Министерство образования, высшей школы

и технической политики России

Имитационное моделирование

в экономике

Реферат по Основам

Экономической Теории

Студента Группы 2332

Филатова Александра

Иркутск, 1996

Введение

Реферат основан на работах одного из крупнейших

специалистов в области теории управления профессора Массачусетского технологического института Джея Форрестера. В 60годах им была разработана система имитационного моделирования DYNAMO, с помощью которой он также реализовал ряд сложных многоуровневых моделей: “Модель предприятия”, “Динамика развития города”, “План развития Канады”, а также наиболее интересная разработка Форрестера, сделанная совместно с его учеником Д.Медоузом, - “Мировая динамика”, ставшая первой завершенной попыткой применить точные методы для исследования мирового развития.

На основе разработанной в Сибирском энергетическом институте программной реализации языка DYNAMO были воспроизведены выкладки Форрестера и исследовано поведение мировой системы в зависимости от того или иного вида антропогенного воздействия на окружающую среду. Конечно, пока имитационные модели слишком просты, чтобы адекватно описывать реальное состояние целой планеты, они достаточно слабо учитывают возможные глобальные изменения на Земле, могущие произойти за относительно небольшой интервал времени, многие количественные показатели спорны. Однако, эти модели - лишь первый шаг. И даже они позволяют провести анализ различных сценариев развития мировой системы, определить приоритетные задачи человечества и наиболее актуальные проблемы, дать качественный прогноз развития ситуации.

В качестве модели, описывающей более близкие к нам процессы, рассматривается макроэкономическая модель “Кассандра”, разработанная в СЭИ в 1991 году для прогнозирования изменений агрегированных экономических показателей.

Мировая Динамика Актуальность имитационного моделирования В течение последних нескольких десятилетий резко возрос интерес к проблемам, связанным с экономическим развитием, ростом населения и последствиями антропогенных воздействий на мировую окружающую среду. По мере роста трудностей в масштабе планеты многие люди и организации начали изучать и воздействовать на те или иные стороны изменяющейся мировой ситуации. Однако большая часть активности оказалась направленной на отдельные грани функционирования мировой системы. И только небольшая часть исследователей старалась показать, как многие механизмы и силы, воздействуя друг на друга, вызывают те тотальные последствия, которые мы и воспринимаем. Сейчас, однако, многие люди начали понимать, что взаимодействия внутри целого более важны, чем сумма отдельных его частей. Исследованию взаимодействий внутри целого и посвящены работы Форрестера.

Человек всегда действует на основе моделей, имеющихся в его распоряжении. Мысленные образы - это тоже модели, которые в данный момент времени обычно и используются в качестве основы для действия. Каждый человек, который предлагает политику, закон или последовательность действий, делает это на основе модели, к которой он в данный момент питает наибольшее доверие.

Математические модели, при правильно установленных границах применимости и верных исходных данных, наиболее адекватны реальным процессам. С помощью просчитанных на компьютере моделей можно достаточно точно спрогнозировать последствия того или иного шага, по крайней мере, при отсутствии глобальных перемен в системе. Такие модели облегчают исследование целого класса возможных сценариев, выбор из этого класса наиболее предпочтительного, что человеку может оказаться не под силу.

Интуитивные ловушки Кроме всего вышесказанного, хотя человек часто интуитивно видит оптимальное решение, встречаются и ситуации, в которых наиболее очевидное решение не является наилучшим. Простой пример: автомобильная пробка. Для нее первое приходящее в голову решение: пропускать автомобили как можно плотнее (оптимальным образом использовать пространство). Но все автомобили, именно изза плотности, будут двигаться очень медленно, пробка не рассосется.

Противоположный вариант: потерять минуту времени, не пропуская ни одного автомобиля. Зато потом они будут проезжать данный участок с нормальной скоростью, при этом резко повышается пропускная способность, пробка рассосется.

Значительно чаще “интуитивные ловушки” встречаются при исследовании сложных систем. Решение может выглядеть вполне разумным, но приводить лишь к усугублению ситуации. Такие ловушки относятся к одному из следующих типов.

1. Прежде всего, попытка отреагировать на часть симптомов может только создать новую форму поведения системы, также ведущую к неприятным последствиям (при разрешении старых проблем возникают новые). В качестве примера можно привести динамика”: активная политика индустриализации позволяет разрешить множество проблем, повысить материальный уровень жизни, но в результате развивается худший вид кризиса экологический. Допустим, загрязнение удается каким-то образом контролировать, но при этом возникает перенаселенность, в результате которой падает качество жизни. Снимем в системе зависимость рождаемости и смертности от перенаселения (что означает преодоление психологических проблем в обществе с высокой плотностью населения) - возникает еще один кризис, кризис из-за недостатка продуктов питания. Каждая попытка предотвратить кризис приводила к появлению новых трудностей. Российский пример: можно решить проблему неплатежей, можно выдавать предприятиям льготные кредиты... все можно сделать путем увеличения эмиссии. Только не приведет ли это к еще более тяжелым последствиям?

2. Второй тип ошибок вызывается тем, что кратковременная и долговременная реакция социальной системы на разные методы управления обычно противоречат друг другу. Обычно воздействия, которые вызывают кратковременные улучшения в системе, в долговременном плане приводят к ухудшениям. Это особенно коварное явление! Краткосрочная перспектива первой бросается в глаза и требует немедленных действий. Однако ряд действий, имеющих целью краткосрочное улучшение, могут перегрузить систему настолько тяжелыми последствиями, что никакие даже самые сильные краткосрочные меры уже не спасут положения. Многие из стоящих сегодня перед миром сложных проблем являются конечным результатом краткосрочных мер, предпринятых в течение последнего интенсивное использование земли в сельском хозяйстве увеличили производство пищевых продуктов в кратковременной перспективе, но в долговременной перспективе они нарушили продуктивность Современный пример из российской жизни: популистские обещания обернуться в долговременной перспективе лишь взлетом инфляции в прямой либо скрытой (дефицит при государственном регулировании) форме и дальнейшим спадом.

существованием противоречий между целями отдельной подсистемы и благополучным развитием всей системы в целом. В модели Форрестера “Динамика развития города” рассматривается система, в которой целью города является его расширение и повышение уровня жизни. Однако, по мере того, как город борется за осуществление этих целей, вся страна сталкивается с ростом населения, индустриализации, загрязнения и потребности в продуктах питания. С аналогичными проблемами связана борьба “регионы - центр” (в частности, по поводу Иркутскэнерго).

Четвертый тип характерных ошибок при анализе социальных нечувствительны к методам, которые мы выберем в попытке изменить их поведение. Чаще всего социальная система привлекает внимание именно к той своей точке, в которой попытка вмешаться потерпит провал. Человеческий опыт, приобретенный в контактах с простыми системами, учит нас, что причину затруднения следует искать рядом с его проявлениями. И, поступая так, мы впадаем в ошибку, потому что социальная система предлагает нам кажущуюся причину, которую мы считаем правдоподобной, в то время как такое впечатление вызывается просто обычным совпадением, которое как тревожный симптом, возникает в цепи обратной связи большой системы. Кроме того, сложная социальная система обычно обладает большой инерционностью, и воздействие приводит к ощутимым результатам лишь через значительный промежуток времени. В качестве примере можно привести программы ограничения рождаемости, дающие реальный эффект лишь спустя десятилетия.

беспристрастно оценить ситуацию и просчитать возможные пути решения проблемы может оказаться полезной в исследовании мировых систем. Тем более, что мир, в котором мы живем, единственный, и ставить эксперименты с непредсказуемыми последствиями опасно - эксперимент может оказаться последним.

Проблемы экспоненциального роста Мировая система сталкивается с новыми трудностями. Под “мировой системой” мы понимаем человека, его социальные системы, технологию и естественную окружающую среду. Взаимодействие этих элементов определяет рост, изменения и напряженность.

Существование серьезных проблем в социально-экономикоприродной среде не является новостью. Но только совсем недавно человечество начало осознавать силу этих противоречий, которые не могут быть разрешены исторически сложившимися путями миграцией, экспансией, экономическим ростом, технологическими преобразованиями.

являются рост населения, возрастающее загрязнение и различие в уровнях жизни. Однако симптомы это или причины? Можно ли воздействовать на них с целью улучшения ситуации непосредственно, или причины стресса нужно искать в другом месте мировой системы?

Проблема усугубляется тем, что население, инвестиции, загрязнение, потребление пищи и уровень жизни экспоненциально возрастают на протяжении всей известной нам истории. Человек естественную основу человеческого поведения и ассоциирует рост с “прогрессом”. Мы говорим о ежегодном проценте прироста валового постоянный годовой процентный прирост, демонстрируют “экспоненциальный рост”. Но экспоненциальный рост не может продолжаться безгранично.

Экспоненциальный рост, в строгом смысле его определения, обладает характерным свойством, называемым “время удвоения”. Это некоторый интервал времени, за который происходит удвоение Экспоненциальный рост выглядит безобидным и способен вводить в заблуждение. Переменная, характеризующая систему, может пройти через многие периоды удвоения без достижения заметного значения.

Но через несколько периодов удвоения, следуя тому же самому закону экспоненциального роста, эта переменная внезапно оказывается громадной величиной.

Психологическому аспекту экспоненциального роста редко экспоненциально. Во все предшествующие достижению предела времена значение величины будет много ниже предела, само существование которого может казаться нереальным. Нет конфликта между возрастающей величиной и пределом, что могло бы обратить внимание на возникающие трудности. Затем неожиданно, в течение одного интервала удвоения, величина возрастает от половины предельного до предельного значения. Стрессовые воздействия от “сверхроста” становятся весьма ощутимыми: они не могут более игнорироваться. Если возникающие при приближении к пределу тормозящие силы слабы, то рост будет продолжаться до тех пор, пока новые факторы, появляющиеся при превышении предела, не затормозят его.

Экспоненциальный рост нагляден только при сравнении его с некоторым соответствующим пределом. Скорость и характер экспоненциального роста лучше всего демонстрируются на пределе.

Предположим (в иллюстративных целях), что мы начинаем с населения в 1 млн человек и что его численность удваивается каждые 50 лет. Тогда за 700 лет население возрастает с 1 до 16384 млн человек. Эти данные отображены на рис.1. Выберем “кризисный уровень” в 8000 млн человек (при кризисном уровне в 10 раз больше результат будет тем же, только система достигнет кризисного состояния на 170 лет позже). При этом до 600 года население не достигнет и половины кризисного уровня. В течение всего предшествующего времени рост представляется желаемым и не лимитируемым физическими ограничениями. Затем неожиданно, в течение всего лишь 50-летнего периода в обычный, казалось бы, этап развития процесса, взметнувшаяся вверх кривая пересекает кризисный уровень. Менее чем за длительность жизни одного поколения рушатся все традиции и представления. Население, которое 12 раз удваивается в течение предшествующих 600 лет еще только дважды удваивается между 600 и 700 годами. Но за это столетие становится очевидным, что 50-летняя скорость удвоения населения не может сохраняться, и рост должен стать контролируемым.

Прекращение роста Дремлющие до поры до времени в мировой системе силы на протяжении жизни одного поколения могут проявиться и начать регулирование процесса. Падающая обеспеченность продуктами питания, возрастающее загрязнение и уменьшающееся жизненное пространство - все эти причины в их тесной взаимосвязи вызывают давления, достаточные для того, чтобы понизить коэффициент приближения к окончательным пределам негативные силы в системе накапливаются до тех пор, пока их не окажется достаточно, чтобы остановить процессы роста. В одно мгновение выясняется, что взаимосвязанности природных процессов.

Форрестером исследуются некоторые из причин, которые в дальнейшем могут стать барьерами на пути чрезмерно интенсивного роста, анализируются те изменения в системе, которые могут остановить экспоненциальный рост. Это предпринимается для изучения последствий перехода системы от состояния роста к мировому равновесию.

Построение модели В модели, рассматриваемой Форрестером, в качестве основных уровней, на которых строится структура системы, было выбрано пять:

население, капиталовложения (фонды), природные ресурсы, часть фондов в сельском хозяйстве, загрязнение.

Каждый из этих уровней является основной переменной в основных подсистемах мировой модели. Пять уровней по-разному взаимодействуют друг с другом. Рассматриваются 43 переменные, отражающие состояние системы в каждый момент времени.

Самой важной концепцией в установлении структуры системы является идея, что все изменения обусловливаются “петлями обратных связей”. Петля обратной связи - это замкнутая цепочка взаимодействия, которая связывает исходное действие с его результатом, изменяющим характеристики окружающих условий и которые, в свою очередь, являются “информацией”, вызывающей дальнейшие изменения. Мы часто рассматриваем причину и следствие односторонне. Мы говорим, что действие А вызывает результат В. Но такое понимание не полно. Результат В представляет новое состояние системы, изменения которой в будущем повлияют на действие А.

В системе с петлями обратных связей вводятся два типа переменных: уровни (накопители системы) и темпы (потоки, вызывающие изменение уровней). Уровень аккумулирует общее количество, являющееся результатом “впадающих” в него темпов, которые прибавляются или вычитаются из уровня. Системные уровни полностью описывают положение или состояние системы в любой момент времени.

Решающий этап в построении машинной модели социальной системы - выбор и согласование информации о реальной системе.

Обычно мы испытываем трудности не в нехватке информации, а в ее избытке и в необходимости избирательного подхода к ней. И дело не только в том, что существует значительно больше информации, чем имеет смысл включить в модель,но также и в том, что она не систематизирована. Разнородная информация должна быть организована. Организация информации определяет структуру модели.

В качестве исходной информации модель получает как некоторые статистические данные и экспертные оценки, так и подмодели независимых локальных участков целой системы. При определении значений констант (коэффициентов) и переменных в качестве точек отсчета брались условия 1970 года.

Истощение природных ресурсов В результате исследований было установлено, что модель представляет собой систему, в которой процесс роста сменяется упадком в результате истощения природных ресурсов. Рис. показывает поведение модели. По оси абсцисс отложено время с по 2100 год. На графике представлено пять кривых, иллюстрирующих изменение четырех основных уровней системы и параметра качества жизни. На оси ординат численные значения соответствуют населению Земли в млрд человек.

Как мы видим, население достигает своего максимума в году, а затем начинает убывать, что вызывается истощением природных ресурсов. Истощение естественных ресурсов резко снижает эффективность капиталовложений и материальный уровень жизни и, как следствие, приводит к сокращению населения.

Запасы ресурсов начинают катастрофически уменьшаться уже к использования ресурсов может произойти их полное истощение уже к 2100 году (и даже без увеличения использования их хватит не более, чем на 250 лет). Причем влияние недостатка природных ресурсов начнет сказываться значительно раньше, так как усложняется задача добычи ресурсов из истощенных и бедных месторождений. Таким образом, заметное влияние можно будет обнаружить уже к 2020 году.

Анализ мировой системы часто основывается на сравнении ныне существующего положения с ее предельными возможностями.

При таком подходе наши сиюминутные потребности обычно кажутся значительно меньшими в сравнении с имеющимися запасами ресурсов. Но при этом обычно упускают из вида два фактора. Вопервых, наши потребности возрастают в два раза каждые 20-30 лет, а во-вторых, следствия надвигающегося кризиса начинают проявляться значительно раньше, чем достигается сама кризисная ситуация. Как можно видеть из рис.2, эффекты нехватки ресурсов проявляются значительно раньше того времени, когда ресурсы будут полностью истощены, причем можно лишь оттянуть проявление этих эффектов, если сохранить темпы потребления ресурсов на современном уровне.

Многие индустриальные страны сейчас развиваются очень быстро и все больше нуждаются в природных ресурсах, которые поступают, в основном, из развивающихся стран. Что же произойдет, когда страны - экспортеры сырья начнут сокращать поставки, предвидя, что скоро они сами начнут нуждаться в сырье?

На рис.2 максимум загрязнения приходится на 2060 год и величина его в 6 раз выше уровня загрязнения в 1970 году. Но это еще не предел. Максимум качества жизни приходится, примерно, на год, затем снижается и, после, стабилизируется. Снижение качества жизни в современный период объясняется социальными противоречиями и повышенными запросами (тем, что “хотя наши города находятся в лучших условиях, чем когда-либо в истории, они менее всего оправдывают наши ожидания”).

относительных величин, характеризующих качество жизни в том же интервале времени и для тех же условий системы, что и на рис.2.

Материальный уровень жизни достигает максимума примерно в 2000 году, а затем падает. В этом случае размеры капиталовложений на душу населения возросли, а нехватка ресурсов еще не достигла того уровня, который снизил бы эффективность капиталовложений.

увеличивается в первые сто лет на 60%. Как видно из рисунка, это увеличение возникает по двум причинам. Во-первых, материальный уровень жизни возрастает настолько, что нет необходимости ассигновать капитал для дальнейшего повышения качества жизни. С другой стороны, незначительно падает относительное количество капиталовложений в сельскохозяйственное производство. Из графика относительного количества пищи изменяют необходимый уровень капиталовложений в сельское хозяйство. Множитель зависимости качества жизни от загрязнения имеет противоположный характер.

Эти рисунки не стоит воспринимать как точное предсказание пути развития современного мира. Предполагаемая структура и проанализированы, чтобы утверждать, что первоначальная модель является наиболее вероятной моделью. Можно сказать, что истощение естественных ресурсов не является наиболее вероятным ограничением численности населения. Истинные запасы естественных ресурсов могут быть значительно больше, чем мы предполагаем. Более того, наука может непрерывно находить всевозможные заменители, чтобы отсрочить кризис нехватки природных ресурсов. Если природные ресурсы не ограничивают рост населения и не замедляют темп индустриализации, то анализ моделей позволит определить какойлибо другой параметр в мировой системе, который может привести к другим кризисам. Модель позволяет делать разнообразные эксперименты.

Кризис загрязнения Предположим, что в 1970 году скорость использования естественных ресурсов была резко снижена и это не оказало никакого влияния на другие части системы. Это может соответствовать либо изменению оценки действительной скорости потребления мировых запасов, либо открытию новой технологии для уменьшения зависимости от дефицитных материалов. Однако выясняется, что в системе возникает другая сила, ограничивающая рост, что и показано на рис. Загрязнение возрастает почти в 40 раз по сравнению с годом. Рост населения и капиталовложений увеличивается до тех пор, пока скорость роста загрязнений не превысит скорости разложения загрязнений. Рост загрязнения будет продолжаться до тех пор, пока не подавит процессы, вызывающие загрязнение. Это означает резкое сокращение численности населения и капиталовложений.

Численность населения падает до 1/6 своего максимального значения.

Данная модель не делает различий между индустриальными и развивающимися странами мира. Однако, скорее всего нарушение социальных систем и сельского хозяйства привело бы к тому, что численность населения в индустриальных странах уменьшилась бы больше всего. Если так и произойдет, то процесс образования загрязнений остановится прежде, чем численность населения упадет так низко, как показано на рис.4. Если основная тяжесть кризиса ляжет на страны, создающие загрязнение, то наиболее населенные развивающиеся страны переживут этот кризис с меньшим ущербом для численности своего населения. Также существует предположение, что начало кризиса заставило бы людей пересмотреть свою деятельность и прекратить процессы образования загрязнений прежде, чем наступит катастрофа. Если предупреждение кризиса загрязнения потребует резкого снижения промышленной активности, то такая мера “лечения” может оказаться такой же опасной, как и сама болезнь.