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)導的電影有：《異形》、《壯志凌云》、《角斗士》等。自播出以來，《數(shù)字追兇》自然而然地擊退了競爭對手成了星期五晚上該電視劇播出時段中的收視冠軍。    使大家驚奇的是劇中兩個英雄之一竟是一位數(shù)學家，而且許多行動涉及數(shù)學。查利·埃普斯作為一名教授，利用強有力的數(shù)學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論家曾評論說，這些故事很具娛樂性，但基本前提很牽強：你不能簡單地利用數(shù)學去破案。然而本書卻證明，他們錯了。你可以利用數(shù)學去破案，雖然并非對每一案例都可行，但執(zhí)法機構(gòu)常常能使數(shù)學成為在對犯罪無休止的戰(zhàn)斗中的有力武器。事實上，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)實生活中的一個案例為基礎(chǔ)的。    我們打算用非技術(shù)性的方式來描述目前對警察、中央情報局和聯(lián)邦調(diào)查局有用的一些主要數(shù)學技巧。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，我們的注意力集中于這些數(shù)學技巧以及它們?nèi)绾文鼙粓?zhí)法者所使用。另外我們也描述一些實際的案例，在這些案例中，數(shù)學對破案起了作用，雖然在電視劇中并沒有運用過——至少沒有直接運用。    在許多方面，《數(shù)字追兇》類似于一部優(yōu)秀的科學小說．以正確的物理和化學知識為基礎(chǔ)。每個星期，《數(shù)字追兇》播出一集情節(jié)跌宕的故事，在這個故事的敘述中實際可行的數(shù)學起了關(guān)鍵作用。《數(shù)字追兇》的制片人竭盡全力來確保劇中使用的數(shù)學知識是正確的，所演示的應用是可能的。雖然有些案例觀眾看來是虛構(gòu)的；但它們確實發(fā)生了，而有些案例則是非常可能發(fā)生的。這部電視連續(xù)劇采用了某些戲劇性手法，但本書沒有。在本書中，你將發(fā)現(xiàn)數(shù)學能用于，而且已經(jīng)用于與現(xiàn)實犯罪作斗爭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)學伙計”)和加里·洛登(《數(shù)字追兇》的首席數(shù)學顧問)聯(lián)袂合作，解釋了現(xiàn)實生活中美國聯(lián)邦調(diào)查局特工和其他執(zhí)法機構(gòu)如何使用數(shù)學工具來抓捕和指控罪犯。從法醫(yī)學到反恐，從黎曼猜想到圖像增強技術(shù)，德夫林和洛登通過極具說服力的案件，展示了當代數(shù)學在罪案偵查中發(fā)揮的重要作用。
在《數(shù)字緝兇(美劇中的數(shù)學破案)》中，你將發(fā)現(xiàn)數(shù)學能用于，而且已經(jīng)用于與現(xiàn)實犯罪作斗爭并抓獲了真正的罪犯。

作者簡介

基思·德夫林（Keith
Devlin，1947—）是美國加利福尼亞州莫拉加市圣瑪麗學院科學系主任，斯坦福大學語言與信息研究中心高級研究員，美國科學院數(shù)學科學教育委員會委員，世界經(jīng)濟論壇成員，美國科學促進會成員，美國全國公共電臺數(shù)學普及節(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：模式的科學》（Mathematics：The Science of
Patterns）與《千年難題》（The Millennium Problems）等。 加里·洛登(Gary
Lorden)，美國加州理工學院數(shù)學系教授。哥倫比亞廣播公司電視連續(xù)劇《數(shù)字追兇》首席數(shù)學顧問。

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101與犯罪作斗爭
3．數(shù)據(jù)挖掘——在大量的信息中找出有意義的模式
4．字跡什么時候第一次出現(xiàn)在墻上——改變點檢測
5．圖像的增強和重構(gòu)
6．預言未來——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——對指紋的懷疑
10．點間連接——網(wǎng)絡(luò)的數(shù)學
11．囚徒困境、風險分析和反恐怖主義
12．法庭上的數(shù)學
13．賭場中的犯罪——用數(shù)學攻擊系統(tǒng)
附錄：《數(shù)字追兇》前三季劇情中的數(shù)學概要

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。但是隨即他們運氣來了。偵查負責人麥克(Mac，全名McCullan Gallien)收到了一條匿名舉報的信息，檢舉一名未必可能的犯罪嫌疑人——鄰近機構(gòu)的代理司法長官。由于這只是已獲得的堆積如山的舉報信息中的又一條，麥克傾向于僅把它歸檔了事，但是一時興起的他決定查一下這個代理司法長官的地址。結(jié)果甚至連靠近熱區(qū)都談不上。不過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”。這個代理司法長官以前居住在另一個地方——就在熱區(qū)中！從一個香煙頭收集來的DNA證據(jù)與從犯罪現(xiàn)場采集來的相符合。此人被逮捕了，羅斯莫則迅速成為犯罪偵查圈內(nèi)的著名人物。    有趣的是，當霍頓和法拉奇基于真實案例編寫《數(shù)字追兇》試播集的劇本時，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去。當查利第一次使用他的公式時在熱區(qū)的嫌疑人中也沒有發(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。查利堅定地相信他的數(shù)學分析，所以當?shù)じ嬖V他搜索的結(jié)果為零時，一開始他拒絕接受這一結(jié)果?！澳銈円欢ò阉┑袅恕！彼f。    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，“我知道不是數(shù)學的問題，查利。一定是其他問題?！边@一提醒促使丹認識到尋找殺手的住所可能是個錯誤的目標?！叭绻噲D在我住的地方找到我，你可能會失敗，因為我?guī)缀鯊牟蛔≡谀抢铮彼崾菊f?！拔乙恢痹诠ぷ鳌！辈槔プ∵@條提示設(shè)計了一條不同的進攻路線，通過修改他的計算來尋找兩個熱區(qū)，一個可能包含這個殺手的住所，而另一個是他的工作場所。這次查利的數(shù)學管用了。丹成功地確定了殺手的身份，并恰好在這個罪犯正要殺害另一個被害人之前抓住了他。    現(xiàn)在，羅斯莫的環(huán)境犯罪學研究公司提供專利產(chǎn)品計算機軟件包Rigel，同時包括教他們?nèi)绾问褂盟鼇碛行У仄瓢?。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，給警察和犯罪學家上課。要熟練掌握這個程序以適用于一個特定罪犯的行為癖性，需要受羅斯莫或他的一名助手培訓兩年。    Rigel并不是每次都贏得很大的勝利。例如，羅斯莫也被請來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地區(qū)，但后來證明這兩個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)無法確定地點。    Rigel并不總是管用的事實，對于任何了解把數(shù)學應用子雜亂無章的人類現(xiàn)實世界時會發(fā)生些什么的人來說并不突然。許多人脫離他們的中學數(shù)學經(jīng)驗來思考，認為使用數(shù)學去解決問題時只有正確的或錯誤的兩種方法——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誤的。但情況遠非如此。當你在那些物理條件非常確定的情況下運用數(shù)學時，只要用得正確，數(shù)學總是能給你正確的答案，諸如計算一架噴氣式客機從洛杉磯飛到紐約需要多少燃料。(那就是說，只要你給出有關(guān)機身、乘客和貨物的總重量以及風力等準確數(shù)據(jù)，數(shù)學將給你正確的答案。如有一個關(guān)鍵數(shù)據(jù)被漏輸進數(shù)學方程中，幾乎總是會給出不正確的答案。)但是當你把數(shù)學用到諸如犯罪問題此類的社會問題時，很少能給出如此涇渭分明的結(jié)果。    建立那些捕捉某個實際活動的一些要素的方程組，叫構(gòu)建一個“數(shù)學模型”。在構(gòu)造某一事物的物理模型時，譬如說研究風洞中的一個飛行器，重要的是要得到包括尺寸大小、所用材料的各項真賣情況。而在構(gòu)建一個數(shù)學模型時，要得到的是恰如其分的正確行為。例如，利用數(shù)學模型的天氣預報要預報出下雨的日子為陰雨，有太陽的日子為晴天，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”——即求解組成此模型的方程組——一般來說要容易得多，特別是使用計算機的話。預報天氣的數(shù)學模型常常出錯，因為天氣有太多的復雜情況(俗話說，“天有不測風云”)需要數(shù)學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)學解決現(xiàn)實世界中的問題時．特別是涉及人的那些問題，通常是沒有“一條光明大道”的。當遇到《數(shù)字追兇》中查利面臨的那些挑戰(zhàn)——確定犯罪地點、跟蹤疾病的擴散或假幣的流動、預測恐怖分子選擇的目標等等——的時候，一個數(shù)學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，選擇描寫狀態(tài)的數(shù)學變量，然后用一組方程來建立它的模型。即使當一名數(shù)學家已建立了一個模型，也還有如何去求解它的問題，是用近似計算。還是解析計算，還是計算機模擬。這個過程的每一步都要求有判斷力和創(chuàng)造性。兩個獨立工作的數(shù)學家(不管他們是多么地優(yōu)秀)，如果他們確實能夠給出有用的結(jié)果，這兩個結(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，羅斯莫有競爭者。阿拉斯加大學司法中心的格羅弗·戈德溫(Grover M．Godwin)博士，《獵捕連環(huán)掠奪者》一書的作者，開發(fā)了一個名叫Predator(掠奪者)的計算機軟件包，使用數(shù)學統(tǒng)計中一個叫做多元分析的分支．通過分析犯罪地點，被害者最后在什么地方露面，尸體在什么地方發(fā)現(xiàn)等來確定一個連環(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，為國家司法研究所(美國司法部的一個研究部門)開發(fā)了一個名叫Crimestat的計算機程序。它使用被稱為空間統(tǒng)計學的技術(shù)來分析連環(huán)犯罪數(shù)據(jù)，它也能用來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的一名心理學教授和那里的偵查心理學中心主任戴維·坎特(DavidCanter)，也開發(fā)了他自己的計算機程序Dragnet，并有時將此軟件免費提供給研究人員?？蔡刂赋?，到目前為止，還沒有任何人將各種用于確定連環(huán)犯罪案的計算機數(shù)學系統(tǒng)應用于同一個案例．從而進行面對面的比較。在一次采訪中他還說，長久來看，他的程序和其他的程序會被證實至少和Rigel一樣精確。P9-12

媒體關(guān)注與評論

我們每天都在使用數(shù)學，預報天氣、查看時間，還有……數(shù)錢。數(shù)學絕不僅僅只是方程和公式，它是邏輯的，是有理的，它使人們通過思考來解決所面臨的各式謎題。    ——網(wǎng)絡(luò)評論

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，它擊敗了眾多競爭對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)學破案)》的內(nèi)容大多來源于這部精彩的電視連續(xù)劇，它類似于一部優(yōu)秀的科學小說，以正確的物理和化學知識為基礎(chǔ)，在故事的敘述中，實際可行的數(shù)學起了關(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)學破案)》沒有，在本書中，你將發(fā)現(xiàn)數(shù)學能用于，而且已經(jīng)用于與現(xiàn)實犯罪作斗爭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。國家公共電臺的大眾節(jié)目《周末版》的定期撰稿人，在美國數(shù)學協(xié)會的網(wǎng)絡(luò)雜志上，開辟了一個專欄“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)學顧問。

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