數(shù)字緝兇

前言

2005年1月23日，一部名為《數(shù)字追兇》的刑偵電視連續(xù)劇首播。這部由尼克·法拉奇夫婦和謝里爾·霍頓編寫劇本的電視連續(xù)劇是派拉蒙電視網(wǎng)絡(luò)公司(Palamount Network Television)拍攝的，好萊塢資深導(dǎo)演里德利·斯各特(Ridley Scott)和托尼·斯各特(TonyScott)的加盟使它贏得了廣大觀眾的喝彩聲，他們執(zhí)導(dǎo)的電影有：《異形》、《壯志凌云》、《角斗士》等。自播出以來(lái)，《數(shù)字追兇》自然而然地?fù)敉肆烁?jìng)爭(zhēng)對(duì)手成了星期五晚上該電視劇播出時(shí)段中的收視冠軍。    使大家驚奇的是劇中兩個(gè)英雄之一竟是一位數(shù)學(xué)家，而且許多行動(dòng)涉及數(shù)學(xué)。查利·埃普斯作為一名教授，利用強(qiáng)有力的數(shù)學(xué)技巧幫助他的哥哥丹(一名聯(lián)邦調(diào)查局特工)找出并抓住罪犯。許多電視劇觀眾以及有些評(píng)論家曾評(píng)論說(shuō)，這些故事很具娛樂(lè)性，但基本前提很牽強(qiáng)：你不能簡(jiǎn)單地利用數(shù)學(xué)去破案。然而本書卻證明，他們錯(cuò)了。你可以利用數(shù)學(xué)去破案，雖然并非對(duì)每一案例都可行，但執(zhí)法機(jī)構(gòu)常常能使數(shù)學(xué)成為在對(duì)犯罪無(wú)休止的戰(zhàn)斗中的有力武器。事實(shí)上，正如我們將在下一章中討論的，此連續(xù)劇的第一集就是以現(xiàn)實(shí)生活中的一個(gè)案例為基礎(chǔ)的。    我們打算用非技術(shù)性的方式來(lái)描述目前對(duì)警察、中央情報(bào)局和聯(lián)邦調(diào)查局有用的一些主要數(shù)學(xué)技巧。這些方法大部分已在《數(shù)字追兇》的劇本中被提及，在頻繁地將我們的解釋與播出的劇情相聯(lián)系的同時(shí)，我們的注意力集中于這些數(shù)學(xué)技巧以及它們?nèi)绾文鼙粓?zhí)法者所使用。另外我們也描述一些實(shí)際的案例，在這些案例中，數(shù)學(xué)對(duì)破案起了作用，雖然在電視劇中并沒(méi)有運(yùn)用過(guò)——至少?zèng)]有直接運(yùn)用。    在許多方面，《數(shù)字追兇》類似于一部?jī)?yōu)秀的科學(xué)小說(shuō)．以正確的物理和化學(xué)知識(shí)為基礎(chǔ)。每個(gè)星期，《數(shù)字追兇》播出一集情節(jié)跌宕的故事，在這個(gè)故事的敘述中實(shí)際可行的數(shù)學(xué)起了關(guān)鍵作用。《數(shù)字追兇》的制片人竭盡全力來(lái)確保劇中使用的數(shù)學(xué)知識(shí)是正確的，所演示的應(yīng)用是可能的。雖然有些案例觀眾看來(lái)是虛構(gòu)的；但它們確實(shí)發(fā)生了，而有些案例則是非?？赡馨l(fā)生的。這部電視連續(xù)劇采用了某些戲劇性手法，但本書沒(méi)有。在本書中，你將發(fā)現(xiàn)數(shù)學(xué)能用于，而且已經(jīng)用于與現(xiàn)實(shí)犯罪作斗爭(zhēng)并抓獲了真正的罪犯。

內(nèi)容概要

《數(shù)字緝兇(美劇中的數(shù)學(xué)破案)》以哥倫比亞廣播公司的黃金檔熱播刑偵電視連續(xù)劇《數(shù)字追兇》為話題，基思·德夫林(在空中談話節(jié)目《周末》中被廣大聽眾稱為“數(shù)學(xué)伙計(jì)”)和加里·洛登(《數(shù)字追兇》的首席數(shù)學(xué)顧問(wèn))聯(lián)袂合作，解釋了現(xiàn)實(shí)生活中美國(guó)聯(lián)邦調(diào)查局特工和其他執(zhí)法機(jī)構(gòu)如何使用數(shù)學(xué)工具來(lái)抓捕和指控罪犯。從法醫(yī)學(xué)到反恐，從黎曼猜想到圖像增強(qiáng)技術(shù)，德夫林和洛登通過(guò)極具說(shuō)服力的案件，展示了當(dāng)代數(shù)學(xué)在罪案?jìng)刹橹邪l(fā)揮的重要作用。
在《數(shù)字緝兇(美劇中的數(shù)學(xué)破案)》中，你將發(fā)現(xiàn)數(shù)學(xué)能用于，而且已經(jīng)用于與現(xiàn)實(shí)犯罪作斗爭(zhēng)并抓獲了真正的罪犯。

作者簡(jiǎn)介

基思·德夫林（Keith
Devlin，1947—）是美國(guó)加利福尼亞州莫拉加市圣瑪麗學(xué)院科學(xué)系主任，斯坦福大學(xué)語(yǔ)言與信息研究中心高級(jí)研究員，美國(guó)科學(xué)院數(shù)學(xué)科學(xué)教育委員會(huì)委員，世界經(jīng)濟(jì)論壇成員，美國(guó)科學(xué)促進(jìn)會(huì)成員，美國(guó)全國(guó)公共電臺(tái)數(shù)學(xué)普及節(jié)目主持人。他是22本書的作者，其中包括《數(shù)字化的生命》（Life
by the Numbers）、《數(shù)學(xué)：模式的科學(xué)》（Mathematics：The Science of
Patterns）與《千年難題》（The Millennium Problems）等。 加里·洛登(Gary
Lorden)，美國(guó)加州理工學(xué)院數(shù)學(xué)系教授。哥倫比亞廣播公司電視連續(xù)劇《數(shù)字追兇》首席數(shù)學(xué)顧問(wèn)。

書籍目錄

1．尋找熱區(qū)——犯罪的地理分析技術(shù)
2．使用統(tǒng)計(jì)101與犯罪作斗爭(zhēng)
3．?dāng)?shù)據(jù)挖掘——在大量的信息中找出有意義的模式
4．字跡什么時(shí)候第一次出現(xiàn)在墻上——改變點(diǎn)檢測(cè)
5．圖像的增強(qiáng)和重構(gòu)
6．預(yù)言未來(lái)——貝葉斯推理
7．DNA圖譜分析
8．密碼——編碼與解碼
9．證據(jù)有多可靠——對(duì)指紋的懷疑
10．點(diǎn)間連接——網(wǎng)絡(luò)的數(shù)學(xué)
11．囚徒困境、風(fēng)險(xiǎn)分析和反恐怖主義
12．法庭上的數(shù)學(xué)
13．賭場(chǎng)中的犯罪——用數(shù)學(xué)攻擊系統(tǒng)
附錄：《數(shù)字追兇》前三季劇情中的數(shù)學(xué)概要

章節(jié)摘錄

熱區(qū)中的每一名嫌疑人都被有關(guān)DNA的證據(jù)刷清了嫌疑，偵查遭到了挫折。但是隨即他們運(yùn)氣來(lái)了。偵查負(fù)責(zé)人麥克(Mac，全名McCullan Gallien)收到了一條匿名舉報(bào)的信息，檢舉一名未必可能的犯罪嫌疑人——鄰近機(jī)構(gòu)的代理司法長(zhǎng)官。由于這只是已獲得的堆積如山的舉報(bào)信息中的又一條，麥克傾向于僅把它歸檔了事，但是一時(shí)興起的他決定查一下這個(gè)代理司法長(zhǎng)官的地址。結(jié)果甚至連靠近熱區(qū)都談不上。不過(guò)他仍然感到有什么在牽引著他，他又深入挖掘了一下。這次他中了“頭獎(jiǎng)”。這個(gè)代理司法長(zhǎng)官以前居住在另一個(gè)地方——就在熱區(qū)中！從一個(gè)香煙頭收集來(lái)的DNA證據(jù)與從犯罪現(xiàn)場(chǎng)采集來(lái)的相符合。此人被逮捕了，羅斯莫?jiǎng)t迅速成為犯罪偵查圈內(nèi)的著名人物。    有趣的是，當(dāng)霍頓和法拉奇基于真實(shí)案例編寫《數(shù)字追兇》試播集的劇本時(shí)，他們不可抗拒地在結(jié)尾處把同樣戲劇性的曲折編寫了進(jìn)去。當(dāng)查利第一次使用他的公式時(shí)在熱區(qū)的嫌疑人中也沒(méi)有發(fā)現(xiàn)相符的DNA，就像羅斯莫的公式在拉斐特發(fā)生的那樣。查利堅(jiān)定地相信他的數(shù)學(xué)分析，所以當(dāng)?shù)じ嬖V他搜索的結(jié)果為零時(shí)，一開始他拒絕接受這一結(jié)果?！澳銈円欢ò阉┑袅??！彼f(shuō)。    遭到挫折心情不佳，查理和丹聚在他們父親艾倫的屋子里交談，艾倫說(shuō)，“我知道不是數(shù)學(xué)的問(wèn)題，查利。一定是其他問(wèn)題?！边@一提醒促使丹認(rèn)識(shí)到尋找殺手的住所可能是個(gè)錯(cuò)誤的目標(biāo)?！叭绻噲D在我住的地方找到我，你可能會(huì)失敗，因?yàn)槲規(guī)缀鯊牟蛔≡谀抢?，”他提示說(shuō)。“我一直在工作?！辈槔プ∵@條提示設(shè)計(jì)了一條不同的進(jìn)攻路線，通過(guò)修改他的計(jì)算來(lái)尋找兩個(gè)熱區(qū)，一個(gè)可能包含這個(gè)殺手的住所，而另一個(gè)是他的工作場(chǎng)所。這次查利的數(shù)學(xué)管用了。丹成功地確定了殺手的身份，并恰好在這個(gè)罪犯正要?dú)⒑α硪粋€(gè)被害人之前抓住了他。    現(xiàn)在，羅斯莫的環(huán)境犯罪學(xué)研究公司提供專利產(chǎn)品計(jì)算機(jī)軟件包Rigel，同時(shí)包括教他們?nèi)绾问褂盟鼇?lái)有效地破案。羅斯莫自己則奔波于全世界，去亞洲、非洲、歐洲以及中東，協(xié)助刑事調(diào)查，給警察和犯罪學(xué)家上課。要熟練掌握這個(gè)程序以適用于一個(gè)特定罪犯的行為癖性，需要受羅斯莫或他的一名助手培訓(xùn)兩年。    Rigel并不是每次都贏得很大的勝利。例如，羅斯莫也被請(qǐng)來(lái)參加偵破臭名昭著的環(huán)形路狙擊手案，這是一起發(fā)生在2002年10月的3個(gè)星期里的案件，共有10人被殺，3人重傷，2名連環(huán)殺手在華盛頓特區(qū)和周邊地區(qū)作下此案。羅斯莫得出的結(jié)論是狙擊手的基地是在華盛頓北郊的某個(gè)地區(qū)，但后來(lái)證明這兩個(gè)殺手并不居住在這一地區(qū)，他們遷移得太頻繁了，因而用地理分析技術(shù)無(wú)法確定地點(diǎn)。    Rigel并不總是管用的事實(shí)，對(duì)于任何了解把數(shù)學(xué)應(yīng)用子雜亂無(wú)章的人類現(xiàn)實(shí)世界時(shí)會(huì)發(fā)生些什么的人來(lái)說(shuō)并不突然。許多人脫離他們的中學(xué)數(shù)學(xué)經(jīng)驗(yàn)來(lái)思考，認(rèn)為使用數(shù)學(xué)去解決問(wèn)題時(shí)只有正確的或錯(cuò)誤的兩種方法——在許許多多情況下，老師的方法是正確的而他們自己用的則是錯(cuò)誤的。但情況遠(yuǎn)非如此。當(dāng)你在那些物理?xiàng)l件非常確定的情況下運(yùn)用數(shù)學(xué)時(shí)，只要用得正確，數(shù)學(xué)總是能給你正確的答案，諸如計(jì)算一架噴氣式客機(jī)從洛杉磯飛到紐約需要多少燃料。(那就是說(shuō)，只要你給出有關(guān)機(jī)身、乘客和貨物的總重量以及風(fēng)力等準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，數(shù)學(xué)將給你正確的答案。如有一個(gè)關(guān)鍵數(shù)據(jù)被漏輸進(jìn)數(shù)學(xué)方程中，幾乎總是會(huì)給出不正確的答案。)但是當(dāng)你把數(shù)學(xué)用到諸如犯罪問(wèn)題此類的社會(huì)問(wèn)題時(shí)，很少能給出如此涇渭分明的結(jié)果。    建立那些捕捉某個(gè)實(shí)際活動(dòng)的一些要素的方程組，叫構(gòu)建一個(gè)“數(shù)學(xué)模型”。在構(gòu)造某一事物的物理模型時(shí)，譬如說(shuō)研究風(fēng)洞中的一個(gè)飛行器，重要的是要得到包括尺寸大小、所用材料的各項(xiàng)真賣情況。而在構(gòu)建一個(gè)數(shù)學(xué)模型時(shí)，要得到的是恰如其分的正確行為。例如，利用數(shù)學(xué)模型的天氣預(yù)報(bào)要預(yù)報(bào)出下雨的日子為陰雨，有太陽(yáng)的日子為晴天，這才是有用的。建立模型_的第一步通常是很艱巨的。用此模型去“做數(shù)學(xué)”——即求解組成此模型的方程組——一般來(lái)說(shuō)要容易得多，特別是使用計(jì)算機(jī)的話。預(yù)報(bào)天氣的數(shù)學(xué)模型常常出錯(cuò)，因?yàn)樘鞖庥刑嗟膹?fù)雜情況(俗話說(shuō)，“天有不測(cè)風(fēng)云”)需要數(shù)學(xué)以很高的精度去捕捉。    正如我們將在以后的章節(jié)中看到的那樣，在用數(shù)學(xué)解決現(xiàn)實(shí)世界中的問(wèn)題時(shí)．特別是涉及人的那些問(wèn)題，通常是沒(méi)有“一條光明大道”的。當(dāng)遇到《數(shù)字追兇》中查利面臨的那些挑戰(zhàn)——確定犯罪地點(diǎn)、跟蹤疾病的擴(kuò)散或假幣的流動(dòng)、預(yù)測(cè)恐怖分子選擇的目標(biāo)等等——的時(shí)候，一個(gè)數(shù)學(xué)家不能僅僅只是列出方程并解此方程。需要一種高超的技術(shù)，把信息和數(shù)據(jù)匯集拼湊起來(lái)，選擇描寫狀態(tài)的數(shù)學(xué)變量，然后用一組方程來(lái)建立它的模型。即使當(dāng)一名數(shù)學(xué)家已建立了一個(gè)模型，也還有如何去求解它的問(wèn)題，是用近似計(jì)算。還是解析計(jì)算，還是計(jì)算機(jī)模擬。這個(gè)過(guò)程的每一步都要求有判斷力和創(chuàng)造性。兩個(gè)獨(dú)立工作的數(shù)學(xué)家(不管他們是多么地優(yōu)秀)，如果他們確實(shí)能夠給出有用的結(jié)果，這兩個(gè)結(jié)果很可能不是完全一致的。    于是，毫不奇怪，在地理分析技術(shù)領(lǐng)域里，羅斯莫有競(jìng)爭(zhēng)者。阿拉斯加大學(xué)司法中心的格羅弗·戈德溫(Grover M．Godwin)博士，《獵捕連環(huán)掠奪者》一書的作者，開發(fā)了一個(gè)名叫Predator(掠奪者)的計(jì)算機(jī)軟件包，使用數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)中一個(gè)叫做多元分析的分支．通過(guò)分析犯罪地點(diǎn)，被害者最后在什么地方露面，尸體在什么地方發(fā)現(xiàn)等來(lái)確定一個(gè)連環(huán)殺手的居住地。內(nèi)德·利文(Ned Levine)，一名休斯敦地區(qū)的城市規(guī)劃師，為國(guó)家司法研究所(美國(guó)司法部的一個(gè)研究部門)開發(fā)了一個(gè)名叫Crimestat的計(jì)算機(jī)程序。它使用被稱為空間統(tǒng)計(jì)學(xué)的技術(shù)來(lái)分析連環(huán)犯罪數(shù)據(jù)，它也能用來(lái)幫助研究人員們理解諸如交通事故或疾病暴發(fā)的模型。還有英格蘭利物浦大學(xué)的一名心理學(xué)教授和那里的偵查心理學(xué)中心主任戴維·坎特(DavidCanter)，也開發(fā)了他自己的計(jì)算機(jī)程序Dragnet，并有時(shí)將此軟件免費(fèi)提供給研究人員?？蔡刂赋觯侥壳盀橹?，還沒(méi)有任何人將各種用于確定連環(huán)犯罪案的計(jì)算機(jī)數(shù)學(xué)系統(tǒng)應(yīng)用于同一個(gè)案例．從而進(jìn)行面對(duì)面的比較。在一次采訪中他還說(shuō)，長(zhǎng)久來(lái)看，他的程序和其他的程序會(huì)被證實(shí)至少和Rigel一樣精確。P9-12

媒體關(guān)注與評(píng)論

我們每天都在使用數(shù)學(xué)，預(yù)報(bào)天氣、查看時(shí)間，還有……數(shù)錢。數(shù)學(xué)絕不僅僅只是方程和公式，它是邏輯的，是有理的，它使人們通過(guò)思考來(lái)解決所面臨的各式謎題。    ——網(wǎng)絡(luò)評(píng)論

編輯推薦

2005年1月23日，一部名為《數(shù)字追兇》的刑偵電視連續(xù)劇橫空出世，它擊敗了眾多競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手成為了星期五晚間檔的收視冠軍?！稊?shù)字緝兇(美劇中的數(shù)學(xué)破案)》的內(nèi)容大多來(lái)源于這部精彩的電視連續(xù)劇，它類似于一部?jī)?yōu)秀的科學(xué)小說(shuō)，以正確的物理和化學(xué)知識(shí)為基礎(chǔ)，在故事的敘述中，實(shí)際可行的數(shù)學(xué)起了關(guān)鍵作用。電視劇中采用了某些戲劇性的手法，但《數(shù)字緝兇(美劇中的數(shù)學(xué)破案)》沒(méi)有，在本書中，你將發(fā)現(xiàn)數(shù)學(xué)能用于，而且已經(jīng)用于與現(xiàn)實(shí)犯罪作斗爭(zhēng)并抓獲了真正的罪犯。作者之一基思·德夫林，擁有25本著作的多產(chǎn)科普作家。國(guó)家公共電臺(tái)的大眾節(jié)目《周末版》的定期撰稿人，在美國(guó)數(shù)學(xué)協(xié)會(huì)的網(wǎng)絡(luò)雜志上，開辟了一個(gè)專欄“德夫林視角”。另外一作者加里·洛登是電視劇《數(shù)字追兇》的首席數(shù)學(xué)顧問(wèn)。

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