УДК 51.001.57

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ СОЦИАЛЬНО-ЭКОНОМИЧЕСКИХ СИСТЕМ

Юдин С.Ю. ООО Научно-производственный центр “Микродюйм” ser@t-k.ru

К сожалению, в экономике сложилось пренебрежительное отношение к другим наукам, а отсюда, и изобретение “финансовой математики”, где математика неизвестно чем должна отличаться от обычной, и “линий безразличия”, которые в науке известны как линии равного выхода или изолинии и т.д. и т.п. Сейчас трудно сказать чем это объясняется, но наверное не последнюю роль в этом сыграло то, что составной частью социально-экономических систем, которые надо описать на языке математики, т.е. формализовать, является сам человек. Этот доклад как раз посвящен решению этого вопроса, чтобы экономика стала такой же точной наукой как физика или химия, где тоже масса своих проблем, но они правильно ставятся и, следовательно, есть уверенность в их решении. Но объем доклада не позволяет детально рассмотреть этот вопрос и особенно создание искусственного интеллекта для замены человека в моделях, поэтому в отличии от работ [1,2] дадим только его общее решение, которое возможно, если грамотно в научном плане использовать математические модели социально-экономических систем.

Под моделью мы будем понимать копию объекта, находящуюся в определенном объективном соответствии с ним и способную замещать его на определенных этапах познания и практической деятельности человека и дающую, при ее исследовании, информацию о самом моделируемом объекте и, следовательно, при моделировании мы будем экспериментировать не с самим объектом, который называют оригиналом, а его заменителем, т.е. моделью. Для дальнейшего рассмотрения моделей нам необходимо ввести новое понятие: имитатор, который тоже является копией объекта, но, в отличие от модели, не может замещать объект при его познании и, следовательно, не может дать новой информации о самом объекте, а может выдать только уже известную информацию, но в другом виде. Следовательно, имитаторы, в отличие от моделей, не обладают прогностической функцией, т.е. могут быть использованы только для оптимизации параметров систем в тех условиях, при которых они были получены. Т.е. с помощью моделей можно проводить как синтез систем, так и их анализ, а с помощью имитаторов, только синтез. Это объясняется тем, что имитаторы не раскрывают сущности явлений, т.е. их взаимную внутреннюю связь, а только с точки зрения простой математической целесообразности отражают формальное влияние различных параметров систем на их показатели или, как сейчас модно говорить, действуют по генетическому алгоритму, а модели отражают объективное влияние параметров системы вследствие внутренней логики объекта. Т.е. в отличие от моделей, где отражены и форма и содержание, в имитаторе отражена только форма.

А теперь рассмотрим в этом свете так называемые экономические модели, которые практически все являются имитаторами. Пожалуй самая известная из этих моделей - это функция Кобба-Дугласа (1), коэффициенты которой для разных лет работы экономики США, вычисляли различными статистическими методами разные экономисты.

(1)

(2)

где : Y - валовой внутренний продукт (ВВП)

K - затраты капитала

L - затраты людских ресурсов

a0, a1, a2 - эмпирические коэффициенты полученные методом

аппроксимации экспериментальных данных.

Эта зависимость является типичным имитатором системы, который удовлетворительно со статистической точки зрения аппроксимирует прошлое, т.е. наблюдавшиеся при определенных условиях показатели работы системы и получить подобных имитаторов можно огромное количество. Например, взяв коэффициенты для функции Кобба-Дугласа полученные Михалевским a1= 0.26 и a2 = 0.74 при a0 =1, который исследовал экспериментальные данные за 1934-1956 годы, и, использовав для наглядности эту функцию в качестве объекта исследования, проведя на ней вычислительные эксперименты, аппроксимируем полученные при этом данные, используя аппарат многофакторного планирования, и получим математический имитатор (2), где K и L надо подставлять в относительных единицах интервалов варьирования параметров (пересчитав коэффициенты можно будет подставлять данные в абсолютных значениях). Данные по ВВП, подсчитанному с использованием уравнений (1) и (2) при изменении K от 5 до 15 и L от 2 до 8 практически ничем не отличаются, т.е. статистически имитатор (2) адекватно аппроксимирует экспериментальные данные. Например, при L= 5 и K= 5, 10 и 15 мы по уравнениям (1) и (2) получим, соответственно, 5(5.03); 5.987(5.986); 6.65(6.62). И практически абсолютной адекватности мы можем добиться используя нейросетевой имитатор, а чтобы добиться такой точности, как в уравнении (2), я думаю достаточно будет простейшей сети из двух слоев с двумя нейронами в каждом слое.

Но утверждать, что именно по одному из наших имитаторов работает экономика США мы не можем, т.к. имитаторы только с точки зрения математической целесообразности описывают прошлое и не обладают, в отличие от моделей, прогностической функцией, т.е. не обладают свойствами законов. При этом они хорошо аппроксимируют экспериментальные данные только при тех условиях при каких они были получены, т.е. обучались. Если мы по имитатору (2) подсчитаем показатели работы системы при L= 5 и K= 20, 25, 30 и 35 или в закодированном виде +2, +3, +4 и +5 интервалов варьирования и сравним их с полученными по имитатору (1), который выступает у нас в роли объекта исследования, то получим соответственно 7.17(6.94); 7.6(6.94); 7.97(6.62) и 8.29(5.98). Т.е. чем дальше мы пытаемся экстраполировать результаты работы нашего имитатора от тех условий, в которых он был получен, тем больше ошибка, если речь идет только об экстенсивном изменении показателей работы исследуемой системы, а если в этих интервалах происходит интенсивное изменение показателей работы, то ошибка составит сотни процентов. И именно такой ход развития событий мы наблюдали в августе 1998 года, когда резко рухнул курс ГКО, но ни один имитатор этого не предсказал.

У экономистов такие имитаторы называются трендовыми моделями на основе кривых роста, так как их основной задачей является сделать прогноз о развитии изучаемого процесса на предстоящий период времени, т.е. проследить тренд. Более совершенными трендовыми моделями являются адаптивные модели прогнозирования (Брауна, Хольта, авторегрессии), которые подстраиваются по мере поступления свежих статистических данных, что позволяет более точно отразить последние тенденции в развитии процесса. А суть всех этих “моделей” от их различных названий не меняется и все они являются имитаторами. Раньше для их создания применялись обычные программы от простейших типа Statistica, до более сложных типа Meta Stoks, а теперь в дело пошли уже нейросетевые программы типа Brain Maker или The Ai Trilogy.

Принцип их работы заключается в том, что в момент формирования взаимосвязей, т.е. обучения имитаторов, вводятся большие массивы статистических данных по изменению в течение времени набора каких ни будь параметров системы, определяемых оператором на основании своих представлений об окружающем мире, и произошедших при этом в системе событий, которые нас интересуют, т.е. показателей работы. Например, вводится курс доллара, индекс инфляции, курсы акций предприятий, ставка межбанковского кредита и какая при этих параметрах будет доходность по ГКО. То же самое делал для получения своих математических имитаторов Кеплер, выписав положения Марса в разные периоды времени, которые он наблюдал, и затем, не вникая в содержание явления, аппроксимировал своими формулами движение планеты, перебрав при этом методом проб и ошибок множество всевозможных зависимостей. Нейросетевая программа сама, без помощи человека, подбирает взаимосвязь между всеми параметрами системы и интересующим нас показателем ее работы, например, доходностью по ГКО, т.е. тоже самое, что мы делали используя методы многофакторного планирования. После выявления этих взаимосвязей, т.е. после обучения нейросети, в неё вводятся параметры системы на сегодняшний день и нейросеть выдает прогноз, что при таком стечении параметров доходность завтра будет расти или уменьшаться. В зависимости от этого брокеры принимают решение покупать ГКО или продавать. Но точно так же как и законы Кеплера (имитаторы) не могут сказать, в какую сторону полетит Марс, если рядом с ним пролетит очень крупный астероид, который уже приближается, не могли ответить и нейросетевые программы, куда полетит курс ГКО, когда доходность достигла сотен процентов и приближался дефолт. Таким образом, надо чётко себе представлять, что могут модели, а что имитаторы и исходя из поставленных целей использовать или модель, или имитатор.

Как часть модели, логически увязанная с ее другими частями, может быть использован и любой имитатор. Это замечание является очень важным и позволяет использовать, при моделировании действий индивидов, наряду с экспертными системами и имитаторы элементарного интеллекта [1,2] для нахождения оптимальной стратегии действий человека, являющегося частью социально-экономических моделей. Например, мы можем научить нейронную сеть находить корни квадратного уравнения или создать для этих целей имитатор аналогичный уравнению (2) и заменить экспертную систему со стандартной логикой, т.е. уравнение , на имитатор с его математической целесообразностью, т.е. индивидуальной логикой.

Основной задачей, при создании динамической социально-экономической модели, является построение как бы логически увязанного каркаса этой модели, отражающего её внутреннюю сущность, на который могут монтироваться уже все остальные элементы модели. Я считаю, что таким каркасом модели может стать схема движения финансовых потоков между различными частями системы, построенная с учётом банковского, налогового и гражданского законодательств. Как элементы (части) системы выступают не только Минфин, Центробанк, бюджеты регионов, банки, предприятия, местные бюджеты, но и руководители этих элементов, а так же все население страны, которые ежедневно участвуют в движении финансов, товаров и услуг. А далее, модель необходимо дополнять всё новыми и новыми простыми правилами её функционирования, включая и методы принятия решений человеком, как частью модели. Например, если хлебный магазин проектировался на продажу 3 тонн хлеба в день, а на хлебокомбинате заказали 2,5 тонны, но продали за день только 2 тонны, то, естественно, директор магазина закажет на завтра не 3, не 2.5 и не 2, а 1,5 тонны хлеба. И для того, чтобы модель воспроизводила эти действия директора, достаточно простейшей экспертной системы в виде рациональной формулы для расчёта объёма заказа на завтра с учётом остатков сегодняшнего дня, т.е. надо стремится применять простейшую методику. А вот о том, как достичь поставленной цели, т.е. завести хлеб и не только в этот магазин пусть уже думает другой элементарный интеллект, который замещает в модели начальника автотранспортного цеха хлебозавода.

При моделировании действий директоров предприятий или руководителя Минфина, когда им надо принимать долгосрочные решения, их надо будет наделить сложным интеллектом в виде экспертной системы, производящей сложные расчеты, и дать в их распоряжение виртуальные компьютеры с простейшими моделями, на которых они смогут проводить вычислительные эксперименты с целью нахождения оптимальной стратегии своих действий. А действия различных групп индивидов, т.е. простых жителей можно будет описать элементарным интеллектом, т.е. различными имитаторами так как навряд ли им придется принимать решения в условиях, которые будут принципиально отличаться от тех, в которых будет происходить обучение этих имитаторов, и не надо для этих целей мучить различные уравнения потребительского выбора, которые кроме головной боли создателю модели ничего не добавят в саму модель. Но окончательный выбор остается за создателем модели и определятся будет целями, которые надо достичь при моделировании и наличием необходимого для этого ресурса денег и времени.

Принципиальным является то, что создаваться такая модель должна сразу под численное ее решение с каким-то шагом решения, например, один день. И, следовательно, обязательным является наличие в такой модели наряду с функциональными связями и причинно-следственных, которые с легкой руки Парето и Маршала были выброшены из экономики, т.к. они утверждали, что нужен только функциональный анализ. Но функциональный анализ хорош в статике, что наглядно доказывает применение модифицированного мною функционально-стоимостного анализа для статических технико-экономических систем [1], а все социально-экономические процессы проявляют себя в динамике и поэтому без причинно-следственных связей, при создании динамических социально-экономических моделей, невозможно прогнозировать развитие экономики. Поэтому макроэкономические теории (вообще то, они должны именоваться по крайней мере гипотезами), с их функциональным анализом, являются не более чем набором благих пожеланий для принятия социальных законов, которые, исходя из исторического опыта, должны благоприятно повлиять на функционирование системы.

А если мы создаем модель системы, то интересующие нас сложные функциональные зависимости, например, основные уравнения кейнсианцев и монетаристов, выявятся сами собой при работе модели, если они конечно существуют в природе. Мы же должны адекватно описать элементарные правила, по которым функционирует наша социально-экономическая система, используя причинно-следственные связи и необходимые функциональные зависимости. Например, если предприятие решило выпускать какую-то новую продукцию и хочет узнать, какую оно получит от этого прибыль через год, не надо, используя алгебраическое и дифференциальное исчисления, сразу искать какую-то функциональную связь между количеством вложенных денег и полученной прибылью. Такую зависимость мы сможем получить в виде имитатора, после того как будет создана модель функционирования предприятия и на ней будут проведены вычислительные эксперименты, а при создании модели необходимо просто отразить в ней конкретные этапы её функционирования. Например, если мы сегодня перечислим деньги за оборудование, то завтра они будут у продавца, через неделю оборудование будет привезено на предприятие, а через месяц смонтировано и необходимо увеличивать численность рабочих на предприятии и закупать материалы для работы этого оборудования и т.д.

Выполняя все эти элементарные действия в модели с максимальной тактовой частотой, необходимой для удовлетворительного описания процесса функционирования системы, например, с интервалом в один день, мы получим как бы численное решение нашей модели и если во время этого решения в нашей системе необходимо будет проявиться каким то показателям её работы, то они и проявят себя также как, например, именно при численном решении модели, описывающей вынужденные колебания груза на пружине, в зависимости от параметров системы, она будет совершать или гармоничные колебания, или колебания в режимах резонанса или биений, и при этом модель будет одна и та же и решение будет осуществляться по одним и тем же формулам. В этом смысле модель более полно заменяет сам объект исследования именно при численном ее решении, а не аналитическом, и каков будет ее ответ, до проведения вычислительного эксперимента, не знает даже создатель модели.

Литература

 

1. Юдин С.Ю. Моделирование систем и оптимизация их параметров. - Волгоград: Электронный вариант книги (http://ser.t-k.ru), 2003. - 208с.

2. Юдин С.Ю. Искусственный интеллект и моделирование систем. (http://www.sciteclibrary.com/rus/catalog/pages/6661.html).

Этот доклад на второй Всероссийской научно-практической конференции “Информационные модели экономики”, проходившей в Московской государственной академии приборостроения и информатики 24 марта 2004 года, был опубликован в сборнике трудов конференции на стр. 71-76.

 

Hosted by uCoz