樊振宇, 丁 寧, 劉一帆

(1.中國(guó)人民公安大學(xué)偵查學(xué)院， 北京 100038; 2.中國(guó)人民公安大學(xué)公共安全行為科學(xué)實(shí)驗(yàn)室， 北京 102623)

0 引言

城市犯罪是犯罪學(xué)研究的一個(gè)重要方向，以往的文獻(xiàn)顯示在許多方面已經(jīng)有了很多進(jìn)展，如對(duì)城市犯罪現(xiàn)狀、特點(diǎn)和原因的總結(jié)，對(duì)環(huán)境與城市犯罪關(guān)系的探討，城市犯罪預(yù)測(cè)、防控和空間應(yīng)對(duì)等[1-3]。傳統(tǒng)上，研究人員采用統(tǒng)計(jì)方法來模擬犯罪。但是，這些方法由于無法綜合模擬個(gè)人行為而受到限制[11-13]。隨著計(jì)算機(jī)建模技術(shù)的發(fā)展，犯罪學(xué)研究人員開始研究出許多用來模擬犯罪的模型。Brantingham描述了用于模擬犯罪的有用且富有成效的模型能夠在時(shí)間上和空間上模擬犯罪的發(fā)生及其背后的動(dòng)機(jī)。Winoto研究了理性選擇理論以及一個(gè)沒有犯罪的社會(huì)是否能夠?qū)崿F(xiàn)，Gunderson和Brown提出了一種預(yù)測(cè)物理和網(wǎng)絡(luò)犯罪的方法，Melo, Belchio和Furtado模擬了警察巡邏路線重組的影響。Brantingham使用了抽象的狀態(tài)機(jī)形式代表有記憶、行為和動(dòng)機(jī)的代理人，將他們放置在一個(gè)抽象的環(huán)境中進(jìn)行仿真。David Weisburd則利用一個(gè)基于代理人的模型來研究區(qū)域范圍內(nèi)的熱點(diǎn)犯罪預(yù)防措施[14]。該模型估計(jì)了警察資源的不同方面的短期和長(zhǎng)期影響水平，還顯示了熱點(diǎn)犯罪預(yù)防措施的影響。

本文通過利用ABM模型及模擬仿真軟件進(jìn)行城市犯罪的演化研究來探究城市犯罪的一些特點(diǎn)，希望為警務(wù)決策者對(duì)于警力使用的優(yōu)化提供參考。并且討論在模型中設(shè)置不同的參數(shù)對(duì)于犯罪演化的影響，其中最重要的是要驗(yàn)證犯罪仿真對(duì)于實(shí)際警務(wù)工作的作用。

1 城市犯罪演化模型

1.1 ABM模型

基于代理人的模型(Agent-Based Model)是一種仿真方法應(yīng)用的模型，它代表了社會(huì)科學(xué)向使用的計(jì)算機(jī)模型加入個(gè)人特質(zhì)的水平，它的核心價(jià)值主要是決策與自治，決策實(shí)體稱為具有自治能力的代理人，和他們彼此的環(huán)境進(jìn)行互動(dòng)。本文中用于模擬犯罪的3個(gè)主要因素，分別是代理人的選擇，PECS框架的代理結(jié)構(gòu)和模擬城市模型環(huán)境。由這3部分共同有機(jī)地構(gòu)成了模擬犯罪的模型，每一個(gè)部分都對(duì)應(yīng)著實(shí)際模型中的各個(gè)要素，缺一不可。本文中主要應(yīng)用到的是PECS框架。這種架構(gòu)是由Schmidt(2000)和Urban(2000)提出，該架構(gòu)表明人類行為可以通過考慮物理?xiàng)l件、情感狀態(tài)、認(rèn)知能力和社會(huì)地位來建模。通過調(diào)整內(nèi)部狀態(tài)變量變化的速率以及這些變化如何反映在代理行為，使得人格被納入代理人中。

1.2 犯罪基本理論在ABM模型中的應(yīng)用

本節(jié)概述犯罪學(xué)經(jīng)典理論研究的結(jié)果，以及如何將這些研究納入模型以提供合理的理論基礎(chǔ)。根據(jù)理性選擇理論，犯罪者是基于預(yù)期風(fēng)險(xiǎn)和預(yù)期收益對(duì)是否犯罪做出選擇的。根據(jù)該理論，犯罪最可能發(fā)生在潛在犯罪者活動(dòng)空間與潛在受害者或目標(biāo)活動(dòng)重合的區(qū)域。日常行為理論則重點(diǎn)關(guān)注社會(huì)層面行為的變化如何影響犯罪機(jī)會(huì)，通過關(guān)注社會(huì)層面行為變化來影響城市犯罪的一些水平。理解個(gè)體在特定環(huán)境中如何選擇是否犯罪可以幫助我們制定未來預(yù)防這些犯罪的戰(zhàn)略。無論在模擬犯罪過程中還是實(shí)際生活中，系統(tǒng)地確定犯罪者為什么會(huì)選擇實(shí)施特定的犯罪非常重要。在ABM模型中模擬犯罪者的認(rèn)知可以改變犯罪機(jī)會(huì)和阻止犯罪發(fā)生，如在熱點(diǎn)區(qū)域的設(shè)置、犯罪分子與警察數(shù)量分布的設(shè)置中，均需遵循犯罪模式理論。模型中犯罪可能性變化的設(shè)置，則是基于理性選擇理論設(shè)置的。通過以上所述的犯罪基本理論，ABM模型在建模過程中，就有了更多犯罪學(xué)的依據(jù)，保證了模擬的真實(shí)性及客觀性，同時(shí)也提高了關(guān)于環(huán)境設(shè)置的豐富度。這些都是在模擬過程中必不可少的因素。

1.3 模擬犯罪的規(guī)則

1.3.1 仿真運(yùn)行規(guī)則

本模型模擬犯罪的核心數(shù)值在于犯罪可能性這一點(diǎn)。模型制作并未將犯罪這個(gè)行為簡(jiǎn)單設(shè)置為普通民眾與罪犯的直接轉(zhuǎn)化，而是基于理性選擇理論將潛在罪犯視為犯罪可能性較低的人群，而當(dāng)犯罪可能性增加到臨界值時(shí)才會(huì)進(jìn)行犯罪。假設(shè)犯罪可能性為p，與可犯罪區(qū)域距離為L(zhǎng)，犯罪變化系數(shù)為d(不同地區(qū)這里賦值不同，如毒品區(qū)為2、警察巡邏區(qū)為-2)，潛在罪犯初始犯罪可能性均為5%，本模型中計(jì)算犯罪可能性的規(guī)則為(p=5%+L×d)。在犯罪可能性到達(dá)20%的時(shí)候，罪犯為準(zhǔn)備犯罪狀態(tài)，犯罪可能性到達(dá)30%，罪犯為犯罪狀態(tài)，然后自動(dòng)報(bào)警引發(fā)警察來抓捕。需要注意的是，本文所述的犯罪可能性是個(gè)理想化的概念，并非實(shí)際中潛在犯罪者的犯罪可能性就是5%，并隨著某些要素導(dǎo)致犯罪可能性增加。犯罪成因是十分復(fù)雜的，僅僅用犯罪可能性的概念來量化描述是不符合實(shí)際的，但這里是為了模型構(gòu)建及演化研究而做的簡(jiǎn)化處理。ABM模型允許模型制作者為了研究的方便在一些規(guī)則的設(shè)計(jì)上與實(shí)際存在一定的出入。此處的犯罪可能性初始值及計(jì)算方法是經(jīng)過多次預(yù)實(shí)驗(yàn)及模型修改后，最終確定的能較好對(duì)實(shí)際的城市犯罪演化進(jìn)行模擬仿真的規(guī)則。隨后設(shè)置當(dāng)一名警察同時(shí)存在3個(gè)及以上抓捕目標(biāo)時(shí)，會(huì)有 50%的抓捕失敗率；存在2個(gè)抓捕目標(biāo)時(shí)，會(huì)有25%的抓捕失敗率；存在1個(gè)抓捕目標(biāo)時(shí)，設(shè)置10%的抓捕失敗率。同時(shí)需要注意的是警察在模型地圖中移動(dòng)的速度是其他代理人的1.5倍。

1.3.2 參數(shù)設(shè)定

在本文選用的模擬犯罪模型中，代理人主要包括罪犯、警察、民眾3項(xiàng)。罪犯代理人狀態(tài)包括未暴露犯罪人、已抓獲犯罪人、被追捕中犯罪人、逃脫追捕犯罪人等。模型中通過設(shè)置Agent的以下參數(shù)：犯罪冷卻期、犯罪可能性、犯罪時(shí)間、犯罪可能區(qū)域等來實(shí)現(xiàn)對(duì)于實(shí)際情況的模擬仿真。對(duì)于罪犯來說，犯罪冷卻期設(shè)置為時(shí)間軸上的15個(gè)tick。

1.3.3 停止仿真條件

在整個(gè)模擬仿真過程中，為了研究的方便，也是為了探究到達(dá)城市的一個(gè)犯罪水平穩(wěn)定性的情況，本文設(shè)定了一個(gè)達(dá)到城市犯罪及警察行為的動(dòng)態(tài)平衡的參數(shù)。假設(shè)罪犯人數(shù)計(jì)數(shù)為n、總?cè)丝跀?shù)量為N、仿真開始設(shè)置的罪犯比例為β，本模型中停止仿真的條件是(n≤0.2×β×N)。在仿真過程中，一旦滿足該條件就停止仿真。這個(gè)數(shù)值是基于本模型規(guī)模及犯罪學(xué)原理共同得出的，當(dāng)模型內(nèi)罪犯總數(shù)小于原模型中罪犯總數(shù)的20%時(shí)，視為犯罪得到了很好的控制。如果仿真模型的設(shè)置是罪犯全部消失再停止仿真的話是不符合實(shí)際情況的。研究者都應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到犯罪是不可能被完全打擊至消失的，只要將犯罪水平與警察行為控制到一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡就達(dá)到了模擬仿真的意義。

2 算例分析

本文使用NetLogo軟件配置監(jiān)視器輸出結(jié)果。需要說明的是，為了保證實(shí)驗(yàn)得出的數(shù)據(jù)是真實(shí)客觀的，并且能基本反映出城市犯罪演化過程中罪犯狀態(tài)與警察行為的具體情況，數(shù)據(jù)均為經(jīng)過多次模擬仿真后得出的平均狀態(tài)，基本排除了在仿真過程中出現(xiàn)的偶然性。

2.1 警力使用優(yōu)化的實(shí)驗(yàn)

2.1.1 同罪犯比例下更改警察比例

模型中設(shè)置的變量有3個(gè)：城市人口數(shù)量、城市內(nèi)罪犯比例、城市內(nèi)警察比例。為了探究警力使用的優(yōu)化，本文控制城市中人口數(shù)量與罪犯比例不變，選取警察比例為自變量進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。模型將城市Agent數(shù)量設(shè)置為10 000，綜合模型環(huán)境地圖的大小來說，這是接近于目前現(xiàn)在理想中一般城市的一個(gè)規(guī)模。根據(jù)查閱的一些統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)與犯罪學(xué)理論，理想警察比例較高的能達(dá)到0.07，而一些不發(fā)達(dá)的城市大約為0.03。于是設(shè)置初始罪犯比例為0.1，將警察的比例分別設(shè)置為0.03、0.05、0.07進(jìn)行模擬仿真。表1為仿真得出的結(jié)果。

表1 同犯罪比例下更改警察比例時(shí)模擬數(shù)據(jù)

為了探究警力使用優(yōu)化策略，選取單位時(shí)間內(nèi)犯罪計(jì)數(shù)圖、單位時(shí)間內(nèi)警力使用計(jì)數(shù)圖進(jìn)行輸出。需要特別說明的是，由于在模擬仿真后期圖像的趨勢(shì)趨于不變，為了保證輸出的圖像更好的用來分析，防止全部模擬完成后輸出圖像的分析價(jià)值降低，算例分析中的圖像截取的是前期有明顯變化的一段，如圖1、圖2、圖3所示，警察比例分別為0.03、0.05、0.07時(shí)的犯罪計(jì)數(shù)圖與警力使用計(jì)數(shù)圖得到了相相似的規(guī)律。

圖1 警察比例為0.03

圖2 警察比例為0.05

圖3 警察比例為0.07

分析圖例與數(shù)據(jù)可知，在tick處于0-1的階段時(shí)，犯罪數(shù)量持續(xù)猛增，而此時(shí)警力的投入雖然也在增加，但一直處于被動(dòng)的狀態(tài)，基本處于犯罪不增警力不增、犯罪出現(xiàn)警力出現(xiàn)的被動(dòng)狀態(tài)，警力并沒有得到合理地使用。在tick=3-4左右時(shí)，每刻度的犯罪數(shù)量就已經(jīng)居于最低處并且平緩穩(wěn)定，所以在tick=3-4之間時(shí)應(yīng)當(dāng)選擇停止增加警力，以上時(shí)間點(diǎn)是考慮對(duì)警力使用進(jìn)行調(diào)整的最佳時(shí)間?；镜囊?guī)律與變化趨勢(shì)確定后，應(yīng)當(dāng)在實(shí)際中結(jié)合打擊城市犯罪的經(jīng)驗(yàn)，確定實(shí)際中的警力使用優(yōu)化時(shí)間點(diǎn)。

2.1.2 實(shí)際情況的實(shí)驗(yàn)

在簡(jiǎn)單地對(duì)同罪犯比例、不同警察比例下的數(shù)據(jù)和圖像進(jìn)行分析總結(jié)后，在這一部分將實(shí)驗(yàn)擴(kuò)展到實(shí)際情況。通過選取具有不同警察比例的許多具有代表性的國(guó)家來實(shí)現(xiàn)。在模擬過程中，為了控制變量，設(shè)定總?cè)藬?shù)為10 000人，罪犯比例為0.1，在警察比例分別為0.06、0.05、0.04、0.03、0.02、0.01時(shí)進(jìn)行犯罪演化模擬仿真。

表2顯示了在不同警察比例時(shí)的犯罪模擬數(shù)據(jù)。根據(jù)仿真所得數(shù)據(jù)可知，警察比例越高的地區(qū)，警察數(shù)量平緩穩(wěn)定的時(shí)間點(diǎn)會(huì)越晚，但犯罪數(shù)量達(dá)到平緩穩(wěn)定的時(shí)間點(diǎn)卻差別不大。這說明越是警力充足的國(guó)家和地區(qū)，越要重視對(duì)于警力使用優(yōu)化的策略選擇。同樣在具體情況下應(yīng)當(dāng)特別分析具體情形下的情況。需要特別關(guān)注的就是犯罪數(shù)量及警力使用數(shù)量分別達(dá)到穩(wěn)定的時(shí)間節(jié)點(diǎn)。

表2 不同警察比例的犯罪模擬實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

對(duì)實(shí)際中各個(gè)國(guó)家的警力使用優(yōu)化數(shù)據(jù)進(jìn)行羅列后，本文為了保證仿真及實(shí)驗(yàn)的真實(shí)準(zhǔn)確性，進(jìn)行了對(duì)照實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證以上結(jié)果是否穩(wěn)定。同時(shí)也是對(duì)結(jié)論的驗(yàn)證，使其更具有說服力。將城市人口數(shù)量分別設(shè)置為5 000、10 000、15 000、20 000來進(jìn)行不同人口數(shù)量級(jí)別城市下的實(shí)驗(yàn)，結(jié)合模型地圖大小的調(diào)整，基本能模擬在各種城市下的情況。結(jié)果顯示與原實(shí)驗(yàn)類似，證明本文此處算例分析得到的結(jié)果具有可推廣性與穩(wěn)定性。

2.2 分階段仿真地圖狀態(tài)的分析

本文在一定警察比例下(0.03)時(shí)，經(jīng)過多次模擬，對(duì)模擬城市的前期、中期、后期的整個(gè)模型環(huán)境中Agent顯示狀態(tài)進(jìn)行了詳細(xì)的分析。文章這里選取部分進(jìn)行展示。對(duì)圖4中a～f的演化過程進(jìn)行分析，可以明確清晰地看到由開始的罪犯很多、犯罪時(shí)常發(fā)生的狀態(tài)演化至罪犯被抓、犯罪情況被控制良好的狀態(tài)。通過對(duì)地圖Agent狀態(tài)直觀性地分析，可以得到和數(shù)據(jù)、圖例分析相同的結(jié)論，這不僅印證了模型與分析的準(zhǔn)確性與現(xiàn)實(shí)意義，還展示出了Agent仿真模型研究方法的可視化優(yōu)勢(shì)。

圖4

3 結(jié)論

綜合以上對(duì)模擬仿真結(jié)果的分析及對(duì)犯罪演化模型的思考，本文的結(jié)論體現(xiàn)在對(duì)于實(shí)際警務(wù)工作的意義：城市犯罪演化過程中的警力使用與罪犯情況都是有規(guī)律的，據(jù)此得到的結(jié)論是穩(wěn)定且真實(shí)的，決策者可以根據(jù)模擬得到的規(guī)律安排警力以達(dá)到警力使用優(yōu)化的目的。本文的另一個(gè)主要目的是展示ABM模型及模擬仿真在犯罪研究領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)，未來可以進(jìn)行更多的此類研究。同時(shí)還要認(rèn)識(shí)到人類行為和城市環(huán)境的巨大復(fù)雜性是不可能在計(jì)算機(jī)模型中完全模擬的，模型將永遠(yuǎn)無法解釋可能影響實(shí)際系統(tǒng)的所有事物。但筆者不認(rèn)為這會(huì)限制將其使用在犯罪學(xué)領(lǐng)域;相反在認(rèn)識(shí)到這些不足之處后，若分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的適用性時(shí)考慮到這些因素，能夠有助于我們做出更加正確的判斷。