问题

经济学理论模型在设计函数形式时应该注意哪些问题?

回答
经济学理论模型在设计函数形式时,是一个至关重要且充满挑战的环节。一个恰当的函数形式能够准确地捕捉经济现象的核心关系,并提供可行的分析工具。反之,不合适的函数形式可能导致模型失真、结论误导甚至无法进行有效推断。以下是设计函数形式时应该注意的关键问题,力求详细阐述:

一、 理论的指导性与经济直觉:

与核心经济理论的契合度: 这是设计函数形式的首要原则。函数形式应该反映所研究经济现象背后的经济学原理和逻辑。例如,在消费函数中,边际消费倾向(MPC)通常被假设为正且小于1,这背后是消费者将额外收入用于消费但不会将全部收入用于消费的经济直觉。
经济学含义的可解释性: 函数中的每一个参数和变量都应该具有清晰的经济学解释。例如,在生产函数中,资本的产出弹性应该表示资本增加一单位对总产出的贡献程度,并且通常被假设为正。
方向性(单调性): 根据经济理论,某些变量之间应该存在正向或负向的单调关系。例如,对于大多数商品,价格越高,需求量越低(负相关)。在函数形式设计时,要确保参数的符号和函数本身的性质能够体现这种单调性。
边际效应的合理性: 许多经济模型关注的是“边际”效应,即一个变量发生微小变化对另一个变量的影响。函数形式应该能够捕捉这种边际效应的合理性。例如,在效用函数中,边际效用递减是普遍假设,这意味着随着某种商品消费量的增加,每增加一单位所带来的额外效用会逐渐减少。函数形式需要能够表现出这种递减的性质。

二、 函数形式的数学特性与统计可行性:

可微分性与可积性: 为了进行数学推导和优化,函数通常需要满足一定的可微性和可积性。例如,在优化问题中,需要对效用函数或利润函数求导以找到最优解。
凸性或凹性: 许多经济模型依赖于凸性或凹性假设来保证最优解的存在性和唯一性。例如,成本函数通常是凸的,而效用函数在满足边际效用递减时是凹的。函数形式的设计需要考虑到这些性质。
非负性和合理范围: 变量和参数的取值往往需要满足一定的非负性(如产出、资本、时间等)或落入一定的合理范围(如概率、比例等)。函数形式应确保其输出值在实际应用中具有经济意义。
线性与非线性:
线性函数: 形式简单,易于分析和估计,可以直观地解释变量间的比例关系。例如,线性需求函数 $Q_d = a bP$。然而,线性函数可能无法捕捉复杂的经济关系,例如收益递减或替代效应随价格变化而变化的情况。
非线性函数: 能够更灵活地描述经济现象,捕捉边际效应的变化、规模报酬的变化等。例如,柯布道格拉斯生产函数 $Y = AL^alpha K^eta$ 可以描述规模报酬的变化。但是,非线性函数在估计和分析上可能更复杂,需要更多的数学工具。
替代弹性: 在涉及多种生产要素或多种消费品的模型中,替代弹性(或称为弹性、折衷性)是衡量一种要素或商品可替代性的重要指标。函数形式的选择直接决定了模型的替代弹性。例如,CES函数(Constant Elasticity of Substitution)就明确了其替代弹性是常数,而柯布道格拉斯函数是其特例,替代弹性为1。
收入弹性与价格弹性: 对于需求函数,需要考虑收入弹性(收入变化对需求量的影响)和价格弹性(价格变化对需求量的影响)。不同的函数形式会产生不同的弹性值,并且这些弹性值可能随收入或价格的变化而变化。

三、 估计与数据拟合的考虑:

可识别性与估计的难易程度: 所选择的函数形式在统计学上是否可识别,即是否能够从数据中唯一地估计出模型的参数。有些函数形式虽然理论上很优美,但可能存在参数不可识别的问题,导致无法进行有效的估计。
对数据的敏感性: 函数形式对数据的敏感性也很重要。一些函数形式可能对异常值或数据中的噪音特别敏感,导致估计结果不稳定。
数据的可用性与质量: 在设计函数形式时,还需要考虑研究所需数据的可用性和质量。如果研究所需的某些变量难以观测或测量,则需要选择能够用可观测变量表达的函数形式。
模型的可检验性: 设计的函数形式应该允许进行统计检验,以验证模型假设的合理性,例如检验参数的显著性、模型拟合优度等。

四、 函数形式的普适性与特定情境:

普适性 vs. 特殊性: 有些函数形式具有较强的普适性,能够应用于多种经济场景,例如线性函数。而另一些函数形式则更适合特定类型的经济关系,例如用于描述特定技术特征的生产函数。
简化与复杂性的权衡: 在建立模型时,通常需要在简化(便于分析)和准确(反映真实情况)之间进行权衡。一个过于复杂的函数形式可能难以理解和估计,而一个过于简化的函数形式则可能丢失重要的经济信息。选择一个能够抓住主要矛盾、忽略次要因素的函数形式是关键。
动态模型的考虑: 如果模型是动态的,即考虑变量随时间的变化,那么函数形式需要能够体现这种动态性。这可能涉及到差分方程、微分方程或更复杂的动态系统。函数形式需要能够描述变量之间的动态关系,例如滞后效应、调整成本等。

五、 函数形式的具体实例与讨论:

生产函数:
CobbDouglas Function ($Y = AL^alpha K^eta$): 形式简单,参数有经济含义(产出弹性),易于估计,但替代弹性固定为1,无法捕捉不同的要素替代性。
CES Function ($Y = A (delta K^{ ho} + (1delta) L^{ ho})^{1/ ho}$): 具有常数替代弹性,比CobbDouglas函数更灵活,可以描述不同的要素替代性。当$ ho o 0$时,趋近于CobbDouglas函数。
Translog Function: 更具一般性的函数形式,允许替代弹性随要素投入量的变化而变化,但参数较多,估计和解释更复杂。
效用函数:
Quasilinear Utility Function ($U(x_1, x_2) = x_1 + v(x_2)$): 在某些场景下简化了问题,例如分析公共品或特定税收的影响。
Constant Absolute Risk Aversion (CARA) Utility Function: 具有恒定的绝对风险厌恶系数,便于在金融经济学中进行分析。
Constant Relative Risk Aversion (CRRA) Utility Function: 具有恒定的相对风险厌恶系数,在动态随机一般均衡模型(DSGE)中广泛应用,因为其能够保证模型解的稳定性。
需求函数:
Linear Demand Function ($Q_d = a bP$): 简单直观,但价格弹性恒定,不符合实际情况。
Constant Elasticity Demand Function ($Q_d = aP^{b}$): 价格弹性恒定,但收入效应可能不合理。
Almost Ideal Demand System (AIDS): 一种较为灵活的消费者需求模型,能够较好地拟合实际数据。

总结来说,在设计经济学理论模型的函数形式时,需要一个多维度、系统性的思考过程:

1. 以理论为基础: 确保函数形式能够反映经济学原理,并赋予参数和变量清晰的经济学含义。
2. 关注数学性质: 函数形式需要具备良好的数学特性,便于分析和估计。
3. 兼顾数据与估计: 选择可识别、易于估计且对数据相对鲁棒的函数形式。
4. 权衡简化与复杂性: 在抓住核心经济关系的同时,避免不必要的复杂性。
5. 考虑动态性与特定情境: 根据模型的研究目标和所处的经济环境选择合适的函数形式。

这是一个迭代和不断优化的过程。研究者可能需要尝试不同的函数形式,通过数据拟合和经济学解释来评估其优劣,最终选择最能服务于研究目的的模型。

网友意见

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谢谢

@白小经

的邀请。

经济学的的函数形式,以及函数性质,刚刚读文献的时候都会觉得很神秘,我也觉得——怎么他们就知道把函数设置成这个样子呢?

后来多看文献,自己也写了一些,温水煮青蛙被煮熟了,倒也不觉其异。其实主要是就是两点:

  • 现实中的原因,如果随便代入几个数字进去就有一个荒谬的结果,那是会被人攻击的,所以至少要有一部分是贴合现实,这个函数性质的方方面面,在你所研究的这个问题上“看上去像那么回事”。
  • 数学上的原因,一般这个称之为技术假设,目的是为了让模型能够被算出来。能算出来解析解当然最好,实在不行也要能描述出几个特性出来。

就拿你举的例子来说: 来说,如果这是一个利润函数,里面的x y z应该都是某种输入,p是价格,然后f是个净产出。如果你把其中一个参数,比如 设定成大于1的,当然不是不可以,但是这意味着函数是x的凸函数,二阶导数大于0.。对x的投入越多越好,比如你往一群程序猿中间投一个妹子做鼓励师,效率加成为10%,投两个可能加成是30%,投三个加成为80%,投N个… 什么Windows, OSX都是一天写完加调试加debug^_^ 在很小的规模内或许是可行的,但是这个边际生产率递增,显然和我们在现实中的观察不一致的。


数学上说,一个凸函数,只有极小值,没有极大值,而经济学的收益最大化需要我们求极大值,怎么求呢?这个时候问题就变得很没趣,只要我们不断的投入x,这个函数给我们创造的产出会越来越多,根本不存在一个最优的组合。这个数学上没有问题,就说到无穷远就好了,但是这个问题有什么意义呢?最后得出的结论就是企业应该不断的扩大扩大x的投入,然后生产出无穷多的产品。

除非x的价格可变,也是买越多,价格越贵,比如说, 这样的话,函数又凹回去了, 又可以求最大值了。

有些套路是约定俗成的,当大家都知道怎么回事的时候,用起来几乎不需要解释,不需要刻意的justify,所以越来越多的人会采用相似的设定。比如你例子中的柯布-道格拉斯函数就是一例,审稿人除非有特别的理由,一般不会去质疑你为什么用这个形式。再比如当effort是线性的时候,effort成本往往就设成二次方,这样求导的时候,正好能得出一个漂亮的解析解... 这都是很直观的技术假设。

再举一个稍微复杂一点的例子:

委托代理问题经常会要求 Inverse Hazard Rate 随着代理人的类型单调。开始接触的时候可能会觉得不知所以,但是如果你真的去解那个动态优化问题,就会发现如果这个东西不单调,就无法保证代理人的产出随着代理人类型的不同而单调变化,从而无法保证你求的解是全局最优的。有两种可能,第一你可能需要分情况讨论不单调的时候是什么产出水平(Bunching),这样还算好的,因为只是麻烦了一点,还能得出有意义的结论;第二就是可能会导致整个模型不tractable,得不出一个漂亮的结论来说些什么,那么这个时候建模的意义又何在呢?


一切都是套路,多看看就好了,看得多了,自己也就有自己的套路了。

还有就是,学点latex写写公式还是挺方便的:-)

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