Конторов Д.С., Михайлов Н.В., Саврасов Ю.С. Основы физической экономики. (Физические аналогии и модели в экономике.)

Подождите немного. Документ загружается.

диентов, а отрицательные - затраты. Термин "производство" понимается

в самом широком смысле. Множество реальных (заданных) производст-

венных возможностей есть {Zi}=ZcR

. Способ производства z eZ эффек-

тивен, если 13z e

(z >

F) и хотя бы для одного компонента выполняет-

ся строгое неравенство. С помощью расширения множества ингредиентов

задача оценки эффективности может быть сведена к случаю, когда

выпуклый замкнутый

конус.

Тогда задача считабельна.

Важную роль в математической экономике играет понятие полезности,

которое впервые было осознано как количественно измеримая величина,

т.е.

как

число.

Ясно, что любое измерение должно в конечном счете осно-

вываться на некотором непосредственном ощущении. В привычном

смысле сначала речь идет о предпочтении одного объекта (фактора) дру-

гому. Но для измерения этого недостаточно: само по себе это не может

быть основой для численного сравнения полезностей как разных объектов

для одного лица, так

одного объекта для разных лиц.

Одним из способов обоснования численной полезности является вве-

дение вероятностной меры (субъективной личностной или социальной).

Для этого предлагается операция комбинирования двух полезностей с

двумя заданными альтернативными вероятностями: а, 1-а (0<а<1). Для

полезностей

и v

имеется "естественное"

отношение

\'\>v

и "естест-

венная"

операция

a\'i+(l-a)v

Исходя из этих соотношений (и допуще-

ний, принимаемых как аксиомы) строится численная шкала предпочте-

ний, рассматриваемая как количественная мера. Подробно эти вопросы

изложены в [24, 36, 31].

Рассмотрим типовые модели математической экономики.

Модель производства. Типичной является задача производствен-

ного планирования [34]. Заданы множества способов производства ZcR

;

потребностей рынка и ресурсных ограничений

beR

Требуется найти

такой способ z

(b,jl) eZ , чтобы выбранный показатель эффективно-

сти ц принял наибольшее значение JI, где Ji

ц для всех (b,ja)eZ. Если

Z - выпуклый замкнутый конус, то это общая задача выпуклого програм-

мирования. Если Z задано конечным числом способов, то это общая зада-;

ча линейного программирования. Предпблагается, что задача должна

решаться для разных показателей эффективности.

Решение z лежит на границе

Пусть р - коэффициенты опорной ги-

перплоскости для

в точке z, т.е. pz^O для всех zeZ и zp

= О

..Основная

теорема выпуклого программирования находит условия, при которых

р>0.

Например, достаточно условия Слейтона: 3(Ь,ц)ени

Коэффициен-

ты р, характеризующие эффективный способ z, имеют важный экономи-

ческий смысл: они истолковываются как цены, соизмеряющие эффектив-

ность затрат и выпуска отдельных ингредиентов. Способ эффективен

тогда и только тогда, когда стоимость выпуска равна стоимости затрат.

Теория естественным образом обобщается на бесконечное количество

ингредиентов. Тогда пространство ингредиентов является подходящим

образом выбранным функциональным пространством и не нужно забо-

титься об одинаковой размерности ингредиентов. Теория легла в основу

количественных методов ценообразования и оценки ресурсов при плано-

вой экономике, а также выбора производственных решений, поскольку ц

задавалось императивно и имело силу закона.

Модель развития [34]. Для описания динамики производства вве-

дем множество {X, Z, Ь}, где X - пространство ингредиентов, Z - множе-

ство производственных возможностей, b - множество требований и огра-

ничений. Ингредиенты, относящиеся к различным моментам времени,

формально считаются независимыми. Производственные возможности

задаются с помощью точечно-множественного отображения (многознач-

ной функции) а.

Если R

- фазовое пространство экономики, то х е R

рассматрива-

ется как состояние экономики в некоторый момент времени u x

- коли-

чество ингредиента (продукта) к, имеющегося в наличии в этот момент.

Множество а(х) состоит из всех состояний ЭКОНОМИКИ, В которые она

может перейти за единичный временной интервал из состояния х.

Z = {(x,y)eRi|yea(x)}

называется графиком отображения а. Точки (х,у) - допустимые производ-

ственные процессы. Процесс развития экономики зависит от потребления

населения. Этот показатель либо учитывается в отображении а, либо

выделяется в явном виде. Во втором случае допустимой траекторией раз-

вития является последовательность

(X,C) = (x(t),c(t + l))^,

такая, что

x(t+l)+c(t+l)ea(x(t)),

c(t)>0 для всех t, се С, С - спрос.

Траектория развития (X, С) эффективна по потреблению, если не су-

ществует другой допустимой траекторий (Х,С), выходящей из того же

начального состояния, для которой С > С . Траектория (X, С) внутренне

эффективна, если не существует другой допустимой траектории (Х,С),

выходящей из того же начального состояния, момента времени ti и числа

Х>\

таких, что X,x(t,) = x(t,). Оптимальность траектории обычно опреде-

ляется в зависимости от функции полезности.

Эффективные в различных смыслах траектории характеризуются по-

следовательностью цен точно так же, как эффективный способ производ-

ства z характеризовался ценами (коэффициентами опорной гиперпло-

скости) р в предыдущей модели. Другими словами, если для эффективно-

го способа стоимость затрат равна стоимости выпуска в оптимальных

ценах, то на эффективной траектории стоимость состояний постоянна и

максимальна, а на всех других допустимых траекториях не может возрас-

тать.

Все приведенные определения легко обобщаются на случай, когда

отображение производственных возможностей (а), функция полезности

(и) и показатель эффективности (ц) зависят от времени. С экономической

точки зрения особенно валены траектории, на которых достигается мак-

симально возможный темп роста экономики, который она может выдер-

жать сколь угодно долго. При неизменных во времени а и и такие траек-

тории являются стационарными, т.е. имеют вид

x(t)=x(0)a\ c(t)=c(0)a\

где a - темп роста (расширения) экономики. Стационарные эффективные

в том или ином смысле траектории, а также стационарные оптимальные

траектории называются магистралями. Всякая эффективная траектория,

независимо от начального состояния, с течением времени приближается к

магистрали.

Модель динамики с непрерывным временем. Простейшая одно-

ингредиентная (однопродуктовая) модель задается уравнением [34]

x = f(x)-c,

где х - объем фондов, приходящихся на единицу трудовых ресурсов, с -

потребление на душу населения, f - производственная функция (возрас-

тающая, вогнутая).

Неотрицательные функции (x(t),c(t))£

, удовлетворяющие этому

уравнению, характеризуют допустимую траекторию. Для заданной функ-

ции полезности и показателя эффективности определяется оптимальная

траектория. Сюда относится и модель межотраслевого баланса

(В.В.Леонтьева), которая в начальной формулировке имела вид

АХ

+ ВХ +

С,

где X - потоки ингредиентов (продуктов), А и В - матрицы текущих и

капитальных затрат соответственно, С - потоки конечного потребления.

Эффективные и оптимальные траектории в моделях с непрерывным вре-

менем исследуются методами вариационного исчисления, оптимального

управления, математического программирования.

Модель рационального поведения потребителей. Вкусы и цели

потребителей, определяющие их рациональное поведение, даются в виде

некоторой системы предпочтений в пространстве ингредиентов [34].

Для i-ro потребителя определено точечно-множественное отображение

Pi!

Z->P(X),

где Z - некоторое пространство ситуаций, в которых может оказаться

потребитель в процессе выбора; X - множество векторов, доступных

потребителю, XcR/. В частности, Z может включать в себя в качестве

подпространства R

. Содержательно множество Pi(z|x) состоит из всех

векторов х, которые строго предпочитаются вектору х в ситуации z.

Отображение

может быть задано в виде функции полезности и, где и(х)

показывает полезность от потребления набора ингредиентов х.

Тогда

Z = R'

, P

(z)={xeR

|u(x)>ii(x)}.

Пусть в описание ситуации z входят цены р на все продукты и денеж-

ный доход потребителя d. Тогда

Bi(z)={xeX|xp<d}

есть множество наборов, которые потребитель может приобрести в ситуа-

ции z (бюджетное множество).

Рациональность потребителя заключается в том, что он выбирает та-

кие наборы х из

B;(z),

для которых

(z|x)nB

(z)=0.

Пусть D(z) - множество наборов продуктов, выбираемых i-м потреби-

телем в ситуации z; D, называется отображением (или функцией, если

Dj(z) состоит из одной точки) спроса. Функции Dj(z) легче построить, чем

предпочтения Pj(z) по имеющейся информации о поведении потребите-

лей. Например, в торговой статистике наблюдаются величины, прибли-

женно оценивающие частные производные

дОъ(г)/др

р9

(z)/5d,

где р

- цена на продукт р; d - доход. В дискретных вариантах можно

применять теорию группового выбора

[36]..

Групповой выбор обеспечива-

ет различные схемы голосования.

5. Модель согласования интересов. Речь идет о согласовании обще-

ственных интересов (любого масштаба) с личными [34]. Здесь применя-

ются два взаимодействующих подхода: аналитический, или конструктив-

ный, и синтетический, или дескриптивный. При первом исходным явля-

ется глобальный критерий оптимальности общества. Частные критерии

выводят из общего, учитывая частные интересы. Во втором подходе на-

оборот: исходными являются частные интересы, задача заключается в

объединении их в общую непротиворечивую систему, функционирование

которой приводит к результатам, удовлетворительным с точки зрения

всего общества в целом. Выбор подхода - ситуационный,- в значительной

степени он зависит от общественного устройства и экономической фор-

мации.

К первому подходу относятся декомпозиционные методы математиче-

ского программирования. Пусть имеется m производителей и каждый j-й

производитель задается множеством производственных возможностей Yj,

где YJCZR/ И является выпуклым компактом. Задана целевая функция V

всего общества в целом, где V:R

;

-»R

. Экономические показатели

определяются на основе решения задачи: найти у из условий

у>0,

у е U Y

V(y)->max.

В соответствии с теоремой об эффективных способах производства

существуют цены р е R+ (р^О), такие, что

(j)

p= max y

(j)

p для всех

y = Zy

(j)

y<J>eYj"

* j *

Величина ру^ - прибыль

j-го

производителя при ценах р. Отсюда сле-

дует, что критерий максимизации прибыли у каждого из производителей

не противоречит общей цели, если действующие цены определены соот-

ветствующим образом. Схемы, относящиеся ко второму подходу, получи-

ли развитие в рамках модели экономического равновесия.

6. Модель экономического равновесия. Предполагается, что эконо-

мика состоит из отдельных частей, имеющих свои интересы: производи-

телей j = l,m и потребителей i = l,n [34]. Производитель j описывается

множеством производственных процессов

YJCR*

и отображением Fj, за-

дающим его систему предпочтений. Потребитель i описывается множест-

вом возможных наборов ингредиентов (продуктов), доступных для по-

требления, XiCzR

, начальным запасом продуктов w

(l)

;

, предпочте-

нием Pi и, кроме того, функцией

a^Z-^R

распределения доходов, где oti(z)

показывает количество денег, поступающих потребителю i в состоянии z.

Множество возможных цен в экономике есть Q. Тогда множество

возможных состояний экономики

Z =

xnY

xQ.

Бюджетное отображение

В;(z) = ^

(i)

е Xi|x

(i)

aj(z) + w

(i)

p).

Состояние равновесия такой экономики есть состояние z e Z, удовлетво-

ряющее условиям:

£x

(i>

£y^+£w

(i)

i j i

(i)

еВ,-(2), В

;

(г)пР

;

(2) = 0, ¥

}

п^(2) = 0.

Существование состояния равновесия доказано при весьма общих ус-

ловиях относительно исходной экономики. Гораздо более жесткие ус-

ловия необходимо накладывать для того, чтобы состояние равновесия

было оптимальным (т.е. доставляло решение некоторой глобальной оп-

тимизационной задаче с целевой функцией, зависящей от интересов по-

требителей). Например, пусть Pj задано вогнутой непрерывной функцией

iiiiR'-^R}.,

- функцией ри®,

а1(2) = Ев«У

Р>ву^2;в >

•{реК

IPk=l

Yj,

Xj - выпуклые компакты,

OeYj,

(l)

eint Xj. Любое подмножество

S={ii,...,i

} индексов образует подэкономику исходной экономики, в кото-

рой каждому потребителю i

из S соответствует (один и только один) про-

изводитель, множество производственных возможностей которого

Функции распределения доходов при этом имеют вид

(z)

= y

)

Состояние zeZ называется сбалансированным, если

(i)

<J)

) *

Говорят, что сбалансированное состояние z исходной экономики бло-

кируется коалицией потребителей S, если в подэкономике, определяемой

коалицией S, существует такое сбалансированное состояние z

(s)

, что

Uj (x

0ir)

) >

(х

(1,)

) для s = 1,г и хотя бы для одного индекса имеет ме-

сто строгое неравенство.

Ядром экономики называется множество всех сбалансированных со-

стояний, которые не блокируются никакой коалицией потребителей. До-

казано, что для экономики с описанными свойствами состояние равнове-

сия принадлежит ядру. Обратное неверно. При некоторых достаточных

условиях множества состояний равновесия близки к ядру или вообще

совпадают. В частности, если число потребителей стремится к бесконеч-

ности и влияние каждого потребителя на экономику становится все более

малым, то множество состояний равновесия стремится

ядру,

7. Модель рынка [34]. Предполагается, что отсутствуют производи-

тели.

Множество участников (потребителей) является замкнутым* единич-

ным отрезком

[0,1],

обозначаемым далее М. Состояние экономики рынка

есть z=(x,p), где

ре

|peRi|zp

=l},

х - есть функция, отображающая М в К[, каждый компонент которой

интегрируем по Лебегу на отрезке М. Начальное распределение продук-

тов между участниками задано функцией w, J w > 0, таким образом,

сбалансированное состояние z таково, что j x = Jw .

Коалиция участников - это измеримое по Лебегу подмножество мно-

жества М. Если подмножество имеет меру 0, то соответствующая коали-

ция называется нулевой. Ядро - это множество всех сбалансированных

состояний, которые не блокируются ни с одной нулевой коалицией. Со-

стояние z = (х,р) является равновесием, если для почти каждого участ-

ника q

(x(t)) = maxu

(x(t)),

x(t)e{x|xp<pw(t)}.

При этом ядро и множество состояний равновесия совпадают.

Рассмотренные модели взяты в качестве традиционных образцов. За

последнее десятилетие наработано большое количество моделей, ориен-

тированных на определенные цели. Среди них особое место заняли моде-

ли В.В. Леонтьева, Ст. Вира, Д.С. Львова, Н.Н. Моисеева и др. Эти моде-

ли содержательны и интуитивно приемлемы, хотя эффективность эконо-

мического поведения нередко вызывает сомнения. К сожалению,

физическая ориентация в моделях математической экономики [6] явно

недоиспользована.

Модели описаны в весьма общем виде. Их применение в конкретных

задачах и ситуациях требует большой дополнительной работы математи-

ко-экономического характера, в частности обоснования структуры и

свойств пространств R

R[, введения метрики, доведения отображений

до конкретных считабельных формул. Общность моделей создает широ-

кий спектр применения и большие возможности для глубоких и интерес-

ных чисто математических исследований, обеспечивающих обоснован-

ность выводов. Например, много работ посвящено условиям сходимости

к равновесию системы дифференциальных уравнений вида

x=F(p),

где р - набор цен, F - функция избыточного спроса (разность функций

спроса и предложения). Равновесные цены р по определению обеспечи-

вают равенство спроса и предложения. Кроме того, необходимо привлечь

методы прикладной математики, причем вычислительные программы

оказываются достаточно трудоемкими.

Все это в некоторой степени ограничило практическое использование

моделей традиционной математической экономики. Не слышно даже,

чтобы ведущие экономисты, находящиеся во властных структурах, как-то

на них ссылались или привлекали в качестве аргументов в своих бес-

конечных спорах "что делать" и "кто виноват". Известно, что эти извеч-

ные для России проблемы так и не находят решения. К несчастью, дело

не в ограниченности и слабодоступности для основной массы экономи-

стов математических структур. Эту проблему можно было бы решить

достаточно быстро. Модели традиционной математической экономики

страдают концептуальным недостатком. Природа его - нефизичиость

моделей, следовательно - нереалистичность, а сущность - понимание

состояния как фактора, определяющего динамику сложной экономиче-

ской системы.

Предполагается, что если задать уравнение динамики в достаточно

общем виде и начальные условия в виде параметров состояния z, то мо-

дель может претендовать на высокий уровень адекватности. Но это не

так, об этом уже была речь. Ограниченность традиционной математи-

ческой экономики состоит в игнорировании предыстории - недостаток,

свойственный всем общественным наукам, в том числе политологии (и

политической практике). Получается, что экономика не имеет прошлого.

И все же логика математической экономики безупречна и плодотвор-

на: структуризация экономики (производство, производители, ингредиен-

ты,

рынок, потребители, цены, коалиции), отображение экономических

процессов в метрические и функциональные пространства, характеристи-

ки экономической динамики (состояние, оптимальность, равновесие,

баланс, прибыль) - все это и многое другое создает базу для научного

представления экономических знаний. Но когда в дело вступает человече-

ский фактор эта логика оказывается недостаточной. Для того чтобы

обосновать количественную меру полезности, классики математической

экономики применяют сложную систему аксиоматики и доказательств, с

логических позиций вполне строгих. Но это приводит к такому нагромо-

ждению абстракций и допущений, что за ней бледнеет сущность предмета

исследований, а результат оказывается не столь уж убедительным и прак-

тичным. Не случайно в работах прикладного направления, даже таких

известных, как [49], используется не строгая аксиоматика, а довольно

примитивный "лотерейный" подход к определению субъективных веро-

ятностей полезности, неплохо справляющихся с практическими трудно-

стями. Тем не менее логика, метод и концептуальная основа математиче-

ской экономики необходимы для дальнейшего развития математического

аппарата.

С целью сохранения преемственности с классической математико-

экономической теорией и упрощения расчетов, приведенные далее моде-

ли сформированы в евклидовом пространстве R

. На самом деле следова-

ло бы представить экономику в пространстве Римана с метрикой Мин-

ковского - для большей общности и возможности применить аналогии и

аппарат общей теории относительности. Для глобальных задач это, веро-

ятно,

необходимо. Но для локальных моделей пространство R

вполне

приемлемо. Кроме того, тензорный аппарат ОТО не вошел в обиход

экономистов, а программы решений тензорных уравнений с

отклоняющимся аргументом трудоемки и малодоступны (тем более, что

пришлось бы использовать тензорный анализ Крона ввиду обилия в

экономических задачах как аналитики, так и топологии).

5.2. Физическая интерпретация моделей математической экономики

Рассмотрим приведенные модели с позиций физической экономики.

Прежде всего введем основные положения моделирования экономических

процессов.

Все компоненты моделей, способы взаимодействия между ними,

протекающие процессы и их последствия должны быть физически реали-

зуемыми.

Компоненты и процессы экономики, представленные в модели,

должны быть выражены в единицах автономной системы экономиче-

ских величин.

Описание экономических процессов должно иметь физические

аналоги.

Математические структуры, используемые в модели, должны

иметь физический смысл и соответствовать определенным эксперимен-

тально проверенным физическим концепциям.

Модели экономики должны быть целенаправленными и иметь ог-

раниченную сложность, при которой модели могут быть реализованы на

существующих компьютерах.

6. Математические эксперименты над моделями должны выражать

реальные экономические процессы.

Критерии оценки эффективности экономических процессов долж-

ны быть физически измеримыми (в единицах автономной системы) и

входить в модель в качестве выходного компонента (блока).

8. Модель должна включать описание исходного состояния модели-

руемой экономической системы, а также предысторию ее поведения на

представительном интервале, выраженную начальными функциями.

9. Время постановки и проведения математических экспериментов на

моделях должно быть на несколько порядков меньше времени течения

реальных процессов.

10.

Интеллектуально-волевые компоненты экономических процессов

должны рассматриваться как физические процессы и выражаться через

влияние начальных функций либо черЬз функции управления (специаль-

ные блоки модели).

Последнее положение требует уточнения. Выше говорилось о невоз-

можности выявления и математического представления всех интеллекту-

ально-волевых факторов, связанных с социальным воздействием на эко-

номику, включая менталитет социума, общественные тенденции, общест-

венные движения, социальные эмоции и т.д. Однако все это находит

отражение в предыстории, причем в тех формах и математических струк-

турах, которые составляют модель. Реакция на ситуацию, обусловленная

протекающими процессами и результатами экономической деятельности,

вводится в модель либо посредством управления, заданного программно,

либо от оператора, действующего в интерактивном режиме.

Исходя из вышеизложенного, применим следующий подход к по-

строению моделей, описываемых в этой главе. За основу принято (по

аналогии с системами автоматического управления), что скорость течения

того или иного экономического (или общественного) процесса в любой

момент времени t определяется его состоянием х не только в тот же мо-

мент времени t, но и в предшествующие моменты (t-т). Многие физиче-

ские системы могут быть описаны дифференциальными уравнениями

первого порядка. Большинство реальных систем нелинейны, и с учетом

предыстории поведение таких систем описывается уравнениями

x(t)

F(x(t),x(t-x)), т>0, (5.1)

где x(t) - состояние процесса (скаляр или вектор). Решение уравнения

(5.1) производится при начальном условии x(t

)=x

и заданной начальной

функции x(t-T)=(p(t-T) при to-T|<t<to.

Дальнейшее упрощение модели (5.1) связано с возможностью разло-

жения функции F(x,y), где у=х(Ьт), в рад Тейлора с сохранением либо

только линейных (относительно х,у) членов, либо еще и квадратичных.

Отсюда получаем для достаточно гладких функций линейную аппрокси-

мацию

x(t)

+a,x(t)

x(t-T)

(5.2)

или квадратичную аппроксимацию

x(t)

x(t

т)

x(t)x(t

т).

(5.3)

Уравнения (5.2) и (5.3) примем за основу при построении моделей эконо-

мических процессов.

В скалярном случае а

, а

, аз - постоянные (не зависят от времени).

Когда x(t) - вектор (вектор-столбец nxl), то а

также вектор-столбец

(nxl),

- матрицы (пхп), а последний член в (5.3) представляет собой

П II

сумму вида ££a

Xj(t)Xj(t-T).

i J