<학부생을 위한 ɛ 강연> 복잡한 생명현상을 위한 21세기 현미경, 수학!

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강연자 김재경
소속 카이스트

지난 50년간 진행된 분자생물학의 혁명으로 인해 생명 시스템이 수많은 분자들의 상호작용으로 구성되어 있음을 알게 되었습니다. 이러한 복잡한 시스템을 이해하기 위해서는 현미경과 같이 생명현상을 관찰하는 도구와 함께 수학은 생명과학 분야에서 필수적인 도구로 자리 잡았습니다. 수학적 언어를 사용하여 복잡한 시스템을 가상 공간에 구현하고, 이를 통해 직관적으로 이해하기 어려운 다양한 생명현상을 이해할 수 있습니다. 이러한 수리모델링을 통해 노벨상 수상자들이 놓친 생체시계의 핵심 작동 원리와 우리가 가지고 있는 좋은 수면에 대한 인식의 오류를 어떻게 발견하였는지 소개하겠습니다. 또한, 이러한 생명현상을 수학적 언어로 번역하는 과정에서 새로운 수학 문제들이 등장하여 수학 분야를 더욱 풍성하게 만들어줍니다. 특히, 수리모델에 관한 본 노이만의 유명한 이야기인 “With four parameters I can fit an elephant, and with five I can make him wiggle his trunk”이 수학적으로 과연 타당한지 논의하겠습니다.

 

<학부생을 위한 ɛ 강연> Exploring Variational Problems over Graphons with a Tailored Neural Architecture and LLMs

강연자 : 양홍석 | 소속 : 고등과학원

In this talk, I will describe our neural framework for exploring variational problems over graphons—symmetric measurable functions from [0,1]^2 to [0,1] that serve as limit objects for dense graph sequences. These problems arise in two areas of mathematics: extremal graph theory, which studies the optimisation of graph parameters under constraints, often in the limit as the number of vertices grows; and large-deviation theory for dense random graphs, which uses constrained graphon optimisation to study the probabilities and typical structures of rare events. We represent graphons with implicit neural networks and optimise graphon objectives by gradient descent. Our approach combines three ingredients: a multiscale sinusoidal residual architecture designed to capture sharp, step-like graphons; an embedded solver that enforces a single empirical density constraint, with gradients computed by implicit differentiation; and symmetry-aware Monte Carlo estimators. For generalised Turán problems whose known solutions required substantial human effort, our framework recovers known optimal graphons without human intervention. Applied to open instances, it produces candidate optima, including a previously unreported family of candidate extremal structures. This led us to a Goodman-type conjecture for odd-cycle densities, which we subsequently proved and formalised in Lean with the help of LLMs. For variational problems arising in large-deviation theory for Erdős–Rényi random graphs, the framework produces new candidate optimal graphons in both upper- and lower-tail regimes for several pattern graphs. In the upper-tail regime, these candidates achieve better objective values than the best-known benchmark construction due to Lubetzky and Zhao.