26 <strong>Solmu</strong> 2/2007Alabaman paradoksiPekka AlestaloTeknillinen korkeakouluKevään eduskuntavaalien jälkitunnelmissa heräsijälleen keskustelu vaalipiireistä ja siitä, kuinka helppoatai vaikeaa ehdokkaan on päästä läpi kustakinpiiristä. Erityistä huomiota kiinnitti Vihreän liitonkohtalo Pohjois-Karjalan vaalipiirissä, jossa puolueenkannatus kasvoi edellisistä eduskuntavaaleista 5,1 %-yksikköä, mutta se menetti ainoan edustajansa. Tätäei tietenkään voida laskea pelkästään ”vaalimatematiikan”syyksi, sillä edellisten vaalien vaaliliiton sijastapuolue oli tällä kertaa yksinään.Vaikka tämä kuuluisa vaalimatematiikka perustuuvain ala-asteella opittuihin laskutoimituksiin ja yksinkertaiseenprosenttilaskentaan, siihen liittyy ennaltaarvaamattomia piirteitä. Tämän kirjoituksen tarkoituksenaei ole esittää kattavaa analyysiä erilaisistavaalijärjestelmistä, eikä edes Suomessa käytetystäd’Hondtin vaalitavasta. Yritän sen sijaan kuvailla, millaisiayllätyksiä liittyy jopa ”alkeellisimpiin” vaalitapoihin.Vaalimatematiikan historiassa tämä tunnetaannimellä Alabaman paradoksi, koska asia tuli esille kyseisenYhdysvaltain osavaltion kohdalla yli sata vuottasitten; katso 1. linkki kirjoituksen lopussa.Ehdokkaiden kannatuksen sijasta tarkastellaan kokovaalipiirijaon keskeisintä kysymystä: Kuinka montaedustajapaikkaa kullekin vaalipiirille pitäisi antaa?Lähtökohtana on se, että ainoastaan vaalipiirin asukaslukuvoidaan ottaa näissä päätöksissä huomioon,sillä muuten järjestelmän demokraattisuutta voidaanpitää kyseenalaisena. Esimerkiksi Yhdysvaltain perustuslaissasanotaan yksiselitteisesti, että edustajainhuoneenpaikkamäärien täytyy olla verrannollisia osavaltiodenasukaslukuihin.Oletetaan, että maassa on viisi vaalipiiriä, joiden asukasmäärätovat A = 9 061, B = 7 179, C = 5 259, D= 3 319 ja E = 1 182, jolloin koko maan asukasluvuksisaadaan tasan 26 000; nämä luvut ovat peräisin lopussamainitusta artikkelista Balinski & Young, 1975. Tilanteenyksinkertaistamiseksi oletetaan vielä, että kokomaasta valitaan 26 edustajaa, yksi kutakin 1 000kansalaista kohti. Jos ryhdymme näiden lukujen perusteellamiettimään paikkajakoa vaalipiirien kesken, niintuntuu luonnolliselta laskea asukaslukuja vastaava suhteellinenpaikkaluku kullekin vaalipiirille. VaalipiirilleA kuuluisi siis9061 · 26 = 9,06126000paikkaa, ja muille 7,179, 5,259, 3,319, 1,182 paikkaa.Ongelmaksi muodostuu se, mitä tehdään tulostenmurto-osille: edustajia ei voi jakaa edes kahtia, saati sittentuhannesosiin! Murto-osat voitaisiin ehkä hyvittäämuuttamalla vaalipiirin edustajien lukumäärää sopivassakohdassa kesken vaalikautta, mutta tietääkseninäin ei ole missään tehty, vaan murto-osat on pyrittymuuntamaan kokonaisiksi paikoiksi tietyille vaalipiireille.Eräs suoraviivainen tapa on pyöristää kaikki paikat
<strong>Solmu</strong> 2/2007 27ensin alaspäin, ja jakaa jäljellä olevat paikat suurimmandesimaaliosan mukaisessa järjestyksessä. Esimerkissämmesaadaan pyöristyksen jälkeen paikkamäärät9, 7, 5, 3 ja 1, jolloin yksi paikka jää jäljelle. Se annetaansiis vaalipiirille D, jonka desimaaliosa 0,319 onsuurin. Näin kaikki paikat saadaan jaettua. Tämä menetelmäon peräisin Yhdysvaltain historiasta tutultaAlexander Hamiltonilta, ja se kantaa hänen nimeään.Millaisia ominaisuuksia Hamiltonin menetelmällä on?Ensimmäinen havainto on se, että jokaisen vaalipiirinlopullinen paikkamäärä saadaan pyöristämällä suhteellinenpaikkaluku joko alas- tai ylöspäin lähimpään kokonaislukuun,sillä kukin vaalipiiri voi saada korkeintaanyhden lisäpaikan desimaalikilpailussa.Tehtävä 1. Perustele tämä väite osoittamalla, ettäylimääräisiä paikkoja jää aina vaalipiirien lukumääräävähemmän.Muita ominaisuuksia tutkittaessa yksi luonnollinen ehtovoisi olla seuraava: jos väkiluvut pysyvät samoina,mutta edustajien yhteismäärää kasvatetaan, niinminkään vaalipiirin paikkamäärä ei saa pienentyä. Matemaatikkovoisi sanoa, että menetelmä on kasvavapaikkojen yhteismäärän suhteen, muttei kuitenkaan aidostikasvava. Huolimattomasti ajatellen tämä ominaisuusnäyttäisi olevan voimassa, mutta tarkempi miettiminenpaljastaa ongelman: jos desimaalilukuja kerrotaankeskenään, niin tuloksen desimaaliosaan vaikuttavatdesimaaliosien lisäksi myös kokonaisosat. Tämäilmenee esimerkiksi laskussa2,1 · 3,2 = 6 + 2 · 0,2 + 3 · 0,1 + 0,1 · 0,2.Varsinaisessa esimerkissämme sama ilmiö esiintyy, kunverrataan vaalipiirejä B ja D, ja koko maan paikkamäärääkasvatetaan luvusta 26 lukuun 27:B:717926000 · 27 ≈ 7,455; D: 3319 · 27 ≈ 3,447.26000Käytännössä siis vaalipiiri B vie vaalipiiriltä D desimaalikilpailuntuoman paikan, sillä kaikki kokonaisosatpysyvät samoina!Tehtävä 2. Laske kaikkien vaalipiirien luvut ja tarkista,että näin todella käy.Tulos on yllättävä: Hamiltonin menetelmä ei olekaankasvava koko maasta valittavien edustajien määränsuhteen. Toisaalta koko maan edustajien lukumäärääei ole tapana vaihtaa kovin usein, joten voisi ajatella,ettei ongelma ole kovin vakava. Se herättää kuitenkinseuraavan kysymyksen:Onko olemassa menetelmää, joka toteuttaisiseuraavat kaksi ehtoa:• Suhteelliset paikkamäärät pyöristetään joko alastaiylöspäin seuraavaan kokonaislukuun.• Jos asukasluvut pysyvät samoina ja koko maanpaikkamäärää kasvatetaan, niin yhdenkään vaalipiirinpaikkamäärä ei vähene.Lisäksi paikkajako pitäisi suorittaa jollakin etukäteenpäätetyllä menetelmällä (algoritmilla). Hamiltonin menetelmärikkoo jälkimmäistä sääntöä, ja – niin uskomattomaltakuin se kuulostaakin – voidaan osoittaa,ettei ole olemassa sellaista menetelmää, joka toteuttaisimolemmat ehdot!Kuten alussa totesin, en ryhdy vertailemaan Hamiltoninmenetelmän korvanneita muita tapoja. Historiallisenayksityiskohtana voidaan kuitenkin mainita, ettäsiirtyminen Hamiltonin menetelmästä ns. Jeffersoninmenetelmään aiheutti Yhdysvaltain v. 1876 presidentinvaaleissasen, ettei valituksi tullutkaan koko maassaneljännesmiljoonan äänen marginaalilla suosituin SamuelTilden, vaan valitsijamiesten vaalipiirijaon perusteellavoittanut Rutherford B. Hayes.Alla mainittujen linkkien ja kirjallisuusviitteiden avullaasiasta kiinnostuneet voivat tutustua yleisesti käytössäoleviin menetelmiin, joissa ym. ongelmien lisäksi vaalipiirinasukasluvun kasvaminen pienentää sen saamaapaikkamäärää, tai puolueen saamat lisä-äänetvähentävät sen edustajien määrää. Viimeisenä mainittussaHoffmanin kirjassa aihetta käsitellään hyvinyleistajuisesti.Linkkejä:http://www.ctl.ua.edu/math103/apportionment/paradoxs.htmhttp://www.ams.org/featurecolumn/archive/apportion1.htmlhttp://www.ams.org/featurecolumn/archive/apportionII1.htmlhttp://www.wahlrecht.de/http://www.uusikaupunki.<strong>fi</strong>/∼olsalmi/vaalit/vaalimat.htmlhttp://de.wikipedia.org/wiki/Unmöglichkeitssatz− von − Balinski − und − YoungKirjallisuutta:Michel Balinski, H. Peyton Young: The Quota Methodof Apportionment. American Mathematical Monthly82, 701–30, 1975.Michel Balinski, H. Peyton Young: Fair representation:meeting the ideal of one man, one vote. Brookings InstitutionPress, 2. painos, 2001.Paul Hoffman: Archimedes’ Revenge. Penguin Books,1988.