Ekonometria Wykład 7 Modele nieliniowe, funkcja produkcji. Dr Michał Gradzewicz Katedra Ekonomii I KAE

Podobne dokumenty
Ekonometria. Model nieliniowe i funkcja produkcji. Jakub Mućk. Katedra Ekonomii Ilościowej

Ekonometria. Model nieliniowe i funkcja produkcji. Jakub Mućk. Katedra Ekonomii Ilościowej. Modele nieliniowe Funkcja produkcji

Przychody skali. Proporcjonalne zwiększenie czynników = zwiększenie produkcji, ale czy również proporcjonalne? W zależności od odpowiedzi:

Mikroekonomia B.2. Mikołaj Czajkowski

Kalibracja. W obu przypadkach jeśli mamy dane, to możemy znaleźć równowagę: Konwesatorium z Ekonometrii, IV rok, WNE UW 1

Rozdział 2: Metoda największej wiarygodności i nieliniowa metoda najmniejszych kwadratów

Wybór postaci analitycznej modelu ekonometrycznego

Plan wykładu. Dlaczego wzrost gospodarczy? Model wzrostu Harroda-Domara.

Teoria produkcji pojęcie, prawa, izokwanty. Funkcja produkcji pojęcie, przykłady.

Rachunek Różniczkowy

8. WYBRANE ZASTOSOWANIA MODELI EKONOMETRYCZNYCH

Równania różniczkowe liniowe rzędu pierwszego

Modele DSGE. Jerzy Mycielski. Maj Jerzy Mycielski () Modele DSGE Maj / 11

Wykład 3 Równania rózniczkowe cd

gdzie. Dla funkcja ma własności:

II. Wstęp: Funkcje elementarne - część 2

Notatki z Analizy Matematycznej 3. Jacek M. Jędrzejewski

Ekonometria Wykład 6 - Kointegracja, rozkłady opóźnień. Dr Michał Gradzewicz Katedra Ekonomii I KAE

Ekonometria. wiczenia 7 Modele nieliniowe. Andrzej Torój. Instytut Ekonometrii Zakªad Ekonometrii Stosowanej

Zadania z ekonomii matematycznej Teoria produkcji

Matematyka i Statystyka w Finansach. Rachunek Różniczkowy

ANALIZA MATEMATYCZNA Z ELEMENTAMI STATYSTYKI MATEMATYCZNEJ

Metoda najmniejszych kwadratów

WYKŁADY ZE STATYSTYKI MATEMATYCZNEJ wykład 13 i 14 - Statystyka bayesowska

Modele nieliniowe sprowadzalne do liniowych

Podstawy ekonomii TEORIA PRODUKCJI

Prognozowanie i Symulacje. Wykład I. Matematyczne metody prognozowania

Ekonometria. Wprowadzenie do modelowania ekonometrycznego Estymator KMNK. Jakub Mućk. Katedra Ekonomii Ilościowej

Ekonometria. Zajęcia

Nieliniowe. Liniowe. Nieliniowe. Liniowe. względem parametrów. Linearyzowane. sensu stricto

Oznacza to, że chcemy znaleźć minimum, a właściwie wartość najmniejszą funkcji

Metoda mnożników Lagrange a i jej zastosowania w ekonomii

Układy równań i równania wyższych rzędów

Ekonometria. Modele dynamiczne. Paweł Cibis 27 kwietnia 2006

K wartość kapitału zaangażowanego w proces produkcji, w tys. jp.

Ekonometria. Modelowanie zmiennej jakościowej. Jakub Mućk. Katedra Ekonomii Ilościowej

Stosowane modele równowagi. Wykład 1

Ważne rozkłady i twierdzenia c.d.

2010 W. W. Norton & Company, Inc. Minimalizacja Kosztów

Modele długości trwania

Ekonometria Wykład 5. Procesy stochastyczne, stacjonarność, integracja. Dr Michał Gradzewicz Katedra Ekonomii I KAE

Uogolnione modele liniowe

VII. Elementy teorii stabilności. Funkcja Lapunowa. 1. Stabilność w sensie Lapunowa.

Statystyka opisowa. Wykład V. Regresja liniowa wieloraka

dr Bartłomiej Rokicki Katedra Makroekonomii i Teorii Handlu Zagranicznego Wydział Nauk Ekonomicznych UW

Metody Ekonometryczne

Ekonometria. Prognozowanie ekonometryczne, ocena stabilności oszacowań parametrów strukturalnych. Jakub Mućk. Katedra Ekonomii Ilościowej

Rachunek Prawdopodobieństwa Anna Janicka

Metody systemowe i decyzyjne w informatyce

WYKŁADY ZE STATYSTYKI MATEMATYCZNEJ wykład 4 - zagadnienie estymacji, metody wyznaczania estymatorów

3. O czym mówi nam marginalna (krańcowa) produktywność:

Matematyka ubezpieczeń majątkowych r.

Równania różniczkowe liniowe wyższych rzędów o stałych współcz

Metoda największej wiarogodności

Ekonometria. Weryfikacja liniowego modelu jednorównaniowego. Jakub Mućk. Katedra Ekonomii Ilościowej

Ekonometria Wykład 4 Prognozowanie, sezonowość. Dr Michał Gradzewicz Katedra Ekonomii I KAE

Zawansowane modele wyborów dyskretnych

Statystyka i Analiza Danych

KADD Metoda najmniejszych kwadratów funkcje nieliniowe

STATYSTYKA I DOŚWIADCZALNICTWO Wykład 7

MAKROEKONOMIA 2. Wykład 14. Inwestycje. dr Dagmara Mycielska dr hab. Joanna Siwińska - Gorzelak

Matematyka z el. statystyki, # 4 /Geodezja i kartografia I/

Definicja 1 Statystyką nazywamy (mierzalną) funkcję obserwowalnego wektora losowego

Modele zapisane w przestrzeni stanów

Makroekonomia 1 Wykład 12: Naturalna stopa bezrobocia i krzywa AS

Stopę zbieżności ciagu zmiennych losowych a n, takiego, że E (a n ) < oznaczamy jako a n = o p (1) prawdopodobieństwa szybciej niż n α.

TEORIA PRODUKCJI Przemysław Kusztelak

WSTĘP DO REGRESJI LOGISTYCZNEJ. Dr Wioleta Drobik-Czwarno

N ma rozkład Poissona z wartością oczekiwaną równą 100 M, M M mają ten sam rozkład dwupunktowy o prawdopodobieństwach:

Mikropodstawy dla znormalizowanej funkcji produkcji CES z postępem technicznym nakierowanym na poszczególne czynniki produkcji

Statystyka, Ekonometria

ZESTAW 5 FUNKCJA PRODUKCJI. MODEL SOLOWA (Z ROZSZERZENIAMI)

Statystyka Matematyczna Anna Janicka

Ekonometria egzamin 01/02/ W trakcie egzaminu wolno używać jedynie długopisu o innym kolorze atramentu niż czerwony oraz kalkulatora.

Ekonometria. Ćwiczenia nr 3. Jakub Mućk. Katedra Ekonomii Ilościowej

Agata Boratyńska Statystyka aktuarialna... 1

Mikroekonomia II: Kolokwium, grupa II

SEKTOROWA ANALIZA FUNKCJI PRODUKCJI NA PRZYKŁADZIE PRZEMYSŁU HUTNICZEGO

Ekonometria egzamin 02/02/ W trakcie egzaminu wolno używać jedynie długopisu o innym kolorze atramentu niż czerwony oraz kalkulatora.

Optymalizacja ciągła

Natalia Nehrebecka Stanisław Cichocki. Wykład 10

Stanisław Cichocki. Natalia Nehrebecka

1 Modele ADL - interpretacja współczynników

Mikroekonometria 14. Mikołaj Czajkowski Wiktor Budziński

Metoda mnożników Lagrange a i jej zastosowania w ekonomii

IX. Rachunek różniczkowy funkcji wielu zmiennych. 1. Funkcja dwóch i trzech zmiennych - pojęcia podstawowe. - funkcja dwóch zmiennych,

Zależność. przyczynowo-skutkowa, symptomatyczna, pozorna (iluzoryczna),

STATYSTYKA I DOŚWIADCZALNICTWO Wykład 5

Heteroscedastyczność. Zjawisko heteroscedastyczności Uogólniona Metoda Najmniejszych Kwadratów Stosowalna Metoda Najmniejszych Kwadratów

Ekonometria. Własności składnika losowego. Jakub Mućk. Katedra Ekonomii Ilościowej

Kolokwium I z Makroekonomii II Semestr zimowy 2014/2015 Grupa I

Ważną rolę odgrywają tzw. funkcje harmoniczne. Przyjmujemy następującą definicję. u = 0, (6.1) jest operatorem Laplace a. (x,y)

Zadania z ekonomii matematycznej Teoria konsumenta

SPOTKANIE 6: Klasteryzacja: K-Means, Expectation Maximization

Wzrost gospodarczy definicje

Funkcje charakterystyczne zmiennych losowych, linie regresji 1-go i 2-go rodzaju

2010 W. W. Norton & Company, Inc. Popyt

Testy własności składnika losowego Testy formy funkcyjnej. Diagnostyka modelu. Część 2. Diagnostyka modelu

Ekonometria. Ćwiczenia 5. Krzysztof Pytka. 22 listopada Zakład Wspomagania i Analizy Decyzji (SGH)

Transkrypt:

Ekonometria Wykład 7 Modele nieliniowe, funkcja produkcji Dr Michał Gradzewicz atedra Ekonomii I AE

Plan wykładu (Nie)liniowość modeli ekonomerycznych iniowość modeli ekonometrycznych Efekty krańcowe Elastyczności Przykłady modeli linearyzowanych i nieliniowych Nieliniowa MN Funkcja produkcji Definicja Własności Substytucyjność czynników Funkcja produkcji Cobba-Douglasa Inne funkcje produkcji

iniowość modeli ekonometrycznych Dla ekonometryka (ze względu na fakt, że estymowane są parametry, warunkowo względem danych) ważna jest liniowość względem parametrów, a nie względem zmiennych zapewnia ona możliwość estymacji zwykłą MN i uzyskania estymatora o pożądanych własnościach (tw. Gaussa-Markowa) Przykład modelu liniowego względem parametrów: y = β 0 + β 1 x 1 x 2 2 + β 2 ln x 3 + ϵ Przykład modelu liniowego względem zmiennych : 1 y = β 0 + x β 1 + β 1 + β 2 3 x 2 + ξ 2 Pierwszy model jest liniowy względem parametrów, drugi nieliniowy względem parametrów Model ściśle liniowy: y = β 0 + β 1 x 1 + β 2 x 2 + η Ogólna postać modelu liniowego względem parametrów (x wektor zmiennych): g y = β 1 f 1 x + β 2 f 2 x + + β k f k x + ϵ Jeśli g y = y, to model jest bezpośrednio liniowy, w przeciwnym przypadku jest to model linearyzowany (w modelu linearyzowanym musi istnieć g 1 (y), czyli g(y) musi być różnowartościowa Przykład modelu linearyzowanego: log y = log a + b + ε (ponieważ X g y = log y, β 1 = log a, β 2 = b, f 1 x = 1, f 2 x = 1 ) jest to zlogarytmizowana X wersja modelu wykładniczo-hiperbolicznego: y = ae b Xξ

Popularne formy nieliniowości, czyli transformacji danych Do często stosowanych transformacji danych należą: ogarytmy zmiennych zamieniają charakter zależności z multiplikatywnej na addytywną (log ab = log a + log b ) Zmniejszają zakres wartości zmiennej Mogą ograniczać wpływ heterogeniczności Redukują wpływ obserwacji nietypowych wadraty zmiennych, często używane, aby odzwierciedlić zmienne efekty krańcowe Iloczyny zmiennych, reprezentujące interakcje pomiędzy zmiennymi oraz zmienne efekty krańcowe Transformacje danych są często podyktowane przekonaniem badacza (np. mającym swoje źródło w odpowiedniej teorii) o specyficznej formie efektów krańcowych

W modelu liniowym: Efekty krańcowe β i = y Δy x i Δx parametr przy danej zmiennej mierzy efekt krańcowy, czyli informuje o skali przyrostu y w reakcji na jednostkowy przyrost x, ceteris paribus; efekt ten jest stały i niezależny od poziomu x i Zarówno w klasie modeli liniowych i nieliniowych względem parametrów efekt krańcowy y może być funkcją innych zmiennych x i Czasami wiemy jaka postacią powinny charakteryzować się efekty krańcowe, co implikuje wybór określonej postaci funkcyjnej badanej zależności, np. Jeśli y x i = β i x i, to odpowiedni fragment równania ma postać kwadratową: β i x i 2 Przykład: w = 20 + 0.9age 0.025age 2, wtedy w age = 0.9 0.05age Jeśli y x i = β i x j, to odpowiedni fragment równania ma postać kwadratową: β i x i x j, ale wtedy jednocześnie y x j = β i x i Przykład: c = 4.55 + 0.2y + 0.06edu + 0.01gender + 0.03edu gender

Elastyczności cząstkowe Elastyczność cząstkowa y względem x i to również miara wrażliwości y na zmiany x i, ale w ujęciu względnym (procentowym) informuje o ile zmieni się procentowo y jeśli x i wzrośnie o 1% El y x i = y y x i x i = y x i x i y Δy y Δx x = Δy x i Δx y x W modelu liniowym elastyczność El y x i = β i i, czyli jest funkcją poziomów y zmiennych i jest różna dla każdej obserwacji (często, aby otrzymać jedną wartość, x średnią w próbie, oblicza się β i i y Jaką interpretację ma β w modelu log y = β log x? β = log y log x = log y(x) x log x x = log y y x log x x x = 1 y y x = 1 x 1 y x x y = El(y x) Czyli jest to elastyczność y względem x, stała niezależna od punktu w danych, odpowiadająca modelowi potęgowemu: y = x β (ponieważ jest to tożsame z: ln y = β ln x)

rzywa Engla: Przykłady modeli z logarytmami y = α + β log x Wtedy β = y log x = y x log x x = y x 1 x x x = x y y x, zatem: El y x = = β x x y y Czyli elastyczność y względem x maleje wraz z poziomem y. Engel użył tych krzywych do badania elastyczności spożycia danej kategorii (y) dóbr względem dochodu (x) i zgodnie z tą specyfikacją elastyczność dochodowa spożycia jest dodatnia, ale maleje wraz ze wzrostem poziomu spożycia Stopy wzrostu Wykładniczy model trendu: y = αe βt+ε Można przedstawić jako: log y = log α + βt + ε Czyli wzrost t o jednostkę (upływ jednego okresu czasu) powoduje wzrost log y dokładnie o β A wzrost log y, czyli Δ log y to w przybliżeniu stopa wzrostu y (dla małych przyrostów) Czyli β y t y y 1 1. Dlaczego? β = Δ log y t = log y t log y t 1 = log( y t y t 1 ), zatem y t y t 1 = e β Z rozwinięcia Taylora e β 1 + β, zatem podsumowując β y t y t 1 1 Ogólnie: Δ log x Δx x

Przykłady modeli linearyzowanych i charakter składnika losowego Model potęgowy: y = αx 1 β x2 γ e ε po zlogarytmowaniu jest jednoznaczny z modelem: log y = log α + β log x 1 + γ log x 2 + ε Model wykładniczy (opisujący wykładniczy wzrost y względem x): Jest tożsamy z: y = e α+βx+ε log y = α + βx + ε Przy przekształceniach modelu należy pamiętać, ze podlega nim również składnik losowy i jego charakter (addytywny lub multiplikatywny) ma znacznie: Przykładowo model y = e βx + ε jest modelem ściśle nieliniowym Z kolei model y = e βx ε jest modelem linearyzowanym (log y = βx + log ε), ale jeśli log ε ma mieć rozkład normalny, to ε powinna mieć rozkład log-normalny Czasami, ze względu na wiedzę a priori odnośnie składnika losowego, model nie może zostać zlinearyzowany i powinien być estymowany metodami nieliniowymi

Przykład modelu ściśle nieliniowego funkcja logistyczna Funkcja logistyczna jest postaci: α y t = 1 + βe γt + ε t gdzie α > 0, β > 1, γ > 0 i ma bardzo ciekawe własności: lim t y t = α i jest to tzw. poziom nasycenia zmiennej y Dla t = 0, y 0 = α 1+β Jest ona rozwiązaniem równania różniczkowego: dy = γ y(α y), w którym na zmiany α y działają dwie siły: początkowo napędzająca y (wyższy y powoduje coraz wyższy wzrost y - dy zależy od y), ale wraz ze wzrostem y rośnie znaczeni siły hamującej α y Stosuje się ja w analizach rynkowych (cykl życia produktu), demograficznych W nieco innej formie: ea+bt y = 1 + e a+bt która ma zakres zmienności < 0; 1 > funkcja ta nazywa się logitem i jest ona podstawą modelu logitowego (o którym szerzej na kolejnych zajęciach) 1 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 0 2 4 6 8 10 12

Nieliniowa MN Czasami nie jest możliwe doprowadzenie modelu do postaci liniowej względem parametrów Model nieliniowy: y i = f x i, β + ε i Można go estymować np. nieliniową metodą najmniejszych kwadratów, w której wyznaczamy β minimalizując sumę kwadratów reszt: S β = y i f x i, β 2 i Czyli rozwiązując układ równań nieliniowych (o liczbie równań i niewiadomych równych liczbie estymowanych parametrów): S β β = 2 y i f x i, β i f x i, β β Postać ogólna rozwiązania nie jest znana (zależy od charakteru nieliniowości) i niemożliwa do przedstawienia w postaci analitycznej. Zazwyczaj rozwiązuje się tego typu układy równań metodami iteracyjnymi, np. metodą Newtona, Gaussa-Newtona Nie ma ogólnych twierdzeń o własnościach estymatora (typu Gaussa-Markowa w przypadku MN) dla estymatorów uzyskanych metodami nieliniowymi, dlatego ekonometrycy raczej starają się uprościć specyfikacje do postaci liniowej (względem parametrów) Modele nieliniowa można estymować również MNW (metoda największej wiarygodności) = 0

Funkcja produkcji Funkcja produkcji jest to relacja pomiędzy nakładami czynników produkcji a wielkością (strumieniem) wytworzonego produktu w danej jednostce czasu Stosuje się ten koncept zarówno w mikro- jak i makroekonomii Główne nakłady praca () i kapitał (), ale również ziemia, materiały czy kapitał ludzki Y = f(, ) Izokwanty produkcji - warstwice funkcji produkcji, czyli linie w przestrzeni (, ), którym odpowiada ta sama wartość produkcji: Y 0 = f(, ) Zakładamy, że f jest funkcją ciągłą i dwukrotnie różniczkowalną

Własności funkcji produkcji: f = f, Własności funkcji produkcji > 0, f = f, > 0, czyli produkty krańcowe (produktywności) czynników produkcji są dodatnie (zwiększenie zasobu danego czynnika prowadzi do wzrostu produkcji) f = 2 F, 2 = f < 0, f = 2 F, 2 < 0, czyli krańcowa produkcyjność czynnika jest malejąca względem nakładów tego czynnika (produktywność czynnika rośnie coraz wolniej) f = f > 0, f = f wzrostem innego czynnika Funkcja f jest funkcją jednorodną (homogeniczną) > 0, czyli produktywność jednego czynnika rośnie wraz ze Ogólnie: funkcja jednorodna stopnia r spełnia warunek: f λ, λ = λ r f(, ) Czyli wzrost wszystkich nakładów o λ powoduje wzrost produkcji o λ r Dla r = 1 mówimy o stałych korzyściach skali (np. podwojenie wszystkich nakładów powoduje podwojenie produkcji) CRS (constant returns to scale), czyli jednorodność Dla r > 1 mówimy o rosnących korzyściach skali (IRS) Dla r < 1 mówimy o malejących korzyściach skali (DRS) Substytucyjność (zastępowalność czynników) na kolejnym slajdzie Elastyczność produkcji względem czynnika: El Y = Y Y = f Y oraz El Y = f Y

Substytucyjność czynników Jak zmieniają się nakłady czynników na izokwancie? dy = df(, ) = 0 = F F d + d = f d + f d Zatem: d d = f = SS dy=0 f SS krańcowa stopa substytucji (MRS Marginal Rate of Substitution) o ile powinien zmniejszyć się (wzrosnąć) nakład w reakcji na wzrost (spadek) nakładu, aby utrzymać ten sam poziom produkcji (Y = const) Relację nazywamy technicznym uzbrojeniem pracy Elastyczność substytucji mierzy wypukłość izokwanty w miarę wzrostu, dodatkowy przyrost o jednostkę zastępuje coraz mniejszą ilość a elastyczność substytucji mierzy ten efekt jest to względny przyrost wywołany przyrostem SS o 1% σ = ( ) SS SS Płaska izokwanta wysoka elastyczność substytucji (SS musi się silnie zmienić, aby zmieniło się ), przykładowo dla funkcji liniowej σ = +, z kolei dla funkcji typu wąskie gardło, czyli F, = min {, }, σ = 0

Funkcja produkcji Cobba-Douglasa (1) Ma ona postać funkcji potęgowej Y = α β Gdzie α, β (0; 1). Po zlogarytmowaniu: log Y = α log + β log Własności: f = Y = αα 1 β = α α β 1 = α Y > 0 f = β Y > 0 El Y = f = α Y Y Y = α (lub log Y log f = f = α α 1 α 2 β = α 1 α = α) oraz El Y = β Y 2 < 0 f = f = β β 1 α β 2 = β 1 β Y 2 < 0 f = f = αβ α 1 β 1 = αβ Y > 0 Jednorodność: f λ, λ = λ α λ β = λ α λ β α β = λ α+β F(, ) Dla α + β = 1 mamy stałe korzyści skali, wtedy Y = α 1 α Dla α + β > 1 mamy rosnące korzyści skali Dla α + β < 1 mamy malejące korzyści skali

Substytucja Funkcja produkcji Cobba-Douglasa (2) SS = f = β Y = β f α Y α σ = ( ) SS SS = SS Postęp technologiczny 1 SS = β α β α = 1 Są różne sposoby jego uwzględnienia, często stosowanym rodzajem jest TFP (Total Factor Productivity, czyli łączna produktywność czynników produkcji, czyli postęp, który nie jest związany bezpośrednio z żadnym z czynników produkcji) Jeśli założymy, że technologia rośnie w tempie wykładniczym (w stałym tempie z okresu na okres), to: Y t = e A+γt t α t β e ε t ub po zlogarytmowaniu: log Y t = A + γt + α log t + β log t + ε t Gdzie γ jest stałym tempem wzrostu TFP, α jest elastycznością produkcji względem nakładu kapitału, a β elastycznością produkcji względem nakładu pracy

Inne funkcje produkcji Funkcja CES (Constant elasticty of substitution) Y = γ δ ρ + 1 δ ρ θρ ε Gdzie δ < 0,1 > parametr podziału między czynniki produkcji, θ > 0 jest stopniem homogeniczności (parametr korzyści skali), ρ > 1 jest parametrem substytucji (elastyczność substytucji wynosi Funkcja translog, cechująca się zmiennymi elastycznościami produkcji oraz substytucji: log 2 log 2 log Y = α 1 + α 2 log + α 3 log + α 4 + α 2 5 + α 2 6 log log + ε Funkcja liniowa (ma nieskończoną elastyczność substytucji): Y = α + β Funkcja typu wąskie gardło (cechująca się zerową elastycznością substytucji): Y = min (α, β) Izokwanty funkcji liniowej 1 1+ρ ) Izokwanty funkcji typu min