Развитие методов построения производственных функций тема диссертации по экономике, полный текст автореферата

Ученая степень
кандидата экономических наук
Автор
Львов, Александр Геннадьевич
Место защиты
Ульяновск
Год
2012
Шифр ВАК РФ
08.00.13

Автореферат диссертации по теме "Развитие методов построения производственных функций"

На правах рукописи

ЛЬВОВ Александр Геннадьевич

РАЗВИТИЕ МЕТОДОВ ПОСТРОЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ФУНКЦИЙ

Специальность: 08.00.13 - «Математические и инструментальные методы экономики»

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата экономических наук

005015960 3 МАВ Ш

Уфа - 2012

005015960

Работа выполнена на кафедре экономико-математических методов и информационных технологий в ФГБОУ ВПО «Ульяновский государственный университет»

Научный руководитель: доктор физико-математических наук, профессор Горбунов Владимир Константинович кафедра экономико-математических методов и информационных технологий ФГБОУ ВПО «Ульяновский государственный университет»

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук, профессор Спивак Семен Израилевич кафедра математического моделирования ФГБОУ ВПО -»Башкирский государственный университет»

кандидат экономических наук, доцент Ризванов Дмитрий Анварович кафедра вычислительной математики и кибернетики ФГБОУ ВПО «Уфимский государственный авиационный технический университет»

Ведущая организация: Экономический факультет Московского государственного университета имени М. В. Ломоносова»

Защита состоится «15» мая 2012 года в 10:00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.288.09 при ФГБОУ ВПО «Уфимский государственный авиационный технический университет» по адресу: 450000, г. Уфа, Центр, ул. К. Маркса, 12.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Уфимского государственного авиационного технического университета.

Автореферат разослан «13» апреля 2012 года.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор экономических наук, профессор Дшж! М- К. Аристархова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования. Понятие производственной функции (ПФ) в ХХ-ом веке стало одним из базовых понятий экономической науки. Метод производственных функций можно отнести к высоким технологиям количественного экономического анализа. Он использовался в СССР в исследовательских работах и планировании на союзном, региональном и отраслевом уровнях и остается актуальным для новой экономики России. Изменение условий функционирования экономики и совершенствование методов ее исследования ставит новые задачи перед экономической наукой, в частности, требует развития методов построения ПФ.

В диссертации метод производственных функций развивается для более глубокого исследования эффектов замещения между производственными факторами (ресурсами) и разработки метода построения «капитальных» ПФ в условиях, когда вместо динамики капитала (производственных фондов) известна динамика производственных инвестиций. Первую проблему - замещение факторов - продуктивно изучать в классе однородных ПФ с переменной эластичностью замещения факторов. Такое представление ПФ известно в случае двухфакторных линейно однородных функций (представление Сато - Гоффмана, 1968). Но здесь требуется априорное задание зависимости эластичности замещения (труда - капиталом). Аналитического (формульно-параметрического) представления однородных ПФ с переменной эластичностью замещения для трех и более факторов автору не известно. Устранение этих ограничений расширит возможности математического моделирования производственных объектов и систем.

Вторая проблема возникает в ситуации, когда балансовая стоимость производственных фондов, в виду их незагруженности, не имеет смысла при построении ПФ для конкретных объектов, и требуется оценить реально используемые фонды. Некоторые современные исследователи используют так называемые «инвестиционные» ПФ, отличающиеся от традиционных «капитальных» функций простой заменой фактора «капитал» на текущие производственные инвестиции. Очевидно, такая замена фактора типа запаса (капитала) на фактор типа потока (инвестиции) не может быть продуктивной. Отсутствие в известной автору литературе работ, решающих отмеченные проблемы, обосновывает актуальность диссертации.

Разработанность темы исследования. К настоящему времени список литературы по производственным функциям представлен работами как отечественных, так и зарубежных авторов. Среди них можно выделить работы Н. Б. Баркалова, Г. Б. Клейнера, М. К. Плакунова и Р. Л. Раяцкаса, а так же Л. Л. Терехова. Проблемам построения производственных функций

в российской переходной экономике посвящена книга В. А. Бессонова (2002) и недавние (2007) диссертации Д. М. Галина и Сюань Яна.

Известные результаты представления однородных двухфакторных ПФ с переменной эластичностью замещения содержатся в трудах Н. Реванкара, Р. Сато и Р. Гофмана, Г. Б. Клейнера и Б. Н. Сироты.

Инвестиционные ПФ строятся В. А. Бессоновым, Сюань Яном и используются в теоретических работах С. К. Демченко, Ю. Лукашина и Л. Рах-линой. Работ, посвященных построению капитальных ПФ по информации об инвестициях, автору не известно. Оценка реально используемых фондов представляет собой специальную проблему, изучаемую рядом современных авторов: В. А. Бессонов, И. Б. Воскобойников, Г. И. Ханин, Д. А. Фомин.

Исходя из сказанного, целью данного диссертационного исследования является развитие методов построения производственных функций для более глубокого исследования эффектов замещения между производственными факторами и разработки метода построения капитальных ПФ по информации об инвестициях.

Объектом исследования является достаточно крупный производственный объект (фирма, объединение, отрасль, региональная или национальная экономика).

Предмет исследования - производственные процессы объекта исследования, в частности, процессы замещения производственных факторов.

В соответствии с целью в работе были поставлены следующие задачи:

1) предложить новый класс однородных многофакторных производственных функций с переменной эластичностью замещения;

2) разработать общую методику поэтапного построения производственных функций на основе перехода от простых параметрических классов к более сложным;

3) разработать метод оценки параметров капитальных производственных функций и оценки реально используемых производственных фондов по информации о производственных инвестициях;

4) выполнить оценку реально используемых основных фондов для экономики России по информации об инвестициях в основной капитал.

Теоретической и методологической основой исследования явились труды отечественных и зарубежных авторов в области экономико-математического моделирования, производственных функций, экономической динамики, а также методы математической статистики и эконометрики, оптимизации, компьютерного программирования.

Информационной базой исследования послужили данные некоторых экономических объектов, представленные в научной литературе по изучае-

мой проблеме, а также официальные данные, публикуемые в изданиях Рос-стата.

Обработка статистической информации проводилась с использованием стандартных средств анализа данных MS Office и системы компьютерной математики «Mathematica».

Наиболее существенные результаты работы, обладающие научной новизной, состоят в следующем.

1. Введен класс многофакторных положительно однородных ПФ с переменной эластичностью замещения, более точно описывающий производственные объекты, чем известные ПФ с постоянной эластичностью замещения. В отличии от двухфакторных функций Сато-Гофмана, эластичность замещения для нового класса не задается априорно, а вычисляется в результате построения ПФ (п. 1.4 Паспорта ВАК специальности 08.00.13 - Разработка и исследование моделей и математических методов анализа микроэкономических процессов и систем ...).

2. Разработана методика поэтапного построения ПФ, заключающаяся в последовательном усложнении используемых ПФ, начиная с функции Коб-ба-Дугласа, и в передаче полученных значений параметров в качестве начальных для более сложной функции. Эта методика позволяет решать задачи оценивания параметров более сложных классов ПФ, наиболее полно представляющих сложные экономические процессы, в частности, замещения одних факторов другими (п. 1.1 Паспорта ВАК специальности 08.00.13 - Разработка и развитие математического аппарата анализа экономических систем ...).

3. Предложена модель оценки параметров капитальных ПФ методом наименьших квадратов по данным о производственных инвестициях. Эта модель позволяет оценить динамику реально используемых производственных фондов на промежутке наблюдения и преодолеть проблему информационного обеспечения для построения традиционных капитальных ПФ. Аналоги решения такой комплексной проблемы автору не известны (п. 1.4 Паспорта ВАК специальности 08.00.13).

4. Выполнена оценка реально используемых основных фондов, коэффициента амортизации и лага освоения инвестиций в основной капитал для экономики России на временном промежутке 2000-2008 гг. Результаты эксперимента позволили провести качественный и количественный анализ экономики России за рассматриваемый промежуток времени, (п. 1.7 Паспорта ВАК специальности 08.00.13 - Построение и прикладной экономический анализ экономических и компьютерных моделей ...).

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов

обеспечиваются:

- проверкой выработанных теоретических положений и практических результатов на конференциях, подтверждением в публикациях;

- успешной апробацией результатов исследования, которая доказала возможность их применения при моделировании реальных производственных объектов.

Теоретическая и практическая значимость диссертации. Полученные в диссертации результаты носят как общетеоретический, так и прикладной характер. Новый класс положительно однородных многофакторных ПФ с переменной эластичностью замещения может считаться новой моделью производственных объектов, позволяющей лучше отражать сложные экономические процессы замещения одних производственных факторов другими.

Метод построения традиционных капитальных ПФ по данным об инвестициях, в отличие от применяемых другими авторами инвестиционных ПФ, позволяет строить капитальные ПФ в условиях ненадежной информации о реально используемых производственных фондах. При этом оценка дополнительных параметров амортизации и лага освоения инвестиций также представляет углубленный анализ исследуемого объекта, позволяющий восстановить динамику реально используемых производственных фондов.

Таким образом, разработанные в диссертации методы и алгоритмы расширяют возможности применения метода ПФ для анализа производственных объектов и процессов, повышают его адекватность. Они могут быть использованы научными организациями и университетами, аналитическими службами государственного (федерального и регионального) управления, руководством больших фирм.

Апробация результатов исследования. Основные положения работы докладывались на научном семинаре кафедры математических методов анализа экономики Экономического факультета МГУ им. М. В. Ломоносова (руководители Ю. Н. Черемных и Б. Л. Воркуев, декабрь 2010 г.), а также на:

1) Третьей международной научной конференции «Информационно-математические технологии в экономике, технике и образовании» (Екатеринбург, УГТУ-УПИ, ноябрь 2008 г.);

2) Седьмой международной конференции «Математическое моделирование физических, экономических, технических, социальных систем и процессов» (Ульяновск, УлГУ, февраль 2009 г.);

3) Четвертой международной научной школе-семинаре «Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ», посвящен-

ной памяти Е. В. Воскресенского (Саранск, Мордовский государственный университет им. Н. П. Огарева, август 2009 г.);

4) Всероссийской (с международным участием) конференции «От идеи академика С. С. Шаталина о системных подходах к экономике к саморазвивающимся социально-экономическим системам» (Екатеринбург, Институт экономики УрО РАН, сентябрь 2009 г.);

5) Первом Российском экономическом конгрессе (Москва, МГУ им. М. В. Ломоносова, декабрь 2009 г.);

6) IV всероссийском симпозиуме по экономической теории (Екатеринбург, Институт экономики УрО РАН, июнь-июль 2010 г.);

7) I Всероссийском симпозиуме по региональной экономике (Екатеринбург, Институт экономики УрО РАН, июнь 2011 г.);

8) XV Байкальской международной школе-семинаре «Методы оптимизации и их приложения», посвященной памяти профессора В. П. Булатова (Иркз'тск, П. Листвянка, оз. Байкал, июнь 2011 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 работ, общим объемом 4.09 печатных листов, в том числе 3 работы в периодических научных изданиях, в которых рекомендуется публикация основных результатов диссертации на соискание ученой степени кандидата наук.

Структура и объем диссертации. Диссертация выполнена на 109 страницах, состоит из введения, трех глав, заключения, библиографического списка использованной литературы, содержит 4 рисунка, 21 таблицу.

Во введении обоснована актуальность выбранной темы, сформулированы цель, задачи, объект и предмет исследования, определены позиции научной новизны, дан обзор диссертации по главам, сформулированы основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе «Метод производственных функций в экономическом анализе» излагаются основные факты теории производственных функций, их характеристики и свойства. В первой части главы излагается история и развитие метода производственных функций, уточняется понятие производственной функции, приводятся примеры ПФ, используемые в математическом моделировании. Подробно анализируются процесс замещения производственных факторов и его количественные характеристики. Вторая часть посвящена практическому применению ПФ в экономико-математическом моделировании и проблемам их построения.

Во второй главе «Однородные производственные функции с переменной эластичностью замещения» вводится новый класс однородных производственных функций с переменной эластичностью замещения для любого числа факторов. Такой класс ПФ вводится как обобщение формулы

В. К. Горбунова для представления вогнутых линейно однородных функций, определенных в неотрицательном ортанте пространства аргументов (производственных факторов), через базовые функции, которые неотрицательны и вогнуты на стандартном симплексе. Новый класс охватывает все типы зависимости прироста выпуска от увеличения масштаба затрат (убывание, постоянство, возрастание), что расширяет возможности моделирования конкретных объектов. При этом возникает проблема эффективного вычисления переменных эластичностей замещения. Соответствующий алгоритм вычисления эластичностей разработан. Здесь также предлагается методика поэтапного построения ПФ, заключающаяся в последовательном усложнении используемых ПФ, начиная с функции Кобба-Дугласа, и в передаче полученных значений параметров в качестве начальных для более сложной функции. Приводятся результаты оценки параметров производственных функций для двух реальных экономических объектов разного типа.

В третьей главе <гПостроение производственных функций по данным об инвестициях с оценкой реально используемых фондов» предлагается метод построения капитальных производственных функций, один из факторов которых - стоимость используемых фондов, формируемая по информации о производственных инвестициях. При этом вводится уравнение динамики капитала (производственных фондов) на промежутке наблюдения с учетом его амортизации и лага освоения инвестиций. Параметры режима амортизации и задержки освоения инвестиций оцениваются вместе с параметрами ПФ. Для решения сложной задачи минимизации невязки расчетных и фактических значений выпуска с учетом динамики фондов предложен специальный вариант метода продолжения по параметру. Представлены результаты построения инвестиционной и капитальных ПФ по двум тестам и реальным статистическим данным российской экономики.

В заключении сформулированы основные выводы и результаты исследования.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ, ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ

1. Введен класс многофакторных положительно однородных ПФ с переменной эластичностью замещения, более точно описывающий производственные объекты, чем известные ПФ с постоянной эластичностью замещения. В отличии от двухфакторных функций Сато — Гофмана, эластичность замещения для нового класса не задается априорно, а вычисляется в результате построения ПФ.

Под производственной функцией будем понимать функцию F (х), отображающую неотрицательные затраты производственных факторов х = (х\,... ,хп) из некоторой «экономической» области 1?СЙ" (неотрицательный ортант) в значение валового выпуска У, т. е.

Y = F{x), x<=G. (1)

Оновными аналитическими свойствами ПФ являются: непрерывность, неотрицательность и возрастание в области G. Дополнительными характеристиками, упрощающими анализ, являются: дифференцируемость, положительная или линейная однородность, вогнутость или квазивогнутость.

Напомним, что F (х) называется положительно однородной функцией степени ц, если для любого вектора х и скаляра t > 0 она удовлетворяет соотношению

F (tx) = t'lF (х).

Положительно однородная функция степени /i = 1 называется линейно-однородной. Функция F {х) называется квазивогнутой в области G, если ее множества уровней

Lf (С) = {х е G : F (х) > С}

выпуклые для любых значений С.

Для описания методов построения ПФ также используется эквивалентная запись F (х; w), где w = (wi,..., wm) - вектор параметров функции. На параметры w накладываются условия (если это возможно), обеспечивающие требуемые аналитические свойства.

В представлении (1) заложена возможность замещения одних производственных факторов другими, т. е. возможность выпуска одного и того же объема продукции при разных сочетаниях количеств факторов. Изучение этого процесса является одной из главных целей моделирования производства с помощью ПФ. Первичной характеристикой замещения факторов

является предельная норма замещения (ПНЗ) фактора Xi фактором Xj

приближенно показывающая, в каком отношении нужно увеличить фактор Xj, чтобы компенсировать уменьшение фактора х,- на малую величину при условии, что остальные факторы и выпуск продукции остаются неизменными.

Более глубокий анализ замещения одного фактора другим проводится при помощи понятия эластичности замещения факторов

(r\ = SH (х) d(xi/xi) = дЫ (xj/xi) /04

гА } Xj/Xi ' dSij (х) a In (5y(i))' 1 j

где производная берется вдоль изокванты, определяемой уравнением F(x) = const. Эластичность замещения является характеристикой второго порядка и служит количественной характеристикой скорости изменения ПНЗ (2) вдоль изокванты.

Наиболее известными ПФ являются: функция Кобба-Дугласа (КД)

п

F (х) = Л JJxfS (А, а) > 0, (4)

i=г

функция с постоянной эластичностью замещения факторов (ПЭЗ) / >1 \ -р/Р п

F(x) = AIY/^T") , (A,n,u)>0, $>=1, (5)

\ ¿=1 ) ¡=1

и функция Солоу1

(п \ Т п

Х><ч . '№,*>)>о, Х> = 1> (6) i=l / i=l

с ненулевыми степенями (а, 7). При построении функции (6) для реального экономического объекта требуется обеспечивать свойства монотонности и, возможно, квазивогнутости. Это нетривиальная проблема и ее аналитическое решение в виде явных условий на коэффициенты неизвестно.

Функция КД (4) имеет постоянную эластичность замещения ац (а:) = (7=1. Функция ПЭЗ (5) имеет произвольную постоянную эластичность

гВ литературе чаще всего функция Солоу задается без внешнего параметра Лис ограничениями на неравенство параметров нулю. Используемое нами представление эквивалентно.

замещения аг] (х) = а = 1/ (1 + р). Обе эти функции однородные. Степень однородности функции КД рь — а,- и функции ПЭЗ равна ц.

Предположение о постоянстве эластичностей замещения факторов (3), как отмечалось выше, ограничивает возможность использования метода производственных функций для адекватного анализа реальных производственных объектов и процессов. Функция Солоу имеет переменную эластичность замещения, но она в общем случае неоднородная, что делает ее в случаях, когда предположение однородности обосновано, чрезмерно сложной. Таким образом, для метода ПФ представляет интерес аналитическое описание класса положительно однородных ПФ с переменной эластичностью замещения.

В. К. Горбуновым (1999 г.) найдено следующее аналитическое представление класса линейно однородных неотрицательных вогнутых функций, определенных на неотрицательном ортанте Щ. пространства Я71, через произвольные неотрицательные вогнутые функции, определенные на стандартном симплексе

п

= {х > 0 : (х) = 1} , где {х) =

2 = 1

Любая неотрицательная, линейно однородная и вогнутая на ортанте функция (я) может быть представлена в виде

Р(х) = {х),{£), (7)

где и (у), у € Щ. - некоторая вогнутая и неотрицательная на симплексе Бп функция.

Класс функций (7) с дополнительным свойством дифференцируемости, очевидно, можно использовать в качестве классических ПФ (вогнутых и линейно однородных). Однако такие функции представляют производство лишь с постоянной отдачей от масштаба. Для охвата также случаев убывающей и возрастающей отдачи от масштаба и сохранения свойства положительной однородности вводиться следующее обобщение класса (7):

ад = <:г>^(!у), М>0. (8)

Функции ^(х) неотрицательные и положительно однородные степени ц в Я™. Они предеттавляют новый класс многофакторных положительно однородных производственных функций. Такие функции возрастают вдоль любого луча {х = £х° : £ > 0, х° > 0} как степенные функции:

^(£х°) = ¿'^(х0). Соответственно, отдача от масштаба будет убывающей при ц < 1, постоянной при ц = 1 и возрастающей при /х > 1. Эластичности замещения для функций (8) являются в общем случае переменными. Это существенно расширяет возможности моделирования производственных процессов в предположении их положительной однородности.

Произвол выбора базовых функций V (у) должен быть согласован с возможностью идентификации, определяемой статистической базой об использовании факторов производства и соответствующих выпусках. В диссертации представление (8) использовалось для подкласса УБвБ, порождаемоего функциями Солоу (6) в качестве и (у), и подкласса УЕЗ<3, порождаемого вогнутыми квадратичными функциями

V (у) = а + (с, у) + (<2у, у) (9)

с отрицательно определенными матрицами <3 = {ду}. В обоих случаях выбор параметров базовых функций ограничен условиями их вогнутости и неотрицательности на симплексе 5". Для функций (9) отрицательная определенность матрицы <3 обеспечивается критерием Сильвестра в виде соответствующих детерминантных неравенств. Класс базовых функций (9) является более гибким, чем класс Солоу, так как определяется большим числом параметров.

Приведем пример вогнутой линейно-однородной функции (7) с базовой функцией (9) в случае двух факторов. В этом случае

V (у) = а + С\У\ + с2у2 + Яиу\ + 2<712У1У2 + Чх1у\ , (Ю)

и функция (7) имеет вид

р,, = (а + С1 + дп) А + (2а + ц + с2 + 2д12) хух2 + (а + с2 + д22) х\

Х1+Х2

Зададим значения параметров функции (10):

-2 0.5

а=1, с = (2,1), <2=

С данными параметрами функция

V (х) = 1 + 21! + Х2 ~ 2х\ + 1112 - х2 (11)

строго вогнута. Соответствующая линейно-однородная функция (7) имеет вид

х\ + 6Х1Х2 + х\

Хх + х2 10

Изокванты функций (11) и (12) представлены на рисунке 1.

В диссертации также приведены другие примеры, в частности, для трех факторов. Новый класс производственных функций (8) расширяет возможности моделирования реальных экономических объектов. Однако возникает проблема эффективного вычисления переменных эластичностей замещения факторов (3). В однородном случае ПНЗ (2) и эластичности замещения являются функциями от пропорций соответствующих пар факторов = х^х^ г ф т. е. функциями 5у (£') и су (С) соответственно, где С — (£ь',... ¿,6+1,11 ••• , Для непосредственного вычисления эластичностей замещения требуется решение систем нелинейных уравнений. В диссертации приводится алгоритм вычисления эластичностей замещения, использующий вместо этого линейные уравнения в вариациях.

2. Разработана методика поэтапного построения ПФ, заключающаяся в последовательном усложнении используемых ПФ, начиная с функции Кобба—Дугласа, и в передаче полученных значений параметров в качестве начальных для более сложной функции. Эта методика позволяет решать задачи оцешгаания параметров более сложных классов ПФ, наиболее полно представляющих сложные экономические процессы, в частности, замещения одних факторов другими.

Классический метод построения ПФ Р (х; ги) по статистическим данным

1 = Т7Г] (13)

основан на методе наименьших квадратов (МНК) с поиском ПФ в некотором

параметрическом классе. Для рассматриваемой проблемы МНК заключается в нахождении параметров гЬ из условия минимизации суммы квадратов невязок (ги) на допустимом множестве IV:

т

= (14)

В общем случае задача построения ПФ относится как к нелинейному регрессионному анализу, так и к задаче изогеометрической аппроксимации функции с заданными аналитическими свойствами. Эти свойства должны обеспечиваться условиями ги & .

Задачи МНК для классов функций, более сложных чем класс функций КД, являются существенно нелинейными. Целевая функция (14) может иметь «овражный» характер и иметь неедииственный минимум. Методы решения таких задач наиболее эффективны в случае хорошего начального приближения оцениваемых параметров ш, которое трудно определить для сложных классов функций. Для преодоления трудностей минимизации соответствующих функций невязки <р (ги) (14) требуется специальная методика. В диссертации предлагается два метода поэтапного решения сложных нелинейных задач класса (14). Первый метод заключается в поэтапном переходе от относительно простого класса функций (начиная с класса функций КД) к более сложному с использованием результатов оценивания параметров боле-ее простой функции. Он описан и реализован во второй главе диссертации. Второй метод является спецификацией метода продолжения по параметру. Он описан и реализован в третьей главе диссертации.

В качестве статистических критериев качества используются:

1) значение суммы квадратов невязок <р(гп) (14);

2) коэффициент детерминации Л2;

3) критерий Дарбина-Уотсона

4) максимальная относительная невязка

<5У = тах^, где п = У1 - ^ (я4;го) , ¿=1/Т.

В диссертации традиционные производственные функции (4), (5), (6), а также однородные ПФ с переменной эластичностью замещения из нового параметрического класса (8) на базе функций (6) и (9) строились для случая двух и трех факторов по статистическим данным двух различных экономических объектов. В случае двух факторов также строилась функция Реван-кара (Ыеуапкаг, 1971) с целью сравнения ее эластичностей замещения со значениями, полученными благодаря новому представлению (8). Все расчеты

реализованы с помощью системы компьютерной математики «МаЙета^са». Рассмотрим полученные результаты в случае трех факторов для некоторого производственного объединения за период с 1972-1986 г. (таблица 1). Данные взяты из книги Г. Б. Клейнера «Производственные функции: Теория, методы, применение» (1986). Обозначения: - выпуск, х\ - основные средства, Х2 - оборотные средства, хз - численность персонала.

Таблица 1: Статистика производственного объединения

Год 1 Уг х2 г4

1972 38.2 15.3 11.2 3.9

1973 43.5 15.9 12.1 4.2

1974 44.5 17.1 12.8 4.4

1975 47.8 18.8 13.3 4.6

1976 52.0 19.9 14.1 4.7

1977 54.6 21.2 14.9 4.9

1978 57.8 23.6 15.7 5.1

1979 60.4 25.3 16.8 5.2

1980 66.1 27.2 18.1 5.4

1981 70.7 30.6 19.1 5.5

1982 76.7 33.5 21.5 5.7

1983 80.2 35.8 22.3 5.7

1984 84.7 37.0 24.7 5.8

1985 87.0 39.2 25.6 6.0

1986 92.2 42.0 27.0 6.0

Получены следующие результаты.

1. Функция КД (4).

Начальное приближение = (А0, а0) = (3.236,0.184,0.457,0.641). Полученные оценки: ги = (Да) = (3.495,0.322,0.353,0.502). Степень однородности Д = 1.178.

Критерии качества: у (го) = 8.84109, В? = 0.997, БУ/ = 2.442, 6У = 0.026.

2. Функция ПЭЗ (5).

Начальное приближение ги° = (А0, и0, ¡1°, р°) = (3.495,0.273,0.299,0.42, 1.178,0.0001).

Получены оценки: ю = (А,0,р.,р) - (3.473,0.2778,0.3047,0.4174,1.17, 0.022).

Критерии качества: <р (го) = 8.841, Я2 = 0.997, БЦ? = 2.443, 5У = 0.026.

Для этой функции эластичность замещения равна

3. Функция Солоу (6).

Начальное приближение = (Л0,г/°,а°,70) = (3.473,0.2778,0.304, 0.417, -0.022, -0.022, -0.022, -53.5)

Получены оценки: w = = (0.095,0.9384,0.0497,0.0118,

-0.001, —0.635. -0.101, -136.073).

При таком наборе параметров выполняются основные аналитические свойства ПФ (положительность, возрастание, квазивогнутость) во всех наблюдаемых точках из таблицы 1.

Критерии качества: <р (w) = 7.917, R2 = 0.998, DW = 2.45, 5Y = 0.024.

4. Функция VESQ (8) с базовой функцией (9).

Получены оценки: w = (a,c,Q,fij: а — 1.351, с = (1.355, 0.531,6.24), А = 1.181,

/ -2.69 -1.007 -5.69 \ Q = -1.007 -5.317 6.673 . \ -5.69 6.673 -27.73 )

Критерии качества: ip{w) = 8.338, R2 = 0.998, DW = 2.526, SY = 0.024.

Для этой функции в таблице 2 приведены значения эластичностей замещения факторов в окрестностях некоторых точек х1 — (х{,х2,х\) из таблицы 1, соответствующих определенному уровню выпуска Yt.

Таблица 2: Значения эластичностей замещения функции VESQ.

(15.9,11.2,3.9) (25.3,16.8,5.2) (42,27,6)

012 1.242 0.768 0.055

<713 (6li^3l) 4.978 6.742 12.577

0"21 (Cl2j ^32) 4.953 5.472 7.22

ö"23 (£l2, £32) 1.268 2.056 5.413

°3i (?13> €23) 6.372 7.601 12.494

032 (£13,623) - 0.15 - 0.073 0.139

5. Функция УЕБЭ (8) с базовой функцией (6).

Начальное приближение = и0, а0,70, /¿°) = (0.095,0.938,0.049, 0.012, -0.001, -0.635, -0.101, -136.1,1.177).

Получены оценки: и> = (Л, ¿>, = (0.108,0.683,0.316,2.4 х

Ю-4,0.032,0.042, -1.117, -64.724,1.222).

Критерии качества: <р (и>) = 8.517, Н2 = 0.997, ОУ/ = 2.455, 5У = 0.023. Для этой функции эластичности замещения представлены в таблице 3.

Таблица 3: Значения эластичностей замещения функции УЕвБ.

(15.9,11.2,3.9) (25.3,16.8,5.2) (42,27,6)

^12 (61161) - 0.147 - 0.277 - 0.32

0"13 (61161) 3.066 1.783 0.866

С21 (62162) -0.36 - 0.332 - 0.315

023 (62.62) 3.278 1.838 0.861

031 (6з,6з) 1.025 0.689 0.309

032 (6з,6з) 1.893 0.816 0.237

Результаты численных экспериментов подтверждают, что новый параметрический класс положительно однородных ПФ с переменной эластичностью замещения достаточно богат и более адекватен (согласно принятым статистическим критериям качества) для моделирования производственных объектов по сравнению с традиционными ПФ (4),(5) с постоянной эластичностью замещения. Он определяется аналитическим представлением (8), где в качестве порождающих функций можно выбирать произвольные вогнутые и положительные на симплексе функции. Однако эластичность замещения очень чувствительна относительно выбора параметрического класса порождающей функции. Из этого можно сделать вывод, что для выбора более адекватной функции необходимо внесение дополнительной информации о поведении эластичности замещения для изучаемого объекта. Такая информация требует более полной статистической базы, на основе которой можно построить хотя бы грубые оценки зависимости ПНЗ от пропорций используемых факторов.

3. Предложена модель оценки параметров капитальных ПФ методом наименьших квадратов по данным о производственных инвестициях. Эта модель позволяет оценить динамику реально используемых производственных фондов на промежутке наблюдения и преодолеть проблему информационного обеспечения для построения традиционных капитальных ПФ. Аналоги решения такой комплексной проблемы автору не известны.

Ограничимся проблемой построения наиболее распространенных двух-факторных ПФ вида

У = (15)

где У - стоимость валового выпуска исследуемого производственного объекта, определяемая факторами: К - стоимость производственных фондов (капитал), L - затраты труда.

Далее функции класса (15) будем называть капитальными. В последнее десятилетие в экономический анализ введены ПФ, где вместо капитала К берутся инвестиции I в основной капитал. Соответствующие функции

Y = F{I,L-w) (16)

будем называть инвестиционными.

Стандартная задача построения ПФ (15) решается на основе наблюдения значений выпуска и производственных факторов

---{YuKuLt: t = T/r}. (17)

Однако, как отмечено выше, в современных условиях информация об используемом капитале {Kt} или недостоверна, или неадекватна понятию ПФ (балансовые фонды). Относительно надежная производственная статистика исследуемых объектов последних лет обычно содержит данные о выпуске Yt, инвестициях 7t, и затратах труда Lt:

{YtJt,Lt: t=l7r}. (18)

Оценка параметров инвестиционных функций (16) по данным (18) проводится с помощью МНК так же, как и оценка параметров капитальных функций (15) по данным (17).

Построение более адекватных стандартных капитальных функций (15) по данным (18) возможно в силу того, что накопленный капитал Kt зависит от инвестиций, сделанных к настоящему моменту, и от процесса его выбытия (амортизации). Для формирования показателей Kt следует описать их динамику.

В общем случае для освоения инвестиций требуется время, и капитализация инвестиций происходит за несколько периодов наблюдений. Примем обычное упрощающее предположение о постоянстве нормы амортизации (depreciation rate), обозначив ее. 5, и будем считать, что прирост капитала определяется инвестициями текущего и предыдущего периодов в некоторой пропорции. Введем коэффициент £ £ [0,1], обозначающий долю инвестиций, освоенных в текущем периоде. При этом уравнение динамики фондов будет иметь вид

Kt = (1 - 5) + ilt + (1 - О Jt_b £=IX (19)

Для определения величин {К\,..., Кт} следует задать начальное значение запаса капитала Ко и инвестиции периода, предшествующего наблюдениям, т. е. /0. Теперь динамика капитала определяется, кроме известных на расширенном промежутке наблюдения значений инвестиций {Iо,..., 1т}, также неизвестными - начальным капиталом К0, нормой амортизации 6 и коэффициентом Соответственно, значения являются функциями новых параметров Кг = (Ло, £) и список оцениваемых параметров расширяется до вектора г = (гиь ..., ъит, К0,5,£). Это усложняет задачу, но делает ее более адекватной проблеме моделирования производства и позволяет оценить реально используемый капитал.

Таким образом, задача оценивания параметров капитальной ПФ (15) и реконструкции динамики капитала (19) по данным (18) заключается в минимизации функции

т

Ф(г) = ^,[Ъ-Р(КиЬг-,у>)]2 (20)

«=1

при условии (19) и ограничениях на параметры г:

ад 6 IV, К0>0, 5> 0, 0 < £ < 1. (21)

Параметры Кц, ¡5 и найденные таким способом, определяют динамику реально используемого капитала.

Легко увидеть, что восстанавливаемые значения капитала (19) при £ = 1 и 5 | 1 (односторонний предел слева) принимают значения инвестиций /г, и капитальная функция (15) совпадает на статистических данных (18) с инвестиционной функцией (16). Это значит, что капитальная и инвестиционная функции идентичны, если инвестиции осваиваются быстро - за один период (£ = 1) и введенные фонды работают один период (5 = 1). Соответственно, задача построения инвестиционной ПФ (16) по данным (18) -это частный случай новой задачи (19)-(21) для капитальной ПФ (15) при б = £ = 1.

Рекуррентное уравнение (19) можно записать в конечной форме, исключая для каждого значения г > 1 промежуточные значения Кг,...,

К, = К0 (1 - 6У + £ ¿ и (1 - 6)" + (1 - О !> (1 - (22)

!=1 1=0

где £ = 1 ,Т. Эти формулы можно использовать вместо условий (19) при минимизации функции (20).

Описанный метод построения капитальной ПФ, очевидно, применим для функций с любым числом факторов, среди которых есть капитал.

Задача минимизации (20) при условиях (19) (или (22)) и (21) существенно нелинейная относительно оцениваемых параметров. Правые части выражений (22) содержат высокие степени выражений (1 — i). Это влечет плохую обусловленность минимизируемой функции (20) и возможную мно-гоэкстремальность задачи минимизации. Успех поиска минимизирующего набора z = ..., wm, Ко, в таком случае зависит от хорошего начального приближения параметров z° = (w®,..., Такое допустимое начальное приближение будем называть экспертным.

Для решения поставленной задачи предлагается специальный вариант известного итеративного метода продолжения (Continuation Method) для решения систем нелинейных уравнений. Аналогично стандартной схеме метода продолжения для нашей экстремальной задачи вводится параметр Л, меняющийся от нуля до единицы и определяющий семейство вспомогательных задач так, что при Л = 0 задача имеет простой вид с известным решением, а при Л = 1 - принимает исходный вид. При переходе к новому (возрастающему) значению Л с достаточно малым шагом решение, полученное на предыдущем шаге, принимается за начальное приближение решения новой задачи минимизации того же класса, но с новыми данными, мало отличающимися от предыдущих.

Опишем алгоритм метода продолжения по параметру А, введя счетчик итераций к. Для краткости задачу минимизации (20) при условиях (21) и (22) с различными на каждой итерации данными будем обозначать задачей (20). Решение задачи на к-ой итерации обозначим zk — (w\,... Ко,5к,£к) и соответствующие выпуски обозначим Yk =

F{KuLt-,wk),t=T7r.

Алгоритм (метод продолжения по параметру Л).

Шаг 0. Полагаем к = 0, Ао = 0, выбираем экспертное приближение вектора параметров z° = (wj,..., w^, Kq> > вычисляем условные выпуски Yt° = F (ift, Lt; tu°), t = 1,T (задача (20) с такими выпусками имеет очевидное решение л°).

Шаг 1. Полагаем к := к + 1, присваиваем параметру некоторое умеренно большее значение и решаем задачу (20) с выпусками Yk = (1 - Afc) Ytk~l + \kYt, t— 1,T и начальным приближением искомых параметров zk, равным zk~l.

Шаг 2. Вычисления шага 1 повторяются до некоторой итерации к = Лг, на которой Xn = 1. При этом YtN = Yt, т. е. условные выпуски становятся реальными статистическими выпусками, и соответствующая оценка параметров принимается за решение основной задачи минимизации (20) при условиях (21) и (22): z = zN.

Приращения параметра Хк выбираются так, чтобы решения задач (20) достигались с требуемой точностью (например, по малости приращений аргументов в процедуре минимизации) и параметр продолжения Ауу = 1 - за конечное число итераций.

Разумеется, данный алгоритм нуждается в обосновании сходимости, т. к. последовательность параметров продолжения А*, при которых каждая новая задача минимизации невязки решается с требуемой точностью, может расти очень медленно. Это специальная сложная проблема вычислительной математики. Метод продолжения по параметру обоснован для широкого класса вычислительных задач и по литературным данным обеспечивает во многих случаях нахождение глобального минимума многоэкстремальных задач.

Изложенная методика построения ПФ апробирована на симулированных данных с заранее известными «истинными» зависимостями (15) и динамикой реально используемых фондов (22), а также на официальных статистических данных российской экономики. Все расчеты реализованы в программной системе «МаЛетаЫса».

4. Выполнена оценка реально используемых основных фондов, коэффициента амортизации и лага освоения инвестиций в основной капитал для экономики России па временном промежутке 2000 — 2008 гг. Результаты эксперимента позволили провести качественный и количественный анализ экономики России за рассматриваемый промежуток времени.

Для построения инвестиционной и капитальных ПФ экономики России и оценки реально используемых основных фондов использовались официальные данные 2000-2008 г. из «Российского статистического ежегодника» за 2001-2009 гг. В этом сборнике приведены стоимостные показатели валового внутреннего продукта (ВВП), балансовых основных фондов на начало года и годовых инвестиций в основной капитал в текущих ценах, а также среднегодовая численность занятых в экономике. Они представлены в таблице 4 (источник: Рос. стат. ежегодник, 2009: табл. 5.5, 11.1, 11.23, 23.2).

Таблица 4: ВВП, фонды, инвестиции в текущих ценах (трлн. руб.) и численность занятых (млн. чел.)

Год Ь Л и

2000 7.306 16.605 1.165 64.5

2001 8.944 20.241 1.505 65.0

2002 10.831 24.431 1.762 65.6

Год 4 Л и

2003 13.243 30.329 2.186 66.0

2004 17.048 32.541 2.865 66.4

2005 21.625 38.366 3.611 66.8

2006 26.903 43.823 4.730 67.2

2007 33.111 54.252 6.716 68.0

2008 41.668 64.553 8.765 68.5

Эта информация достаточна для решения поставленной задачи (20), но стоимостные показатели необходимо привести к сопоставимым ценам, например, - базового года 2000. Для этого использовались также доступные данные о погодовых индексах (в сопоставимых ценах) перечисленных стоимостных показателей, представленные в таблице 5.

Таблица 5: Погодовые индексы ВВП, фондов и инвестиций и значения в ценах 2000 года (трлн. руб.)

Год 1 К^ Кг-1 Л/Л-1 ВВП У4 Инвестиции Л

2000 1.100 1.001 1.174 7.306 1.165

2001 1.051 1.009 1.100 7.678 1.282

2002 1.047 1.010 1.028 8.039 1.318

2003 1.073 1.013 1.125 8.626 1.482

2004 1.072 1.016 1.137 9.247 1.685

2005 1.064 1.019 1.109 9.839 1.869

2006 1.077 1.024 1.167 10.596 2.181

2007 1.081 1.031 1.227 11.455 2.676

2008 1.056 1.036 1.098 12.096 2.939

По этим индексам были сформированы соответствующие индексы относительно базового 2000 г. Индексы основных фондов брались в среднем за год (среднее двух значений соседних лет на начало года). На основе этих индексов и начальных (на 2000 г.) значений стоимостных показателей сформированы абсолютные значения стоимостных показателей в ценах 2000 г., представленные, кроме основных фондов, в таблице 5. Ввиду высокой степени незагруженности фондов, находящихся на балансе многих предприятий, данные относительно балансовых фондов не должны использоваться для построения капитальных функций. Результаты построения капитальных ПФ, приведенные в таблице 6 (критерии качества и параметры) и таблице 7 (реально используемые фонды), получены нашим методом без использования

балансовых фондов. Соответствующие скорректированные данные (балансовых фондов) приводятся в таблице 7 для сравнения с получаемыми оценками реально используемых основных фондов.

По данным о ВВП и инвестициям (таблица 5), значению инвестиций в предшествующем году Ддд9 = 0.993 и численности занятых (таблица 4), построены инвестиционная (16) и капитальная (15) производственные функции класса КД (4), а также капитальные функции ПЭЗ (5), Солоу (6) и функция Джири2:

V = А (К- К*)а1 (Ь - Ь*)°* . (23)

Оценены уровень амортизации фондов, скорость освоения инвестиций и реально используемые основные фонды на периоде наблюдения.

Получены следующие результаты. Оценки параметров функций:

1) Инвестиционная КД (16): А = 278.618, а2 = 0.4716, а2 = 1.3533;

2) Капитальная КД (15): А = 3.0024, ^ = 0.6253, а2 = 0.1504;

3) ПЭЗ (5): А = 2.3515, г> = 0.9113, £ = 1.206, р = 0.4296;

4) Солоу (6): А = 0.1146, £> = 0.989, а1 = -2.5189, а2 = 0.1181, 7 = -1.0074;

5) Джири (23): А = 8.4898, а = 0.2609, а2 = 0.0385, К* = 6.3711, Ь* = 0.00063.

Показатели качества оценивания ПФ для реальных данных и параметры, определяющие динамику реально используемых основных фондов, приведены в таблице 6. Эти показатели существенно лучше у функций Солоу и Джири, причем из них трудно выбрать лучшую.

Таблица 6: Критерии качества оценивания ПФ и параметры динамики реально используемых основных фондов

Функция Критерии качества Параметры динамики

1>(г) В2 ОШ 5У Ко г С

КД (16) 0.171 0.992 1.45 0.029 — — —

КД (15) 0.069 0.997 1.688 0.017 7.058 0.058 1

ПЭЗ (5) 0.0645 0.997 1.775 0.018 6.815 0.078 0.999

Солоу (6) 0.0092 0.999 2.458 0.005 6.453 0.15 1

Джири (23) 0.0146 0.999 2.286 0.007 7.079 0.151 0.9556

Статистические критерии качества регрессионных моделей улучшаются при переходе от инвестиционной ПФ к капитальным. Для однородных моделей производства среднегодовая норма амортизации равна 5.8% (КД)

2 Функция Джири известна как функция полезности, порождающая достаточно простой, но эффективный для применения класс функций спроса Клейна-Рубина (1947).

и 7.8% (ПЭЗ), а в неоднородных моделях Солоу и Джири она практически одинакова и равна 15%. Скорость освоения инвестиций представляется параметром Полученные значения £ для всех классов ПФ близки или равны 1. Это означает, что инвестиции осваиваются в течение того же периода и соответствует тому, что в новой экономике России практически не ведется промышленное капитальное строительство.

Динамика номинальных Кг и реально используемых Кг основных фондов для рассмотренных классов ПФ представлена в таблице 7.

Таблица 7: Наличные и реально используемые фонды (трлн. руб.) в ценах 2000 года

Год Ь Наличные фонды Кг Реально используемые фонды Кг

КД ПЭЗ Солоу Джири

2000 18.423 7.846 7.476 6.684 7.196

2001 18.608 8.687 8.186 6.980 7.399

2002 18.822 9.479 8.840 7.232 7.577

2003 19.094 10.425 9.642 7.646 7.918

2004 19.429 11.516 10.580 8.198 8.408

2005 19.846 12.743 11.645 8.867 9.024

2006 20.392 14.198 12.925 9.735 9.841

2007 21.075 16.068 14.604 10.974 11.026

2008 — 18.028 16.351 12.226 12.245

При переходе от функции Кобба-Дугласа к более широким классам функций значения реально используемых основных фондов уменьшаются, но динамика стабилизируется, несмотря на более высокую амортизацию. Оценки реально используемых основных фондов по функциям Солоу и Джири близки. Они показывают, что из наличных основных фондов России в последние годы реально работает лишь около половины.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ

1. Введен класс многофакторных положительно однородных ПФ с переменной эластичностью замещения. Это первое аналитическое описание таких функций для любого числа факторов. Здесь эластичность замещения является не задаваемой (как в двухфакторных функциях Сато-Гофмана), а вычисляемой характеристикой. Новый класс ПФ повышает адекватность математического моделирования производства. Однако для выбора более адекватной функции необходимо внесение дополнительной информации о поведении эластичности замещения для изучаемого объекта. Такая информация требует более полной статистической базы, на основе которой можно построить хотя бы грубые оценки зависимости ПНЗ от пропорций используемых факторов.

2. Разработана методика поэтапного построения ПФ, заключающаяся в последовательном усложнении используемых ПФ, начиная с функции Коб-6а-Дугласа, и в передаче полученных значений параметров в качестве начальных для более сложной функции. Эта методика позволяет решать задачи оценивания параметров более сложных классов ПФ, наиболее полно представляющих сложные экономические процессы, в частности, замещения одних факторов другими.

3. Предложена модель оценки параметров капитальных ПФ методом наименьших квадратов по данным об инвестициях. Динамика реально используемых производственных фондов на промежутке наблюдения определяется начальным капиталом, инвестициями, коэффициентом амортизации и лагом освоения инвестиций. Начальный капитал, коэффициент амортизации и лаг оцениваются вместе с параметрами ПФ. Для решения поставленной задачи предложен специальный вариант метода продолжения по параметру, позволяющий решать сложные задачи оптимизации.

4. Выполнена оценка реально используемых основных фондов, коэффициента амортизации и лага освоения инвестиций в основной капитал для экономики России на временном промежутке 2000-2008 гг. Результаты показали, что в новой экономике России практически не ведется промышленное капитальное строительство и из наличных основных фондов в последние годы реально работает лишь около половины.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК:

1. Львов А. Г. Построение производственных функций с переменной эластичностью замещения // Журнал Экономической Теории, 2010. №1. -С. 166-169 (0,35 п. л.).

2. Горбунов В. К., Крылов В. П., Львов А.Г. Опыт построения производственных функций по данным об инвестициях // Обозрение прикладной и промышленной математики. - М.: «ОПиПМ», 2011. Т. 18. В. 1. - С. 112-113 (0,16 п. л.).

3. Горбунов В. К., Львов А. Г. Построение производственных функций по данным об инвестициях // Экономика и математические методы, 2012. Т. 48. №2. - С. 95 -107 (1,4 п. л.).

Прочие публикации:

4. Горбунов В. К., Львов А. Г. Построение двухфакторных производственных функций с постоянной и переменной эластичностью замещения / / Информационно-математические технологии в экономике, технике и образовании. Вып. 5: Сб. материалов 3-й Междунар. науч. конф. - Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2009. - С. 114-120 (0,4 п. л.).

5. Горбунов В. К., Львов А. Г. Построение трёхфакторной производственной функции с переменной эластичностью замещения //' Труды Сред-невол. матем. общества. - Саранск: СВМО, 2009. Т. 11. Вып. 1. - С. 91-100 (0,88 п. л.).

6. Львов А. Г. Многофакторные производственные функции с переменной эластичностью // Труды IV Всеросс. симп. по экономической теории. -Екатеринбург: ИЭ УрО РАН, 2010. Т. 2. - С. 41-43 (0,17 п. л.).

7. Горбунов В. К., Львов А. Г. Сравнительный анализ региональных экономик методом производственных функций // Направления и проблемы развития современной теории и методологии региональной экономики. Инструментарий и методы прогнозирования регионального развития. Материалы I Всероссийского симпозиума по региональной экономике. - Екатеринбург: ИЭ УрО РАН, 2011. Т. 1. - С. 147-149 (0,12 п. л.).

8. Горбунов В. К., Львов А. Г. Построение производственных функций по данным об инвестициях // Методы оптимизации и их приложения. Труды XV Байкальской международной школы-семинара. - Иркутск: РИО ИДСТУ СО РАН, 2011. Т. 6. - С. 118-124 (0,61 п. л.).

ЛЬВОВ Александр Геннадьевич

РАЗВИТИЕ МЕТОДОВ ПОСТРОЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ФУНКЦИЙ

Специальность: 08.00.13 - «Математические и инструментальные методы экономики»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата экономических наук

Подписано в печать 11.04.2012. Формат 60x84/16. Бумага офсетная. Печать плоская. Гарнитура Times New Roman. Усл. печ. л. 1,5. Уч.-изд. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ №681.

Уфимский государственный авиационный технический университет Центр оперативной полиграфии УГАТУ 450000, Уфа-центр, ул. К. Маркса, 12.

Диссертация: текстпо экономике, кандидата экономических наук, Львов, Александр Геннадьевич, Ульяновск

61 12-8/2546

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Ульяновский государственный университет»

На правах рукописи

ЛЬВОВ Александр Геннадьевич

РАЗВИТИЕ МЕТОДОВ ПОСТРОЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ФУНКЦИЙ

08.00.13 - «Математические и инструментальные методы экономики»

Диссертация на соискание ученой степени кандидата экономических наук

Научный руководитель: д. ф. - м. н., профессор Горбунов В. К.

Ульяновск - 2012

Оглавление

Введение 4

1 Метод производственных функций в экономическом анализе 16

1.1 Определение и свойства производственной функции ..... 16

1.2 Основные характеристики производственных функций ... 24

1.3 Замещение факторов............................27

1.4 Примеры производственных функций..........................31

1.5 Использование производственных функций в

экономико - математическом моделировании...............35

1.5.1 Задачи теории фирмы .............................36

1.5.2 Модель экономической динамики .............39

1.5.3 Вычислимые модели общего экономического равновесия ...................................40

1.6 Параметрический метод построения производственных функций ....... ........ ............... 42

1.7 Метод продолжения по параметру ............... 47

2 Однородные производственные функции с переменной эластичностью замещения 49

2.1 Эластичность замещения для однородных многофакторных

производственных функций.......................50

2.2 Однородные производственные функции с переменной эластичностью замещения........................................54

2.3 Поэтапное построение производственных функций............63

2.4 Построение производственных функций с переменной эластичностью замещения........... .................65

2.4.1 Двухфакторные производственные функции..........69

2.4.2 Трехфакторные производственные функции..........75

3 Построение производственных функций по данным об

инвестициях с оценкой реально используемых фондов 81

3.1 Инвестиционные и капитальные производственные

функции.............................. 82

3.2 Задача метода наименьших квадратов для капитальных производственных функций................... 84

3.3 Спецификация метода продолжения по параметру...... 85

3.4 Тестовые задачи построения капитальных производственных функций................... 88

3.5 Оценка реально используемого капитала в России (2000-2008 г.) . .......................... 91

Заключение 97

Введение

Производственные функции (ПФ) являются математическими моделями достаточно крупных производственных объектов - предприятий (фирм), отраслей, региональных и национальных экономик. Эти модели типа «черного ящика» выражают валовой выпуск производства как функцию количеств затрат наиболее существенных (для конкретного исследования) факторов. Метод производственных функций можно отнести к высоким технологиям количественного экономического анализа [32,65]. Он использовался в СССР в исследовательских работах и планировании на союзном, региональном и отраслевом уровнях [32,46,51] и остается актуальным для новой экономики России. Проблемам построения производственных функций в российской переходной экономике посвящена книга [6] и недавние диссертации [13,50].

Диссертация посвящена двум проблемам. Первая проблема заключается в изучении свойств класса положительно однородных многофакторных ПФ с переменной эластичностью замещения и алгоритмическим вопросам их использования для анализа конкретных объектов. Вторая проблема связана с построением «капитальных» производственных функций в условиях, когда вместо стандартной динамики производственных фондов известна динамика производственных инвестиций. При этом ставится задача оценки и использования в качестве основного фактора реально используемых производственных фондов на периоде наблюдения объекта. Проблема выделения реально используемых фондов характерна для рыночной экономики, где работа производства определяется изменчивой конъюнктурой

рынков. Особенно актуальна это проблема для российской экономики последнего двадцатилетия, в которой значительная часть фондов в отраслях, не связанных с добычей и первичной переработкой энергетических и других минеральных ресурсов, не используется.

Понятие ПФ как математического объекта, отвлеченного от технологических и организационных особенностей изучаемого объекта, сложилось во второй половине XIX века [78]. Такой подход обнаруживается, в частности, в трудах К. Маркса при исследовании различных вариантов соотношения переменного и постоянного капитала в сфере производства [43, с. 455]. Авторы указанного словаря-справочника также отмечают вклад В. И. Ленина в развитие этого подхода путем учета фактора технического прогресса и исследования динамики стоимостного строения капитала. Из-за отсутствия в то время статистических данных числовые примеры К. Маркса и В. И. Ленина имели иллюстративное назначение.

Первая математическая модель производства в форме ПФ была предложена шведским экономистом К. Викселлом (Knut Wickseil, 1851-1926). Она была использована американскими учеными Д. Коббом и П. Дугласом для анализа влияния величины затрачиваемого капитала и труда на объем выпускаемой продукции в обрабатывающей промышленности США. Результаты их исследования были опубликованы в статье 1928 г. «Теория производства» [63].

Классический метод построения ПФ по статистическим данным основан на методе наименьших квадратов (НК) с поиском ПФ в некотором параметрическом классе. К преимуществам этого метода относится возможность априорного удовлетворения естественных свойств искомой функции (монотонность, квазивогнутость), обеспечение ее дифференцируемо-сти. Важно также, что производственная статистика для построения ПФ методом НК проста и доступна исследователям. В реальных случаях может оказаться трудным определить параметрический класс, адекватный иссле-

дуемому объекту. В [59,86] предложен непараметрический метод построения ПФ, ранее развитый (этими же авторами) для анализа потребительского спроса [15] и свободный от проблемы выбора класса функций. Однако этот метод требует использования также информации о ценах используемых факторов, и искомые функции (полезности или производственные) строятся в кусочно-линейном классе. Такие функции недифференцируе-мые и не отражают содержательную теорию производства, построенную методом предельного анализа (сравнительной статики).

Дифференцируемая ПФ, адекватная производственному объекту, позволяет выполнить глубокий количественный экономический анализ: расчитывать предельные производительности факторов и факторные эластичности, строить функции факторного спроса и предложения продукта, функции прибыли и издержек, исследовать свойства замещения факторов [32,76]. За десятилетия развития метода ПФ определился набор стандартных ПФ - двухфакторных и многофакторных, обладающих известными свойствами: Кобба-Дугласа, постоянной эластичности замещения (ПЭЗ), Солоу и др. На основе простых по структуре функций методом суперпозиции строятся более сложные [32].

Замещение факторов является одним из основных объектов теории производства. Количественные меры замещения были впервые введены Дж. Хиксом [55,66,67] для двухфакторных функций как предельная норма замещения и эластичность замещения, позже обобщенные на случай любого количества факторов [32,57]. Эти характеристики наиболее полно исследуются в случае положительной однородности производственных функций (необязательное, но типичное свойство для ПФ), когда они являются функциями от пропорций соответствующих пар факторов. В этом смысле эластичность замещения означает отношение относительных изменений предельной нормы замещения и пропорции использования соответствующей пары факторов.

Основной класс ПФ используемых в практическом анализе - это однородные функции с постоянной эластичностью замещения. Однако этот класс недостаточен для анализа эффектов замещения между производственными факторами.

Функция Кобба-Дугласа имеет единичную эластичность замещения, что в общем случае не соответствует реальным процессам. В 1961 году был найден класс положительно однородных функций, имеющих постоянную (при различных сочетаниях использования факторов), но произвольную эластичность замещения [60].

Предположение о постоянстве эластичности замещения также является идеализацией реальных производственных процессов. Поэтому известные классы ПФ с постоянной эластичностью замещения недостаточны для анализа эффектов замещения между производственными факторами.

Аналитическое (формульно-параметрическое) описание класса однородных функций с переменной эластичностью замещения для двух факторов было найдено впервые для частного случая линейной зависимости эластичности замещения от пропорции факторов Н. Реванкаром [83], и в общем (двухфакторном) случае - Р. Сато и Р. Гофманом [84]. Отметим, что в представлении Сато-Гофмана (см. глава 2 п. 2.2 диссертации) требуется задавать зависимость эластичности замещения от пропорции использования факторов, что затрудняет построение ПФ для реальных объектов. Эта проблема также привлекала внимание советских исследователей [36], но для функций с числом факторов более двух аналитическое представление ПФ с переменной эластичностью замещения оставалось ненайденным.

В работе В. К. Горбунова [14] предложено представление класса линейно однородных вогнутых функций через функции, след которых на стандартном симплексе вогнут. Это представление позволяет определить аналитические классы дифференцируемых однородных производственных функций с переменной эластичностью замещения [18,40]. Каждый такой

класс порождается произвольной дифференцируемой функцией, вогнутой на стандартном симплексе. Число факторов здесь может быть любым. Класс линейно однородных функций в этом представлении легко обобщается на класс положительно однородных функций [15]. Эластичность замещения для таких функций, является не задаваемой, а вычисляемой характеристикой для каждой функции.

В последнее десятилетие появились работы, в которых метод ПФ применяется для анализа новой российской экономики, формирующейся на основе реставрации частной собственности и рыночных отношений [6,11,50]. Однако здесь проявилась проблема информационного обеспечения построения ПФ, характерная для специфических российских условий.

Наиболее важным фактором, учитываемым в испытанных десятилетиями типах ПФ, является стоимость основных фондов, называемая кратко «капиталом». В качестве второго фактора традиционно рассматривается труд. Также возможно привлечение других факторов (энергия, сырьевые ресурсы, и т. д.). Соответственно, эконометрическая задача построения ПФ, зависящей от количества используемого капитала и адекватной экономическому объекту, может решаться на основе известной динамики капитальных затрат (наряду с другими факторами и выпуском) на периоде наблюдения объекта. Однако для российской экономики, с 1992 года ставшей сырьевым придатком лидеров мирового рынка, характерна низкая загруженность основных фондов в большинстве несырьевых отраслей промышленности и сельского хозяйства1. Высокая инфляция 1990-х годов ввиду несовершенства методов построения экономических индексов делает проблему сопоставления цен и количеств производства в тот период малосодержательной [2,5,28]. В этих условиях испытанные методы построения

1Например, крупнейшее авиастроительное предприятие России «Авиастар-СП» (г. Ульяновск) имеет мощности для годового выпуска 50 самолетов Ан-124 (Руслан) и Ту-204, но максимальный годовой выпуск за последние 18 лет составили всего шесть Ту-204. См. url: http://www.aviastar-sp.ru/aviastar_ru/index. htm.

«капитальных» ПФ не могут обеспечить хорошую адекватность математического моделирования экономики.

Более доступной характеристикой, связанной с капиталом и определяющей его динамику, являются инвестиции в основной капитал. Инвестиции представляют собой, как правило, реально используемую в производстве часть капитала, а их динамика соответствует рыночной конъюнктуре. Однако данных об инвестициях недостаточно для измерения реально используемого в производстве капитала, так как освоение некоторых инвестиций (закупка оборудования, новое строительство, и т. п.) требует значительного времени, а сформированный в прошлом капитал подвержен износу. Инвестиции представляют собой величину типа «поток», а капитал - «запасы». При отсутствии инвестиций производство может некоторое время функционировать за счет накопленного капитала. Несмотря на эти очевидные различия современные исследователи, использующие метод производственных функций, строят [6,50] или используют в теоретических работах [26,39] так называемые «инвестиционные» ПФ, отличающиеся от традиционных «капитальных» простой заменой фактора «капитал» на текущие инвестиции. От таких моделей производства трудно ожидать высокого качества.

Мы предлагаем развитие метода наименьших квадратов для построения капитальных ПФ из некоторого параметрического класса по данным об инвестициях, затратах других учитываемых факторов и выпуске. Одновременно оценивается величина начального значения капитала, средний уровень амортизации и скорость освоения инвестиций в период наблюдения. Это достигается с помощью уравнений динамики производственных фондов с учетом их амортизации и лага (задержки освоения) инвестиций. При этом на периоде наблюдения реконструируется динамика не формально существующих (балансовых) фондов, а их реально используемой части. Оценка реально используемых фондов представляет собой специальную проблему, изучаемую рядом авторов [7,11,54].

Добавление к оцениваемым параметрам функции начального капитала, коэффициента амортизации капитала и параметра лага, определяющего задержку освоения инвестиций, делает задачу оценивания неизвестных параметров существенно нелинейной и плохо обусловленной даже в простейшем классе функций Кобба-Дугласа. Алгоритмические осложнения определяются объективной сложностью рассматриваемой проблемы. Ее решение требует совершенствования методов минимизации регрессионных уравнений. Для этого мы развиваем метод продолжения по параметру - эффективное средство решения нелинейных задач [45,71,79].

Таким образом, изменение условий функционирования экономики и совершенствование методов ее исследования ставит новые задачи перед экономической наукой, в частности, требует развития методов построения ПФ. Отсутствие в известной нам литературе работ, решающих отмеченные проблемы, обосновывает актуальность диссертации.

Целью данного диссертационного исследования является развитие методов построения производственных функций для повышения адекватности анализа замещения факторов и построения капитальных функций по информации об инвестициях.

Объектом исследования является достаточно крупная производственная единица (фирма, объединение, отрасль, региональная или национальная экономика).

Предмет исследования - характеристики производственных процессов объекта исследования, в частности, процессов замещения производственных факторов.

В соответствии с целью в работе были поставлены следующие задачи:

1) предложить аналитическое представление однородных многофакторных производственных функций с переменной эластичностью замещения;

2) разработать общую методику поэтапного построения производствен-

ных функций, более сложных, чем функция Кобба-Дугласа;

3) разработать метод построения капитальных производственных функций и оценки реально используемого капитала по информации об инвестициях;

4) выполнить оценку реально используемых производственных фондов для экономики России.

По теме диссертации опубликовано 8 работ, общим объемом 4.09 печатных листов, в том числе 3 работы в периодических научных изданиях, в которых рекомендуется публикация основных результатов диссертации на соискание ученой степени кандидата наук.

Диссертация состоит из 3 глав, введения и заключения. В главе 1 излагаются основные факты теории производственных функций, их характеристики и свойства. В первой части главы излагается история и развитие метода производственных функций, уточняется понятие производственной функции, приводятся примеры ПФ, используемые в математическом моделировании. Подробно анализируются процесс замещения производственных факторов и его количественные характеристики. Вторая часть посвящена практическому применению ПФ в экономико-математическом моделировании и проблемам их построения.

В главе 2 вводится новый класс однородных производственных функций с переменной эластичностью замещения для любого числа факторов. Такой класс ПФ вводится как обобщение формулы В. К. Горбунова для представления вогнутых линейно однородных функций, определенных в неотрицательном ортанте пространства аргументов (произ�