽는 개체가 초기에 많다. 어패류, 나무 등.
‘로지스틱 방정식’ 이차함수 또는 지수함수에서 볼 수 있는 곡선이 기하급수적인 증가를 말하는 곡선 인구증가, 박테리아 증가 등.
‘수소 이온 지수’ 덴마크의 생화학자 쇠렌센이 처음 측정했다. 용액의 산성도에 대한 척도, 0에서 14까지 pH가 7이면 중성이다. 중성은 순수한 물일 때의 pH이다. 중성보다 pH가 높으면 염기성, 낮으면 산성이다. 물은 중성보다 약간 낮은 산성으로 pH가 6.3에서 6.6일 때이다. 우리 몸은 알칼리성을 띤 7.4일 때 가장 건강한 신체를 유지할 수 있다고 한다.
수학 이론이 없었다면 인류의 과학도 없다는 말을 실감했다. 우리와 밀접한 수학에 관심을 가져야 한다. 중2에서 나타나던 수학 포기자, 일명 ‘수포자’가 초등 고학년에서 나타난다고 한다. 우리나라 수학교육을 심각하게 고민할 때이다.
책 소개.
『4차 산업과 미래 직업』 박구연 지음. 2019.04.12. 지브레인. 200쪽. 15,000원.
박구연. 숭실대학원에서 통계학으로 석사학위를 받았다. 수학 문제 개발자. 저서. 『가장 쉬운 수학 방정식』 『가장 쉬운 수학 미분』 『누구나 쉬운 수학 용어 사전』 『한 권으로 끝내는 중학 수학』 등.
