자연과학 | 국내도서 - 교보문고

인공지능 바둑 프로그램인 알파고로부터 인류는 인공지능에 대하여 알게 되었으며 이러한 인공지능은 하루가 멀다 하지 않고 발전하여 인간과 대화를 주고받는 형태로 발전하고 있는 수준으로까지 발전하고 있다. 생성형 AI의 발전과 더불어 인간이 필요로 하는 거의 모든 정보를 알 수 있으며 이러한 내용은 그동안 인류가 축적하온 모든 지식뿐만 아니라 추론의 형태로 앞으로 인류가 어떻게 연구를 해야 하는지를 알려주고 있다. 이러한 인공지능의 출현은 현재 모든 사업 분야에 지대한 영향을 주고 있으며, 인간이 하기 어려운 많은 부분을 로봇과 함께 인간을 대신하여 수행하고 있다. 앞으로 이러한 인공 지능의 출현으로 많은 산업의 변화가 뒤따를 것이며 이에 따른 직업군의 변화와 산업 발전에도 지대한 영향을 미칠 것으로 보인다. 이처럼 인공 지능으로 대표되는 4차 산업혁명 시대에 우리는 살고 있으며 이런 시대를 살아가는데 있어 가장 필요한 전문가의 덕목은 융합적 사고 능력과 논리적 사고를 가진 인재라 할 수 있다. 이것은 날로 복잡해지는 첨단산업에 능동적으로 대처하고 창의적인 업무 능력을 보여주기 위한 시대적 요구라고 볼 수 있으며 이러한 시대적 상황에 더욱 더 중요시 되는 과목이 바로 수학이다. 실제 많은 수학자들이 인공지능 관련 산업에 진출하여 많은 업적을 이루고 있으며 미적분학 선형대수학 확률통계 등의 이론이 실제 인공지능의 발전에 사용되고 있다. 이 교재는 AI시대에 꼭 알아야만 되는 수학의 기본적인 내용들로 함수, 미분과 적분, 벡터 및 행렬 등을 다루고 있다. 각 절이 시작할 때마다 AI에게 그 절에서 필요한 내용을 미리 알아보도록 하여 학생이 스스로 수학에 흥미를 가질 수 있도록 하였다. 그리고 각 절이 끝날 때는 그 절의 중요한 내용을 복습할 수 있도록 퀴즈 형태로 질문하여 자연스럽게 학생들이 그 절의 내용을 다시 한번 더 복습함으로서 그 절의 내용을 쉽고 완벽하게 이해할 수 있도록 도움을 주었다.

집단유전학(population genetics)은 생물집단의 유전적 구성을 결정하는 원칙과 이에 영향을 미치는 요인을 구명하는 유전학의 한 분야이다. 생물집단은 시간적, 공간적으로 다양한 환경에서 적응과정을 통해 생존과 생식을 지속하면서 존재한다. 따라서 집단유전학의 주된 관심사는 생물집단이 보유하고 있는 유전변이의 특성과 양, 그리고 이들의 변화 과정과 유지 메커니즘을 구명하는 일이다. 집단유전학은 멘델의 유전법칙과 집단의 유전구조에 영향을 미치는 다른 유전원리에 근거해 집단과 종의 진화적 변화를 초래하는 다양한 힘에 관한 연구를 포함한다. 이러한 관점에서 집단유전학의 내용은 진화의 이론적 및 수학적 기초를 제공한다고 간단히 정의할 수 있다

형태가 단순한 모집단에 대한 기초적 통계분석에서 주요 관심사는 모집단의 모평균에 대한 추론, 즉 추정과 가설검정이다. 모분산의 추정은 모평균의 추론을 위해 필수적이므로 함께 분석된다. 또한, 모집단을 특성에 따라 여러 범주로 나누면 각 범주별 모평균에 대한 추론이 필요할 수 있다. 이때 범주의 특성에 따라 모평균은 무수히 많을 수 있으며, 이러한 모평균은 범주의 조건에 따라 변하는 조건부 평균으로, 함수의 형태를 가지므로 ‘평균 함수’라고 한다. 회귀모형은 평균함수를 특별한 형태의 함수로 가정한 것이고, 회귀분석은 가정한 회귀모형을 추론하는 통계분석이다. 실제로 관심을 가지는 모집단은 대부분 복잡한 형태를 띠고 있기 때문에, 회귀분석은 고급 통계 분석의 기초가 된다. 넓은 의미에서 보면, 대부분의 고급 통계 분석 기법은 회귀분석의 확장이라 할 수 있다. 이 책은 통계학을 전공하거나 통계분석법을 사용하는 분야의 독자들에게 회귀분석의 이해를 돕기 위해 집필하였다. 기존의 회귀분석 책들과는 달리 단순한 형태의 모집단으로부터 복잡한 형태의 모집단까지 확률분포로 모형화하고 표현하는 과정을 서술함으로써 회귀분석에 대하여 수리적으로 이해할 수 있도록 하였다. 또한, 회귀분석 과정의 복잡한 계산을 위한 벡터와 행렬의 기본적 연산과 활용법을 소개하였다. 특히, 각 장에서 배운 회귀분석 기법들을 컴퓨터로 활용할 수 있도록 R의 기초와 분석 과정들을 서술하였다. 도서의 구성은 다음과 같다. 1장에서는 회귀분석에 필요한 벡터와 행렬을 소개한다. 2장에서는 단순한 모집단에서 시작하여 보다 복잡한 모집단을 확률분포로 모형화하는 과정을 설명하고, 회귀모형을 고려하는 과정을 다룬다. 3장과 4장에서는 모집단이 하나의 요인으로 분할되는 경우인 단순회귀분석과 R 활용법을 소개하였고, 5장과 6장에서는 모집단이 여러 요인에 의해서 분할되는 경우의 중회귀분석과 R 활용법을 서술하였다. 7장에서는 모집단이 질적변수에 의해서 분할되는 경우의 회귀분석과 회귀모형에 영향을 미치는 요인 선택 방법을 소개하고, 8장에서 R을 이용하여 구현하는 방법을 설명하였다. 본서는 회귀모형의 개념을 명확히 이해하고 분석 방법을 익히는 데 중점을 두었다. 따라서 어려운 이론이나 증명보다는 개념 중심으로 내용을 서술하였으며, 학습에 필요한 증명들은 독자가 스스로 해결할 수 있도록 연습문제로 제공하였다. 회귀분석에서 고려해야 할 부분들을 모두 수록하지는 않았기에 내용적으로 부족한 부분이 있을 수 있는데 이 점은 양해를 바라며, 출간 후 나올 수 있는 수정사항은 자유아카데미 홈페이지 자료실(www.freeaca.com)을 통해 게시될 예정이니 참고 부탁드린다. 이 책을 통해 통계학 전공자뿐만 아니라 비전공자도 회귀모형을 이해하고 기본적인 회귀분석 기법을 익혀 R을 활용한 분석이 가능해지기를 바란다. 끝으로 이 책을 출판하기까지 많은 조언과 노고를 아끼지 않으신 자유아카데미 관계자분들께 감사의 마음을 전한다."

이 책은 현대물리학을 공부하는 첫 강좌에 사용하도록 만들어졌으며, 상대성 이론과 양자역학, 그리고 그 응용에 관한 내용을 담고 있다. 현대물리학은 보통 미적분 기반의 고전물리학 표준 입문 강좌 다음에 공부하게 되는데, 그 대상은 보통 두 부류로 나뉜다. 먼저 물리학 전공자로서 나중에 더 엄격한 양자역학 과정을 수강할 학생들에게는 곧 배우게 될 고전역학, 열역학, 전자기학과 같은 본격적인 전공 강좌의 배경 지식을 제공해 주는 입문 형식의 현대물리학 강좌가 큰 도움이 될 것이다. 또 다른 대상은 물리학 비전공자로서 이후에 더 이상 물리학 관련 과목을 수강하지 않을 학생들은 각자의 전공 영역에서 현대물리학 개념을 점점 더 많이 만나게 되면서, 화학자, 컴퓨터 공학자, 원자력 공학자, 전기 공학자, 분자 생물학자가 되기 위해서는 고전물리학 입문 강좌만으로는 부족하다는 것을 느끼게 될 것이다. 1~8장은 이 교재의 핵심부분에 해당하는데, 특수 상대성 이론과 양자역학, 그리고 원자 구조를 다룬다. 거기까지 공부를 마쳤다면 그 뒤로는 9~11장(분자, 양자 통계, 고체)을 이어서 공부하거나, 아니면 12~14장(핵, 소립자)으로 건너뛰어도 무방하다. 마지막 15장에서는 우주론을 다루는데, 상대성 이론으로부터 시작해서 앞에서 나온 모든 주제를 아우르기 때문에 현대물리학의 정점이라고 할 수 있다. 이 책을 관통하는 통일된 주제가 있다면 그것은 현대물리학이 실증적인 토대 위에 서 있다는 것이다. 이 책에는 파생된 속성들을 실험으로 검증하는 얘기가 계속해서 나오는데 그중에는 특수 상대성 이론과 일반 상대성 이론, 광자와 다른 입자들의 파동-입자 이중성에 대한 최신 검증도 있다. 이에 더해 기본 현상들의 응용을 광범위하게 보여주며, 여러 문헌에 나오는 자료들을 활용하여 이런 현상들을 설명할 뿐 아니라 ‘실제’ 물리학이 어떻게 이루어지는지 통찰하게 한다. 또한 Bose-Einstein 응축, 고체의 비열, 상자성, 우주 배경 복사, 엑스선 스펙트럼, 4He 안에 희석된 ³He 혼합물, 성간 매질의 분자 스펙트럼에 이르기까지 다양한 주제를 밝히고 설명하기 위해, 실험실에서 얻은 결과와 양자 이론에 기반한 분석이 어떻게 서로 긴밀히 연결되어 쓰이는지 알게 된다.

『해양과 지구 환경』은 바다와 지구 환경의 관계를 과학적으로 탐구한 저서로, 해양이 기후 변화에 미치는 영향과 해양 생태계의 중요성을 상세히 설명한다. 저자는 해류의 움직임, 해양 자원의 변화, 인간 활동이 바다에 미치는 영향을 분석하며 바다의 중요성과 지구 환경에 미치는 영향력을 생생하게 전달하고 있다. 2003년 출간 당시에도 주목받았던 이 책은 현재 더욱 중요한 시사점을 가진다. 기후 변화와 해양 산성화, 극지방 빙하의 감소 등 환경 위기가 현실로 다가온 오늘날, 해양이 기후 시스템에서 차지하는 역할을 이해하는 것은 필수적이다. 『해양과 지구환경』은 과거의 연구를 바탕으로 현재의 문제를 되짚고, 미래를 위한 지속가능한 해결책을 고민하게 한다. 과학적 사실과 객관적인 분석을 바탕으로 한 이 책은, 환경 문제를 깊이 이해하고 싶은 독자들에게 여전히 가치 있는 통찰을 제공할 것이다.

이 책은 유기화학이란 화학의 전통적인 한 영역을 다루는 전공 도서의 성격이기보다는 우리 인류의 실생활과 자연 및 환경 나아가 첨단의 과학 발전 분야에 깊이 연관되어 있는 ‘탄소-함유 화합물의 화학’, 즉 유기 화학을 인류 관심사의 한 주제로 선정하여, 그 내용을 유기분자의 구조, 합성에 관한 기초 원리부터 유기화학이 현재의 여러 소재산업에 미치는 유기화학의 영향에 관하여 함축적으로 기술하고 있다. 한편 책의 부피가 작고 내용이 간결하고 명확하게 기술되어 있어 유기화학 전공자들은 물론이고 인접 학문 분야 전공자들이 큰 부담 없이 쉽게 접근할 수 있는 장점을 갖고 있어, 유관 전공 분야(고분자 및 재료공학, 약학, 의학, 의공학, 생명과학) 및 기타 융합전공 학생들 모두에게 참고도서 내지 교양서로서 적극 추천하고 싶은 책이다.

지구는 인간이 우주에서 존재할 수 있는 환경을 제공한다. 우리는 땅에서 살아가며 농작물을 재배하고, 하늘로부터 물과 햇빛을 받아 생존한다. 지구는 인간 생활의 터전이자 영원한 동반자다. 지형과 기상은 우리의 삶에 영향을 미칠 뿐만 아니라, 군사작전에서도 중요한 변수로 작용한다. 이 책은 기상과 지형에 대한 자연과학적 이해와 군사적 응용을 돕기 위해 집필되었다. 책은 크게 기상과 지형 두 부분으로 나뉜다. 기상에서는 기상현상의 원인과 과정, 기상관측 및 악천후 기상의 활용을 다루었고, 지형에서는 지형의 형성과 구성물질, 북한지형, 측지와 분석 기법 등을 포괄적으로 다뤘다. 특히 응용 사례를 통해 원리와 현실 적용의 이해를 돕고자 했다.

『혼자 공부하는 대학물리학』의 개정판으로, 뉴턴 법칙을 중심으로 한 역학 관련 내용을 중점적으로 다루고 있습니다. 기초 이론부터 응용 분야까지 단계적으로 구성되어, 학생들이 개념을 명확히 체득하고 실생활 및 첨단 기술 사례에 응용할 수 있도록 안내합니다.

미적분학은 산술 연산을 넘어 수학의 영역에 들어설 때 가장 먼저 접하는 수학적 주제를 모아놓은 분야입니다. 이 책에서는 미적분학에 등장하는 수학적 개념을 새로운 관점과 방식으로 다시 한 번 살펴보려 합니다. 첫 번째로 수학적 개념의 의미를 전달하기 위해 노력하였습니다. 어떤 대상이 왜 그렇게 정의되는지를 이해하려면 그것이 어떤 기능을 하도록 고안되었는지를 알아야 합니다. 두 번째로 프로그래밍 언어를 이용하여 수학적 개념이 추상적인 수준에 머물러 있지 않도록 노력하였습니다. 수학을 흔히 과학의 언어라고 하듯이, 프로그래밍 언어와 수학은 서로 깊은 관련이 있습니다. 마지막으로 지나치게 직관적이거나 단순한 설명을 지양하려 노력하였습니다. 이 책에서 다루는 수학적 깊이는 양 끝단의 중간에 위치하도록 노력하였습니다. 누구에게는 지나치게 수학적이라고 느껴질 수도 있고, 다른 누구에게는 지나치게 직관적이라고 느껴질 수도 있습니다. 이렇게 두 부류로 의견이 나뉜다면, 이 책은 목표를 달성한 것입니다.

본 교재에는 의학, 보건 분야로 진출하려는 학생들이 기본으로 갖추어야 할 생물학적 지식들이 포함되어 있다. 그러므로 생물학, 간호학, 의·약학, 임상 병리학, 식품 과학 등 다양한 전공에서 빠른 시간 내 개념을 정리하려는 학생들을 가르치기에 매우 적합하다.

이 교재는 대학수학의 기초를 다지는 데 중점을 두고, 미분적분학을 학습하는 데 필요한 기본 지식이 부족한 학생들이 함수의 기본 개념을 이해하고, 미분적분학에서 다루는 초등함수들을 쉽게 다룰 수 있도록 구성하였다. 또한, 기본적인 극한과 미분, 적분의 개념을 이해하고 계산하는 데 집중하였고, 용어와 내용의 서술에 있어 일관성과 계통성을 유지하기 위해 노력하였다. 이 교재를 통해 학생들이 미분적분학에 대한 깊은 이해를 쌓고, 이를 바탕으로 미분과 적분의 응용 및 활용 능력을 키울 수 있기를 바란다.

대수학은 연산 구조가 있는 집합에 대한 체계적인 이해를 목표로 하는 순수 수학의 한 분야이다. 본 교재는 대수학을 처음 배우는 수학과 및 수학교육과 학생들을 위해 쓰인 두 권의 시리즈물 중 첫 번째 편이다. 이번 권은 군(나눗셈이 있는 이항연산의 집합) 이론에 대한 논의로 원소의 개수가 작은 군을 모두 분류하는 것을 목표로 하였다. 이러한 목표에 도달하는 데 사전식 나열로 출발하는 기존의 교재 구성 방식을 지양하고 필요에 의해 정의를 만들고 성질을 유도해 가는 구성주의적 접근법으로 내용을 채우려고 노력하였다. 책의 내용이 더 높은 단계의 대수학을 학습하는 데 필요한 배경지식을 담기에는 부족한 면이 없지 않다. 하지만 저자들은 대수학을 처음 접하는 독자들이 명료하고 명쾌하게 대수학을 이해하기 바라는 마음에서 집필하였다.

현재 통계학은 인문사회과학, 자연과학, 공학, 농학, 의약학, 금융 등 거의 모든 분야에 적절한 통계자료분석기법을 제시합니다. 오늘날 통계학 교육은 통계소프트웨어와 함께여야 함을 확신합니다. 이 책에서 사용된 통계소프트웨어로서 R은 통계교육을 위해 좋은 도구라고 생각합니다. R은 시공간에 제약 없이 무료로 사용할 수 있으며 최신 통계기법과 그래픽기법을 신속하게 수용하기 때문입니다. 이 책은 통계학의 기초개념을 다루며 R 프로그램을 활용하여 문제를 해결하므로 처음 통계학을 만나는 독자에게 적절합니다. 통계 결과물을 정확하게 읽고 올바르게 사용할 수 있는 통계적 사고는 현대 사회에서 살아가기 위한 기본 교양이라 생각합니다.

물리학은 자연 과학의 여러 학문 중에서 가장 기본이 되는 학문으로 자연현상의 규칙성을 발견하는데 앞장서 오고 있다. 또한 다른 학문들과의 밀접한 융합을 통하여 새로운 과학 기술을 발전시키는 데 중추적인 역할을 하고 있다. 본 교재는 고등학교에서 물리학을 공부하지 않고 이공학계 대학에 입학한 학생들을 위한 선행 학습 교재로 발간하였다. 물리학을 필요로 하는 여러 과정의 학생들을 위한 입문서로 활용하면 좋을 것으로 사료된다. 2012년 초판 이후 많은 독자들의 격려와 사랑 속에 개정 2판, 개정 3판에 이어 이번에 최신 자료를 업로드하여 개정 4판을 발간하기에 이르렀다.

데이터(자료)가 산업과 연구의 중심이 된 지금, 통계학은 이를 효과적으로 분석하고 활용하는 데 필수적인 학문이다. 『일반통계학(3판)』은 통계의 기본 개념을 체계적으로 정리하고 R과 파이썬 실습을 통해 데이터 분석 역량을 기를 수 있도록 구성된 입문서이다. 25년만에 이뤄진 이번 3판 개정에서는 SAS 대신 R과 파이썬을 활용한 실습을 추가하여 독자들이 이론을 프로그래밍으로 구현할 수 있도록 했으며, 실생활 데이터를 반영한 예제를 보강했다. 통계학을 처음 접하는 비전공자부터 데이터 분석을 배우려는 입문자까지 누구나 체계적으로 학습할 수 있도록 구성된 이 책은 강의 교재는 물론 독학용으로도 적합하다. 데이터를 올바르게 이해하고 분석하는 법을 배우며 통계적 사고력을 키워보자.