МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

ХАРКІВСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ БУДІВНИЦТВА ТА АРХІТЕКТУРИ

М.В.НОВОЖИЛОВА, П.М.КОЮДА, І.А.ЧУБ

МОДЕЛЮВАННЯ ЕКОНОМІЧНОЇ ДИНАМІКИ

Навчально-методичний посібник

для студентів економічних спеціальностей

ХАРКІВ – 2005

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

ХАРКІВСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ БУДІВНИЦТВА ТА АРХІТЕКТУРИ

М.В.НОВОЖИЛОВА, П.М.КОЮДА, І.А.ЧУБ

МОДЕЛЮВАННЯ ЕКОНОМІЧНОЇ ДИНАМІКИ

Рекомендовано методичною радою університету

як навчально-методичний посібник

для студентів економічних спеціальностей

Затверджено на засіданні кафедри комп’ютерного моделювання

та інформаційних технологій.

Протокол № 6 від 02.03.2005р.

ХАРКІВ – 2005

Моделювання економічної динаміки. Навчально-методичний посібник для самостійної роботи

Укладачі: М.В.Новожилова, П.М.Коюда, І.А.Чуб Харків. ХДТУБА. 2006.140 с.

Кафедра комп'ютерного моделювання та інформаційних технологій.

Навчально-методичний посібник містить концептуальну характеристику основних питань дисципліни „Моделювання економічної динаміки", що має модульну структуру і складається з 4 окремих модулів. Кожну тему окремо розглянуто, наведено приклади розв'язання типових задач з моделювання та прогнозування поведінки складних економічних систем, список посилань містить навчальні посібники за даною тематикою, сформовано контрольні запитання для самоперевірки за даною темою, завдання для самостійної роботи, опис лабораторних робіт.

Дана організація посібника дасть студенту змогу орієнтуватися у предметній галузі економічної динаміки та самостійно вивчити певні питання.

Рецензент: канд. техн. наук, доцент кафедри КМІТ О.А.Петрова

ВСТУП

Дисципліна ”Моделювання економічної динаміки” входить до циклу нормативних дисциплін спеціальності ”Економічна кібернетика” освітнього напряму ”Економіка та підприємництво”, та набуває широкого розповсюдження у навчальних планах суміжних спеціальностей як складова вибіркової частини.

Мета дисципліни: формування системи теоретичних знань і практичних навичок побудови та аналізу математичних моделей динаміки розвитку економічних процесів,

Завдання дисципліни: оволодіння теоретичними знаннями та інструментарієм моделювання динамічних економічних процесів; набуття вмінь постановки і самостійного розв'язання задач аналізу, прогнозування, прийняття рішень та управління ризиком з використанням моделей економічної динаміки.

Предмет дисципліни: динамічні моделі економіки.

Зміст дисципліни розкривається в темах: 1) Принципи моделювання економічних процесів; 2) Лінійні динамічні моделі; 3) Рівновага та нерівновага, стійкість та нестійкість динамічних моделей економіки; 4) Нелінійні динамічні моделі економічних систем; 5) Нестійкість і нелінійність як джерело невизначеності економічних процесів; 6) Якісні методи аналізу соціально-економічних систем; 7) Моделі економічних змін та їх аналіз; 8) Синергетичний підхід у моделюванні та аналізі економічних процесів.

Матеріал за дисципліною "Моделювання економічної динаміки", який представлено у даному навчальному посібнику, складається з чотирьох основних модулів.

Модуль 1. Математичний апарат економічної динаміки. Розглядаються основні принципи математичного моделювання складних економічних систем, необхідні відомості з теорії диференціальних рівнянь першого та другого порядку і їх різницевих аналогів, геометричний зміст розв’язків диференційного рівняння, системи диференціальних та різницевих рівнянь.

Модуль 2. Економічні динамічні системи з неперервним часом. У цьому модулі розглядаються проблеми економічного росту і його стабілізація. Динаміка економічної системи описується за допомогою диференціального рівняння або системи диференціальних рівнянь.

Модуль 3. Економічні динамічні системи з дискретним часом. Розглядаються дискретні динамічні системи і моделі, що описують динаміку їхньої поведінки. Це в основному моделі ринкової рівноваги і динаміки національного доходу. Динаміка системи описується різницевим рівнянням або системою різницевих рівнянь.

Модуль 4. Нелінійна динаміка, складні типи поведінки економічних систем. Цей модуль висвітлює питання, зв'язані зі складними динамічними системами і виникаючими в них складними типами поведінки: граничними циклами, біфуркаціями і хаосом. Досліджується область знань, суміжна з економічною динамікою  теорія катастроф і її вплив на поведінку деякого класу динамічних систем.

Даний навчальний посібник містить теоретичний матеріал, приклади економіко-математичних моделей динамічних систем, анотований перелік літератури, завдання для самостійної роботи, контрольні питання, завдання та опис виконання лабораторних робіт.

Якщо студент знає якусь тему, він може перевірити свої знання за допомогою контрольних запитань, у разі позитивного результату перейти до вивчення іншої теми.

Як ілюстрації програмної реалізації математичних моделей динамічних економічних систем у посібнику використано програмне забезпечення, створене при виконанні курсових проектів за дисципліною Моделювання економічної динаміки” студентами Харківського державного технічного університету будівництва та архітектури і Харківського національного університету радіоелектроніки.

Взагалі досвід викладання даної дисципліни переконує у необхідності такої складової навчального процесу як курсове проектування, протягом якого студент або магістр матиме змогу самостійно застосувати придбані знання для побудови, аналізу та розв’язання конкретних економіко-математичних моделей, прогнозування розвитку реальних економічних процесів, побудови методичної, алгоритмічної та програмної реалізації математичної моделі, яка розглядається. Тому у посібнику подані можливі теми курсових проектів.

Даний посібник є узагальненням курсів, що були прочитані у Харківському державному технічному університеті будівництва та архітектури і Харківському національному університеті радіоелектроніки студентам та магістрам спеціальностей ”Економічна кібернетика”, “Фінанси” та “Економіка підприємства”, напрям ”Економіка та підприємництво” протягом кількох років.

Матеріал даного посібнику може бути корисним для студентів денної та заочної форми навчання, кваліфікаційний рівень спеціаліст, магістр, та у системі післядипломної освіти при наданні другої вищої освіти за спеціальностями ”Економічна кібернетика”, “Фінанси” та “Економіка підприємства”. Електронний варіант даного навчального посібника можна одержати за адресою: novozhilova@kstuca.kharkov.ua

1. Математичне моделювання економічних систем. Економічна динаміка. Об'єкт і предмет дослідження

Модель - це подання об'єкта,

системи або ідеї в деякій формі,

відмінній від самої цілісності.

Р. Шеннон

1.1. Загальне поняття про математичні моделі

Математичні моделі – це моделі, в яких для опису властивостей і характеристик об'єкта, явища, процесу або системи використовуються математичні символи і методи [1].

Математична модель є спрощеним представленням ситуації. Важливо в цій спрощеній формі зуміти передати суттєві характеристики явища, об’єкта або процесу, який досліджується. Модель може не все, але навіть досить груба на вигляд ідеалізація нерідко дозволяє глибше вникнути в суть проблеми. Здійснюючи вплив на параметри моделі (вибираючи їх, керуючи ними), ми одержуємо можливість провести якісний аналіз явища, яке досліджується, і зробити висновки загального характеру.

У даному посібнику розглядаються динамічні математичні моделі економічних систем, тобто моделі, у які входять величини, що змінюються у часі. На підставі таких динамічних моделей можна прогнозувати майбутнє і по-новому оцінити минуле.

Відмітимо, що у природничих науках, головним чином у фізиці, математичні моделі давно служать надійним інструментом дослідження. При цьому часто використовують основні, емпірично перевірені принципи, щоб одержати загальний вид залежностей (як правило, диференціальних рівнянь). Крім того, для опису об'єкта, який досліджується, будують додаткову систему гіпотез, з яких виводять властивості об'єкта. Такі гіпотези потрібні, щоб замкнути опис, наприклад, побудувати залежності коефіцієнтів диференціальних рівнянь від змінних, які характеризують стан системи.

У математичній економіці є невідомим загальний вигляд рівнянь, які описують еволюцію економічної системи. У кожному окремому випадку рівняння моделі носять гіпотетичний характер, і щоразу мають потребу в емпіричній перевірці. Тому головною проблемою математичного опису економічних систем на цей час є пошук загальних, "елементарних" принципів математичного моделювання економічних явищ у рамках цілісних економічних систем.

Основну задачу науки — перетворення повсякденного досвіду в критичний експеримент і на його основі абстрагування від емпірики до загальних принципів — не вирішити, просто імітуючи на комп'ютері видиму еволюцію економічної системи. У тій або іншій формі необхідно використовувати ідеологію математичного моделювання, накопичену у природничих науках.

1.2. Економічна система як об’єкт математичного аналізу складних систем

Політична економія визначає економічну систему як історично, тобто в процесі розвитку, сформовану сукупність умов виробничої діяльності багатьох людей. Ці умови виражаються виробничими відносинами.

Виробнича діяльність полягає в перетворенні ресурсів природи в матеріальні блага, необхідні для підтримки існування і духовного розвитку людей.

Продуктивні сили визначаються способами виробництва, матеріалізованими в накопичених засобах виробництва, і приводяться в дію працею людей, які беруть участь у виробництві  виробників. У розвитому суспільстві самі засоби виробництва викликають поділ праці. Внаслідок цього виробники взаємодіють, і між ними виникають визначені відносини, що виявляються, насамперед, як інтереси.

Взаємодія інтересів у рамках історично сформованої матеріальної і організаційної структури виробництва перетворюється в процеси саморегулювання економічної системи. Виникає представлення про виробничі відносини як про якийсь рівноважний стан процесів саморегулювання. Отже, виробничі відносини  це визначені механізми економічного регулювання процесів виробництва, розподілу, обміну і споживання матеріальних благ. Від цього залежать умови життя й інтереси людей.

Таким чином, через механізми економічного регулювання діють своєрідні зворотні зв'язки в економічній системі. Вони визначають характер еволюції системи. Ми добре знаємо, що економічні кризи виникають не тому, що ламаються верстати або паровози, а тому, що взаємодія інтересів стає конфліктною. Порушуються механізми економічного регулювання, від цього ламаються верстати і зупиняються паровози.

Економічна система піддається керуючим впливам. По-перше, суспільні норми формують суспільну свідомість і впливають на інтереси людей. По-друге, обмежуючи можливість людей діяти, керуючись тільки власними інтересами, економічні, політичні й інші дії державних органів змінюють параметри економічних механізмів регулювання. По-третє, державні установи споживають частину вироблених матеріальних благ. Усі ці заходи утворюють множину керуючих впливів на економіку.

Політична економія виробила специфічні методи дослідження економічних систем. Вони засновані на загальних категоріях, що виражають сукупні результати взаємодій численних груп людей — економічних агентів: сукупний суспільний продукт, національний доход, продуктивність суспільної праці, суспільно необхідні витрати, вартість, ціна, рента тощо [2]. У цих категоріях сформульовані економічні закони, що мають характер емпіричних узагальнень.

Основу математичної моделі економічної системи утворюють описи структури і параметрів процесів виробництва. Усі процеси виробництва мають загальну властивість: у кожному з них деякі вихідні ресурси перетворюються в продукти виробництва за умови, що використовуються засоби виробництва і затрачується праця . Отже, виробничі процеси можна описати деякими функціональними залежностями (операторами) , що відображають обсяги використаних ресурсів в обсяги випусків продуктів при тому, що область визначення й область значень операторів залежать від кількості засобів виробництва і кількості витраченої праці . Структура оператора визначається специфікою реальних виробничих процесів, які моделюються.

До опису процесів виробництва в основних секторах господарства потрібно додати опис механізмів економічного регулювання процесів виробництва, тобто модель економічної поведінки основних груп суспільства, що беруть участь у виробничих відносинах. Ці групи людей розрізняються типами поведінки. При цьому важливо, скільки людей дотримуються даного типу поведінки, а не хто саме. У результаті виникають оператори "зворотних зв'язків", що замикають опис процесів виробництва.

Така система моделей дозволить прогнозувати можливі структурні зміни в економічній системі в залежності від прийнятих керуючих економічних рішень. Коли б удалося реалізувати таку можливість, ми значно наблизилися б до головної мети економічної теорії  розробити методи оцінки ефективності використання ресурсів природи економічною системою для виробництва і розподілу матеріальних благ, що забезпечують процвітання суспільства.

Однак до практичної реалізації такої можливості ще далеко. Потрібно виробити надійні, емпірично перевірені принципи математичного опису процесів, що протікають в економіці, і елементів економічної системи. Саме тут дослідник зіштовхується з істотною відмінністю економічних систем від фізичних. З фізичними системами можна експериментувати і бути впевненим, що щоразу експеримент проводиться з тією же самою системою. Тому результати експериментів статистично достовірні.

Економічна система в кожний момент часу існує в єдиному екземплярі, тому не можна бути впевненим, що повторні експерименти проводяться з тією же самою системою. Емпіричні залежності в економіці зовсім іншої природи, ніж у фізиці. Принцип опису можна вважати таким, що емпірично підтверджується, якщо з моделей різних економічних систем, на ньому заснованих, виводиться сукупність основних якісних закономірностей еволюції всіх цих систем. Для емпіричної перевірки моделей можна використовувати дані про минулий розвиток економіки.

Помітимо, що обчислювальний експеримент в економічній області додатків як правило, проводиться для перевірки вихідних гіпотез і виведення з них основних рівнянь. Обчислювальні експерименти з моделями економічних систем дають вихідний експериментальний матеріал для індуктивного процесу виведення загальних принципів.

Однак не все в економіці піддається формалізації саме тому, що істотними є інтереси людей, а вони продукт суспільної свідомості. Еволюцію суспільної свідомості формалізувати не можна. Тому треба сумістити традиційні методи неформального аналізу, які розроблені у філософії, історії, соціології, політичній економії, і математичні методи переробки інформації, поданої у вигляді формальних моделей.

Така стратегія дає можливість використовувати нові інформаційні технології в керуванні техніко-економічними системами й економікою в цілому. Вона заснована на сформованих моделях економічної науки, досвіді і навичках фахівців-практиків, що приймають економічні рішення, накопиченої звітної інформації, а також на можливості за допомогою комп'ютера переробляти числову, символьну і графічну інформацію.

У формалізованому виді, придатному для представлення й обробки в комп’ютері, записуються впорядковані знання економістів і керівників-практиків про систему і правила прийняття рішень. По наявній звітній інформації уточнюються параметри у формальних співвідношеннях. Результатом є формалізована модель накопиченого досвіду професійної економічної діяльності, яку називають "м'якою" моделлю [3].

Працюючи з "м'якими" моделями, ми, взагалі кажучи, не поглиблюємо знання про закони функціонування економічної системи, проте одержуємо багато корисної інформації.

По-перше, проводимо системний аналіз накопиченого професійного досвіду в економічній області. Часто при цьому виявляються протиріччя, виникають нові задачі, рішення яких збагачує досвід. Крім того, висвітлюються проблеми, які не мають задовільного розв’язання, у результаті виникає відчуття актуальності фундаментальних досліджень.

По-друге, використання комп’ютера у процесі виконання типових процедур планово-економічної діяльності підвищує її ефективність і поліпшує якість прийнятих рішень. Зрозуміло, що таке підвищення і поліпшення має межу. Щоб подолати цю межу, потрібні фундаментальні дослідження, котрі поглиблюють наше розуміння принципів функціонування економічних систем.