Fairmandering tegner fair distrikter ved hjælp af datavidenskab

Det er næsten umuligt for mennesker at tegne upartiske kort, selv når de prøver.

En ny matematisk metode udviklet af Cornell-forskere kan indsprøjte retfærdighed i den travle proces med politisk omfordeling - og beviser, at det kræver mere end gode hensigter at skabe et retfærdigt og repræsentativt distrikt.

To-trins metoden, beskrevet i avisen, "Fairmandering:A Column Generation Heuristic for Fairness Optimized Political Districting, "opretter først milliarder af potentielle valgkort for hver stat, og derefter algoritmisk identificerer en række muligheder, der opfylder de ønskede kriterier for retfærdighed.

"Fairmandering" vandt INFORMS Undergraduate Operations Research Prize, tildelt den bedste bacheloropgave, på 8-11 november INFORMER årsmøde, det førende møde for fagfolk inden for driftsforskning og analyse. Første forfatter er Wes Gurnee '20, nu softwareingeniør hos Google.

Det amerikanske kongresdistriktssystem bemyndiger politikere til at manipulere distriktsgrænser for at påvirke valgresultaterne. Distrikter kan tegnes af det parti, der har magten, for at inkludere et stort antal mennesker i deres parti, en proces kendt som gerrymandering, at påvirke udfaldet af valg og bestemme politisk kontrol på lokalt og nationalt plan.

Det er et presserende spørgsmål - især da stater forbereder sig på den årtiårige omfordeling næste år, baseret på resultaterne af folketællingen i 2020.

"Fremskridt inden for datavidenskab har hjulpet partierne med at blive bedre og bedre til at designe distrikter for at bevare politisk kontrol, " sagde medforfatter David Shmoys, Laibe/Acheson professor i virksomhedsledelse og lederskabsstudier ved School of Operations Research and Information Engineering. "Vi ønskede at tilbyde et helt andet perspektiv, der går ind til kernen af, hvad det vil sige at lave en retfærdig distriktsdeling, og at lægge algoritmiske værktøjer i politikernes hænder, der giver dem mulighed for at gøre det rigtige."

I forskningen, den hidtil største undersøgelse af lovlige kongresdistriktskort, Gurnee og Shmoys forsøgte at skabe valgkort med retfærdige resultater - dem, der nøjagtigt afspejler en stats politiske holdninger, skabe nok konkurrencedygtige løb til at sikre ansvarlighed og behandle hver part symmetrisk.

Tidligere forskning har søgt at bruge beregningsmetoder til at tegne upartiske distrikter. Men disse bestræbelser har ignoreret politiske og demografiske faktorer, forudsat at såkaldte "kompakte" distrikter - dem, der er konstrueret i regelmæssige former baseret på placering - ville være retfærdige.

Men selv da fandt forskerne, den demografiske og politiske sammensætning af distriktet er sandsynligvis ikke repræsentativ for hele statens politiske holdninger.

"Historisk set, der har været denne tro på, at et kort tegnet tilfældigt, uden politisk partiskhed eller partipolitiske data, er i sagens natur retfærdig, " sagde Gurnee. "Selvom det er sandt, at disse kort er blinde for partisk partiskhed, de er ikke fri for partisk partiskhed."

I stedet for at gøre rimeligt formede distrikter til målet, forskerne byggede i form som en faktor i deres model, som hurtigt kan generere milliarder af mulige valgkort for hver stat.

"Du har brug for et rigt nok sæt måder at sætte puslespillet sammen på, så du har en mangfoldighed af mulige resultater, "Shmoys sagde, "men du har også brug for, at den er udtryksfuld nok til at give dig den række af retfærdighedsresultater, du ønsker."

Når de har genereret kortene, forskerne brugte værktøjerne til heltalsprogrammering - en matematisk modelleringsramme, som de seneste fremskridt tillod dem at løse et meget storstilet problem for - til at evaluere kortene for retfærdighed.

Selvom forskerne valgte en afbalanceret repræsentation af politisk tilhørsforhold som deres definition af retfærdighed i undersøgelsen, andre demografiske faktorer kunne overvejes. Modellen kan også gælde for statslige og lokale repræsentative kort, foruden kongresdistrikter.

Gurnee har startet en organisation kaldet Fairmandering for at fremme principperne for forskningen.

"Det er ikke den geografiske form af distriktet, der er vigtigt - det er virkelig at tænke på mere holistiske principper for, hvad det vil sige at lave en retfærdig distriktsdeling, " sagde Shmoys. "Vi håber, at dette virkelig vil påvirke den samtale, der vil finde sted stat for stat i løbet af det næste halvandet år, både på kongresniveau og det statslige lovgivende niveau."