Mathematiker setzen Algorithmen ein, um Gerrymandering zu stoppen

Alexander Glandien

Die Karten für die Legislative im US-Kongress und in den Bundesstaaten ähneln oft Bestiarien für Wahlen, mit bizarr geformten Distrikten, die aus wackeligen Hybriden von Landkreisen, Bezirken und Volkszählungsblöcken hervorgehen.

Es ist mehr als alles andere das Zeichnen dieser Karten – mehr als Gesetze zur Unterdrückung von Wählern, mehr als Wahlbetrug – das bestimmt, wie sich Stimmen darauf auswirken, wer gewählt wird. Sie können die gleichen Abstimmungen mit unterschiedlichen Distriktkarten durchführen und sehr unterschiedliche Ergebnisse erzielen, sagt Jonathan Mattingly, Mathematiker an der Duke University im lila Bundesstaat North Carolina. Die Frage ist, ob die Wahl der Karten für die Interpretation dieser Stimmen so wichtig ist, welche Karte sollten wir wählen und wie sollten wir entscheiden, ob jemand bei der Auswahl dieser Karte gute Arbeit geleistet hat?

In den letzten Monaten waren Mattingly und gleichgesinnte Mathematiker damit beschäftigt, eine Datenveröffentlichung des US Census Bureau zu erwarten, die heute, am 12. August, erwartet wird. Jedes Jahrzehnt läuten neue Volkszählungsdaten den zehnjährigen Neubezirkszyklus ein – staatliche Gesetzgeber (oder manchmal ernannte Kommissionen) zeichnen neue Karten und verschieben Bezirksgrenzen, um demografischen Veränderungen Rechnung zu tragen.

Zur Vorbereitung schärfen Mathematiker neue Algorithmen – Open-Source-Tools, die in den letzten Jahren entwickelt wurden – die Gerrymandering erkennen und bekämpfen, die ungeheuerliche Praxis, die zu diesen Bestiarien führt, bei der Politiker die Karten manipulieren und die Ergebnisse verzerren, um eine politische Partei gegenüber einer anderen zu bevorzugen . Die Republikaner haben offen erklärt, dass sie mit diesem Umverteilungszyklus einen Weg dorthin beschreiten wollen Rückeroberung des US-Repräsentantenhauses im Jahr 2022 .

'Die Situation hat sich in den letzten zehn Jahren geändert, da die Computertechnologie das Problem, das sie hervorgebracht hat, aufgeholt hat.'

ERIC LANDER

Dies ist die Crunch-Zeit, sagt Moon Duchin per E-Mail. Als Mathematikerin an der Tufts University leitet Duchin die Metric Geometry and Gerrymandering Group und ist Co-Autorin von a neueres Papier über ein neues Tool namens GerryChain (erstmals 2018 entwickelt), das 20.000 Mal heruntergeladen wurde.

Kosuke Imai, ein Politikwissenschaftler aus Harvard, und seine Forschungsgruppe konzentrierten sich auf das, was sie die Algorithm-Assisted Redistricting Methodology nennen ( ALARM ) – verfeinern ein Softwarepaket namens redist , was es selbst für den Citizen Data Scientist so benutzerfreundlich wie möglich macht. Diesen Sommer habe ich zwei Gymnasiasten, die damit Analysen machen, sagt Imai. Man schaut sich an, wie sich die Umverteilung in Alabama auswirken könnte.

Tools wie diese werden in den bevorstehenden politischen Kämpfen eine entscheidende Rolle spielen. Computational Mathematics und quantitative Analyse sind bereit, einen großen Einfluss auf die Neuverteilung von Distrikten zu haben, indem sie einen objektiven und praktischen Standard – einen algorithmischen Test – zum Identifizieren von manipulierten Karten bereitstellen. Idealerweise werden sie während des gesamten Prozesses verwendet, in öffentlichen Foren und Konsultationen mit Gesetzgebern, die Einfluss darauf haben könnten, welche Karten in Kraft treten; aber auch, vielleicht realistischer und entscheidender, werden sie in den erwarteten Gerichtsverfahren nachträglich ins Spiel kommen. Dies wird das erste Mal sein, dass wir ein anderes technisches Niveau haben, um über das zu sprechen, was vor sich geht, sagt Mattingly.

Echsenpolitik

Der Begriff Gerrymander stammt aus dem Jahr 1812, als ein Distrikt in Massachusetts, der zum Vorteil von Gouverneur Elbridge Gerry gezogen wurde, so seltsam geformt war, dass er mit einem Salamander verglichen wurde. Gerrymander bedeutet also, Distriktgrenzen mit einer politischen Agenda zu manipulieren und dadurch Wahlergebnisse zu manipulieren.

Die Verwendung von Computern zur Erstellung und Gerrymander-Wahlkarten wurde in den 1990er Jahren relativ üblich, obwohl eine frühe Neuverteilungssoftware unerschwinglich teuer war und 500.000 bis 1 Million US-Dollar kostete. Jetzt ist der Industriestandard Maptitude, hergestellt von Caliper. Als das erste Maptitude for Redistricting-Paket Ende der 1990er-Jahre veröffentlicht wurde, kostete es 2.999 US-Dollar. Der aktuelle Preis liegt je nach Bedarf des Benutzers zwischen 1.000 und 10.000 US-Dollar.

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Einer dieser Anwender war jahrzehntelang Thomas Hofeller, der Michelangelo des modernen Gerrymander , lange Zeit offizieller Distriktdirektor des Republikanischen Nationalkomitees, der 2018 starb.

Gerrymandering-Schemata umfassen Cracking und Packing – das Verstreuen von Stimmen für eine Partei über Bezirke hinweg, wodurch ihre Macht verwässert wird, und das Zusammenstopfen gleichgesinnter Wähler in einem einzigen Bezirk, wodurch die Macht verschwendet wird, die sie anderswo hätten. Die Stadt Austin, Texas, ist zersplittert und in sechs Distrikte aufgeteilt (es ist die größte US-Stadt, die keinen Distrikt verankert).

Im Jahr 2010 materialisierte sich die volle Wucht der Bedrohung mit dem Republicans’ Redistricting Majority Project, kurz REDMAP. Es gab 30 Millionen Dollar für Parlamentswahlen in Bundesstaaten aus, mit Siegen in Florida, North Carolina, Wisconsin, Michigan und Ohio. Die Siege im Jahr 2010 gaben ihnen die Macht, die Karten im Jahr 2011 zu zeichnen, sagt David Daley, Autor von: Ratf**ked: Die wahre Geschichte hinter dem geheimen Plan, Amerikas Demokratie zu stehlen .

'Was früher eine dunkle Kunst war, ist jetzt eine dunkle Wissenschaft.'

Michael Li

Dass sich die Technologie seit dem letzten Umverteilungszyklus sprunghaft weiterentwickelt hatte, verstärkte das Ergebnis nur noch. Es machte die in diesem Jahr gezeichneten Gerrymander so viel dauerhafter und ausdauernder als alle anderen Gerrymander in der Geschichte unserer Nation, sagt er. Es ist die Raffinesse der Computersoftware, die Geschwindigkeit der Computer, die verfügbare Datenmenge, die es parteiischen Kartenherstellern ermöglicht, ihre Karten 60 oder 70 verschiedenen Iterationen zu unterziehen und die parteiische Leistung dieser Karten wirklich zu verfeinern und zu optimieren.

Wie Michael Li, ein Experte für Distriktverschiebungen am Brennan Center for Justice an der juristischen Fakultät der New York University, es ausdrückt: Was früher eine dunkle Kunst war, ist jetzt eine dunkle Wissenschaft. Und wenn bei einer Wahl manipulierte Karten eingesetzt werden, sagt er, seien sie es fast unmöglich zu überwinden .

Ein mathematisches Mikroskop

Mattingly und seine Duke-Team haben lange aufgeblieben, um Code zu schreiben, von dem sie erwarten, dass er algorithmisch einen riesigen Gewinn bringen wird – und sich auf die reale Anwendung ihres neuesten Tools vorbereiten, das in einem Papier mit dem technisch berauschenden Titel (derzeit in Prüfung) debütierte Multi-Scale Merge-Split Markov Chain Monte Carlo zur Umverteilung .

Die Förderung des Fachdiskurses steht jedoch nicht an erster Stelle. Mattingly und seine Kollegen hoffen, Politiker und die Öffentlichkeit gleichermaßen aufzuklären, sowie Anwälte, Richter, Mathematikerkollegen, Wissenschaftler – alle, die sich für die Sache der Demokratie interessieren. Im Juli hielt Mattingly einen öffentlichen Vortrag mit einem zugänglicheren Titel, der auf den Punkt brachte: Hören Sie den Willen des Volkes bei der Abstimmung?

Unförmige Bezirke werden oft als Zeichen eines Gerrymanders angesehen. Mit der Karte von 2012 in North Carolina waren die Kongressbezirke sehr seltsam aussehende Bestien, sagt Mattingly, der (mit seinem wichtigsten Mitarbeiter Greg Herschlag) in einigen der darauf folgenden Gerichtsverfahren als Sachverständiger aussagte. In den letzten zehn Jahren gab es im ganzen Land rechtliche Anfechtungen – in Illinois, Maryland, Ohio, Pennsylvania und Wisconsin.

Aber während solche entstellten Bezirke wirklich schöne Poster, Kaffeetassen und T-Shirts machen, sagt Mattingly, ist die Wahrheit, dass das Stoppen seltsamer Geometrien das Herummanövrieren nicht stoppen wird. Und tatsächlich kann es sich trotz all der technologisch ausgeklügelten Handgriffe als schwierig erweisen, eine manipulierte Karte zu entdecken.

Diese Karten des Kongressbezirks von North Carolina veranschaulichen, dass Geometrie kein zuverlässiger Indikator für Gerrymandering ist. Die Karte von NC 2012 mit ihren bizarren Bezirksgrenzen wurde von den Gerichten als rassistischer Gerrymander eingestuft. Der Ersatz, die NC 2016-Karte, sieht im Vergleich ganz anders und zahm aus, wurde aber als verfassungswidriger politischer Gerrymander angesehen. Die Analyse von Jonathan Mattingly von Duke und seinem Team zeigte, dass die Karten von 2012 und 2016 in ihren parteiischen Ergebnissen politisch gleichwertig waren. Ein gerichtlich bestellter Sachverständiger zeichnete die Karte NC 2020.

JONATHAN MATTINGLY

Die gleichzeitig von mehreren Mathematikern entwickelten Tools bieten einen sogenannten Extrem-Ausreißer-Test. Der Ansatz jedes Forschers ist etwas anders, aber das Ergebnis ist wie folgt: Eine Karte, bei der der Verdacht besteht, dass sie manipuliert wurde, wird mit einer großen Sammlung oder einem Ensemble von unvoreingenommenen, neutralen Karten verglichen. Die mathematische Methode bei der Arbeit – basierend auf dem, was genannt wird Markov-Ketten-Monte-Carlo-Algorithmen – generiert eine Zufallsstichprobe von Karten aus einem Universum möglicher Karten und spiegelt die Wahrscheinlichkeit wider, dass eine gegebene gezeichnete Karte verschiedene politische Erwägungen erfüllt.

Die Ensemblekarten sind codiert, um verschiedene Prinzipien zu erfassen, die zum Zeichnen von Bezirken verwendet werden, wobei berücksichtigt wird, wie diese Prinzipien mit der geopolitischen Geometrie eines Staates interagieren. Zu den Grundsätzen (die von Staat zu Staat unterschiedlich sind) gehören Kriterien wie die Beibehaltung relativ kompakter und verbundener Bezirke, die ungefähr gleiche Bevölkerungszahl und die Erhaltung von Landkreisen, Gemeinden und Gemeinden mit gemeinsamen Interessen. Und Distriktkarten müssen der US-Verfassung und dem Voting Rights Act von 1965 entsprechen.

Mit der Veröffentlichung der Daten von 2020 durch das Census Bureau werden Mattingly und sein Team den Datensatz laden, ihren Algorithmus ausführen und eine Sammlung typischer, unparteiischer Distriktpläne für North Carolina erstellen. Aus dieser riesigen Verteilung von Karten und unter Berücksichtigung historischer Abstimmungsmuster werden sie Benchmarks erkennen, die als Leitplanken dienen sollten. Beispielsweise bewerten sie die relative Wahrscheinlichkeit, dass diese Karten zu unterschiedlichen Wahlergebnissen führen würden – sagen wir, die Anzahl der von Demokraten und Republikanern gewonnenen Sitze – und mit welcher Spanne: bei einer 50:50-Teilung der Stimmen und bei einer plausiblen Abstimmung Muster ist es unwahrscheinlich, dass eine neutrale Karte den Republikanern 10 Sitze und den Demokraten nur drei geben würde (wie es bei dieser Karte von 2012 der Fall war).

Wir verwenden Computermathematik, um herauszufinden, was wir als Ergebnisse für unvoreingenommene Karten erwarten würden, und dann können wir mit einer bestimmten Karte vergleichen, sagt Mattingly.

Bis Mitte September werden sie ihre Ergebnisse bekannt geben und hoffen, dass die Gesetzgeber der Bundesstaaten die Leitplanken beachten. Sobald später im Herbst neue Distriktkarten vorgeschlagen werden, werden sie die Ergebnisse analysieren und sich an den daraus resultierenden öffentlichen und politischen Gesprächen beteiligen – und wenn die Karten erneut verdächtigt werden, manipuliert zu werden, wird es weitere Gerichtsverfahren geben, in denen Mathematiker wieder mitmachen werden spielen eine zentrale Rolle.

Ich möchte niemanden einfach davon überzeugen, dass etwas nicht stimmt, sagt Mattingly. Ich möchte ihnen ein Mikroskop geben, damit sie sich eine Karte ansehen und ihre Eigenschaften verstehen und dann ihre eigenen Schlussfolgerungen ziehen können.

Jonathan Mattingly ist angewandter Mathematiker an der Duke University.

MIT FREUNDLICHER FOTO

Als Mattingly 2017 und 2019 aussagte und zwei aufeinanderfolgende Iterationen der Distriktkarten von North Carolina analysierte, stimmte das Gericht zu, dass die fraglichen Karten übermäßig parteiisch waren und Demokraten diskriminierten. Wes Pegden, ein Mathematiker an der Carnegie Mellon University, sagte in einem Fall in Pennsylvania mit einer ähnlichen Methode aus; Das Gericht stimmte zu, dass die fragliche Karte Republikaner diskriminierte.

Die Gerichte haben lange damit gekämpft, wie man Manipulationen durch Partisanen messen kann, sagt Li. Aber dann schien es einen Durchbruch zu geben, als Gericht um Gericht Karten mit einigen dieser neuen Werkzeuge niederschlug.

Als der Fall North Carolina 2019 (zusammen mit einem Fall in Maryland) den Obersten Gerichtshof der USA erreichte, stellte der Mathematiker und Genetiker Eric Lander, Professor an Harvard und MIT, der jetzt Präsident Bidens oberster Wissenschaftsberater ist, in einem Schriftsatz fest, dass die Computertechnologie dies getan hat holte das Problem ein, dass es hervorgebracht wurde. Er hielt den Extrem-Ausreißer-Standard – einen Test, der einfach fragt: Welcher Anteil der Umverteilungspläne ist weniger extrem als der vorgeschlagene Plan? – für eine direkte, quantitative mathematische Frage, zu der es eine gibt Rechts Antworten.

Die Mehrheit der Richter anders geschlossen .

Die fünf Richter des Obersten Gerichtshofs seien die einzigen, die Schwierigkeiten zu haben schienen, zu verstehen, wie die Mathematik und die Modelle funktionierten, sagt Li. Staats- und andere Bundesgerichte haben es geschafft, es anzuwenden – dies ging nicht über die intellektuellen Fähigkeiten der Gerichte hinaus, genauso wenig wie ein komplexer Fall von Diskriminierung aufgrund des Geschlechts oder ein komplexer Fall von Wertpapierbetrug. Aber fünf Richter des Obersten Gerichtshofs sagten: „Das ist zu hart für uns.“

Sie sagten auch: „Das zu beheben ist nicht unsere Aufgabe – dies ist Sache der Staaten; das ist für den Kongress zu beheben ; Es liegt nicht an uns, es zu reparieren“, sagt Li.

Wird es eine Rolle spielen?

Wie Daley es sieht, gibt die Entscheidung des Obersten Gerichtshofs den staatlichen Gesetzgebern grünes Licht und keine Geschwindigkeitsbegrenzung, wenn es um die Art von parteiischen Gerrymanders geht, die sie später in diesem Monat bei der Kartenerstellung erlassen können. Gleichzeitig, sagt er, hat sich die Technologie so weit verbessert, dass wir [sie] jetzt nutzen können, um die technologiegetriebenen Gerrymander zu durchschauen, die vom Gesetzgeber geschaffen werden.

Die jüngsten Änderungen in der Maptitude for Redistricting-Software zielen auch darauf ab, gegen Gerrymandering vorzugehen. Die neueste Version, die Ende Juli für die Benutzer freigegeben wurde, enthält die Ensemble-Methode sowie Metriken, die das Fracking (die Fraktionierung geografischer Einheiten wie Landkreise) und die Reisekontinuität messen (Reisen sollten von jedem Ort zu jedem anderen Ort möglich sein). in einem Bezirk, ohne den Bezirk zu verlassen). Und es gibt ein neues Produkt namens Maptitude Online-Umverteilung die es der Öffentlichkeit ermöglicht, Pläne zu sehen und zu bewerten und ihre eigenen vorzuschlagen.

In der Vergangenheit war es für die Menschen sehr schwierig zu reagieren, sagt Li. Aber jetzt können die Leute eine Karte nehmen und sie an einen Computer anschließen: In wenigen Minuten spuckt der Computer anhand aller möglichen Metriken eine Bewertung aus, ob die Karte gut oder schlecht ist.

Die Demokratisierung der Technologie, indem die Computerwerkzeuge in die Hände der Bürger gelegt werden, könnte die größte Chance bieten, der Bedrohung durch Gerrymandering entgegenzuwirken.

Die Frage, die wir beantworten müssen, ist, wie viel wird das ausmachen? sagt Daley. Wie viel wird das in der realen Welt der Politik ausmachen? Und ich denke, die Antwort ist, es ist kompliziert.

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