Модель обучения в процессе деятельности

Эта статья находится в стадии проработки и развития, в одной из её версий выборочно используется текст из источника, распространяемого под свободной лицензией
Материал из энциклопедии Руниверсалис
(перенаправлено с «Модель Эрроу-Ромера»)
Пол Майкл Ромер

Моде́ль обуче́ния в проце́ссе де́ятельности (модель Эрроу — Ромера, модель Пола Ромера англ. Learning-by-doing model) — модель эндогенного экономического роста в условиях совершенной конкуренции. Она показывает возможность существования устойчивого экономического роста, обусловленного внешними эффектами от совокупного запаса капитала в экономике и эффектом перелива знаний (англ. knowledge spillover). Модель обучения в процессе деятельности способствовала пониманию источников экономического роста, обратив внимание исследователей на эффект перелива знаний, а также на тот факт, что знания и идеи являются неконкурентным товаром. Разработана в 1986 году Полом Ромером на основании идей Кеннета Эрроу.

История создания

Кеннет Джозеф Эрроу

Первая неоклассическая модель экономического роста — модель Солоу — обладала недостатком экзогенности параметров «норма сбережений» и «темпы научно-технического прогресса», от которых зависят темпы экономического роста. Недостаток экзогенности нормы сбережений был преодолен в модели Рамсея — Касса — Купманса, после чего многие исследователи пытались построить модель, в которой экономический рост был бы эндогенным, то есть являлся бы следствием решения экономических агентов, а не задавался бы извне. Однако при постоянной отдаче от масштаба, являющейся одной из базовых неоклассических предпосылок о производственной функции, и совершенной конкуренции среди фирм, доход тратится на оплату труда и капитала, а средств на оплату научно-исследовательских работ (НИОКР) не остаётся[1]. Первым выход из этого тупика предложил будущий лауреат Нобелевской премии по экономике Пол Ромер, разработав модель обучения в процессе деятельности[2][3] (также известную как модель Эрроу — Ромера, модель Пола Ромера[2][4]), представленную в работе «Возрастающая отдача и долгосрочный рост», изданной в «Journal of Political Economy[англ.]» в октябре 1986 года[5].

Ромер использовал идеи другого лауреата Нобелевской премии по экономике, Кеннета Эрроу, изложенные в статье «Экономические последствия обучения в процессе деятельности», изданной в «The Review of Economic Studies[англ.]» в июне 1962 года, о том, что процесс накопления знаний сопутствует накоплению капитала[6]. Схожие идеи были изложены и в работе Эйтана Шешински[швед.] «Оптимальное накопление обучения в процессе деятельности» в 1967 году[7]. Предположения Эрроу о том, что инвестиции в производственные мощности повышают эффективность их использования, основывались на эмпирических исследованиях А. Сёрла и К. Гуди 1945 года[8] по судостроительной отрасли, а также Т. Райта[англ.] 1936 года[9] и Г. Ашера 1956 года[10] по авиастроительной отрасли. Эрроу рассматривал этот процесс в рамках отдельной отрасли, Ромер же распространил его на экономику в целом. Также он ввёл предпосылку об эффекте перелива знаний (англ. knowledge spillover), схожим с экстерналиями от человеческого капитала в модели Нельсона — Фелпса. Производственная функция вида [math]\displaystyle{ Y=F(K_i,KL_i) }[/math], где [math]\displaystyle{ K_i }[/math] — капитал, задействованный фирмой, [math]\displaystyle{ K }[/math] — совокупный запас капитала, [math]\displaystyle{ L_i }[/math] — труд, задействованный фирмой, которая используется в модели, впервые была предложена М. Франкелем в статье «Производственная функция распределения и рост: синтез» в 1962 году[11][12]. Хотя такой подход и является условным, он отражает важный факт, что знания являются неконкурентным товаром: как только некоторая технология становится широко известной, ею начинают пользоваться множество фирм, и использование её одними фирмами не препятствует использованию другими[13]. Знания не являются неисключаемым благом[13]. Однако вопросы, связанные с патентами на новые разработки и их стоимостью, Пол Ромер рассматривал позднее в модели растущего разнообразия товаров.

Описание модели

Базовые предпосылки модели

В модели рассматривается закрытая экономика. Фирмы максимизируют свою прибыль, а потребители — полезность. Фирмы функционируют в условиях совершенной конкуренции. Производится только один продукт [math]\displaystyle{ Y }[/math], используемый как для потребления [math]\displaystyle{ C }[/math], так и для инвестиций [math]\displaystyle{ I }[/math]. Темпы роста населения [math]\displaystyle{ n }[/math] и норма выбытия капитала [math]\displaystyle{ \delta }[/math] — постоянны и задаются экзогенно. В качестве работника и потребителя в модели выступает бесконечно живущий индивид (или домохозяйство). Предполагается, что между разными поколениями существуют альтруистические связи, при принятии решений домохозяйство учитывает ресурсы и потребности не только настоящих, но и будущих своих членов, что делает его решения аналогичным решениям бесконечно живущего индивида. Фискальная политика (государственные расходы и налоги) в модели отсутствует. Время [math]\displaystyle{ t }[/math] изменяется непрерывно[5].

Доходы индивида состоят из заработной платы [math]\displaystyle{ w_t }[/math] и поступлений от активов [math]\displaystyle{ r_ta_t }[/math]. Активы индивида [math]\displaystyle{ a_t }[/math] могут быть как положительными, так и отрицательными (долг). Процентная ставка [math]\displaystyle{ r_t }[/math] по вложениям и по долгу в модели принята одинаковой. В связи с этим в модели присутствует условие отсутствия схемы Понци (финансовой пирамиды): нельзя бесконечно выплачивать старые долги за счет новых[14]:

[math]\displaystyle{ \lim_{t \to \infty}a_te^{-\int\limits_{0}^{t}(r(\nu)-n)d\nu}\geq0 }[/math],
где [math]\displaystyle{ a_t=\frac{K_t}{L_t}=k_t }[/math] — в закрытой экономике весь капитал принадлежит резидентам, а величина активов индивида [math]\displaystyle{ a_t }[/math] совпадает с запасом капитала на одного работающего [math]\displaystyle{ k }[/math].

Предпосылка о закрытой экономике означает, что произведенный продукт тратится на инвестиции и потребление, экспорт/импорт отсутствуют, сбережения равны инвестициям: [math]\displaystyle{ S=I=sY }[/math], [math]\displaystyle{ Y=C+I }[/math].

Производственные функции [math]\displaystyle{ Y_{it}(K_{it},L_{it},E_t) }[/math] фирм одинаковы [math]\displaystyle{ \forall i }[/math][15]. Они удовлетворяют неоклассическим предпосылкам[16][5]:

1) технологический прогресс увеличивает производительность труда (нейтрален по Харроду): [math]\displaystyle{ Y_{it}=Y(K_{it}, L_{it}E_t) }[/math].

2) в производственной функции используются труд [math]\displaystyle{ L }[/math] и капитал [math]\displaystyle{ K }[/math] она обладает постоянной отдачей от масштаба: [math]\displaystyle{ Y(a K_i,a L_iE)=a Y(K_i,L_iE) }[/math].

3) предельная производительность факторов положительная и убывающая: [math]\displaystyle{ \frac{\partial Y_i}{\partial K_i}\gt 0, \frac{\partial^2 Y_i}{\partial K_i^2}\lt 0,\frac{\partial Y_i}{\partial L_i}\gt 0, \frac{\partial^2 Y_i}{\partial L_i^2}\lt 0 }[/math].

4) производственная функция удовлетворяет условиям Инады, а именно, если запас одного из факторов бесконечно мал, то его предельная производительность бесконечно велика, если же запас одного из факторов бесконечно велик, то его предельная производительность бесконечно мала: [math]\displaystyle{ \lim_{K_i \to 0}{\frac{\partial Y_i}{\partial K_i}}=\lim_{L_i \to 0}{\frac{\partial Y_i}{\partial L_i}}=+\infin, \lim_{K_i \to +\infin}{\frac{\partial Y_i}{\partial K_i}}=\lim_{L_i \to +\infin}{\frac{\partial Y_i}{\partial L_i}}=0 }[/math].

5) для производства необходим каждый фактор: [math]\displaystyle{ Y(K_i,0)=Y(0,L_iE)=0 }[/math].

Наиболее часто в качестве конкретного примера производственной функции, удовлетворяющей предпосылкам модели, используется производственная функция Кобба-Дугласа[16]:

[math]\displaystyle{ Y(K_{it},L_{it}E_t)=K_{it}^\alpha(L_{it}E_t)^{1-\alpha}, 0\lt \alpha\lt 1 }[/math],
где [math]\displaystyle{ \alpha }[/math] — эластичность выпуска по капиталу, [math]\displaystyle{ (1-\alpha) }[/math] — эластичность выпуска по труду.

Поскольку предполагается, что в экономике функционирует множество одинаковых фирм, предполагается наличие эффекта распространения знаний: работники могут обучать друг друга, и переходить из одной фирмы в другую, таким образом, фирмы получают внешний эффект от общего запаса капитала [math]\displaystyle{ K }[/math] (эффект перелива знаний) в экономике не неся никаких издержек[16]. Совокупный запас капитала [math]\displaystyle{ K_t }[/math] и совокупные трудовые ресурсы [math]\displaystyle{ L_t }[/math] в экономике равны сумме (в непрерывной постановке — интегралу) капитала и трудовых ресурсов отдельных фирм[13].

[math]\displaystyle{ \int_{0}^1K_{it}di=K_t, }[/math]
[math]\displaystyle{ \int_{0}^1L_{it}di=L_t }[/math].

В модели предполагается, что технический прогресс зависит от знаний, приобретённых работниками на практике (отсюда и название модели — обучения в процессе деятельности). А эти знания зависят сложности используемого оборудования, или в терминах модели — от общего объема задействованного в экономике капитала[17]. Размер фирм относительно общего размера экономики мал, потому каждая фирма считает значение [math]\displaystyle{ E_t }[/math] экзогенно заданным ([math]\displaystyle{ \frac{\partial E_{t}}{\partial K_{it}}=\frac{\partial K_{t}}{\partial K_{it}}=0 }[/math]), на которое её решения не влияют[13]:

[math]\displaystyle{ E_t=BK_t }[/math],
где [math]\displaystyle{ B }[/math] — технологический параметр, [math]\displaystyle{ B=const }[/math].

Население растет [math]\displaystyle{ L_t }[/math], равное в модели совокупным трудовым ресурсам, растет с постоянным темпом [math]\displaystyle{ n }[/math]: [math]\displaystyle{ L_t=L_0e^{nt}, n=const }[/math].

Индивид предлагает одну единицу труда (предложение труда неэластично) и получает натуральную заработную плату (в единицах товара). Функция полезности бесконечно живущего индивида-потребителя [math]\displaystyle{ u(c_t) }[/math] является сепарабельной, то есть потребление прошлых и будущих периодов не влияют на текущую полезность, влияет только потребление текущего периода. Она удовлетворяет условиям [math]\displaystyle{ u'(c)\gt 0, u''(c)\lt 0 }[/math] и условиям Инады (при потреблении, стремящемся к нулю, предельная полезность стремится к бесконечности, при потреблении, стремящемся к бесконечности, предельная полезность стремится к нулю): [math]\displaystyle{ \lim_{c \to 0} u'(c)=+\infin; \lim_{c \to \infty}u'(c)=0 }[/math], а также обладает постоянной эластичностью замещения [math]\displaystyle{ \frac{u''(c)}{u'(c)}c }[/math], и имеет вид[14]:

[math]\displaystyle{ U(c)=\int_{0}^{\infin}\frac {c^{1-\theta}-1} {1-\theta}e^{-(\rho-n) t}dt }[/math],
где [math]\displaystyle{ \rho }[/math] — коэффициент межвременного предпочтения потребителя, [math]\displaystyle{ \rho \gt 0, \rho = const }[/math].

Для поиска решения модели используются удельные показатели: выпуск на единицу труда [math]\displaystyle{ y=\frac{Y}{L} }[/math], запас капитала на единицу труда [math]\displaystyle{ k=\frac{K}{L} }[/math], потребление на единицу труда [math]\displaystyle{ c=\frac{C}{L} }[/math][17].

Задача потребителя

Доходы индивида расходуются либо на потребление, либо на увеличение активов (сбережений). Население растет темпом [math]\displaystyle{ n }[/math], поэтому активы на одного человека сокращаются с этим же темпом, то есть скорость изменения активов в каждый момент времени уменьшаются на [math]\displaystyle{ na_t }[/math]. Таким образом, производная активов по времени [math]\displaystyle{ \dot{a} }[/math], выступающая в качестве бюджетного ограничения индивида, имеет вид[14]:

[math]\displaystyle{ \dot{a}=w+ra_t-c-na_t }[/math].

Задача потребителя заключается в максимизации полезности [math]\displaystyle{ U }[/math] при бюджетном ограничении и при ограничении на отсутствие схемы Понци. Решение задачи потребителя аналогично модели Рамсея — Касса — Кумпанса. Поскольку бюджетное ограничение представлено как производная по времени, то задача потребителя представлена в виде задачи динамической оптимизации. Её решение можно найти путём построения функция Гамильтона и нахождения её максимума с помощью принципа максимума Понтрягина[18][5].

Искомое решение, называемое также правилом Кейнса — Рамсея[22], имеет вид:

[math]\displaystyle{ \frac {\dot{c}}{c}= \frac {1}{\theta}(r_t-\rho) }[/math],
где [math]\displaystyle{ \dot{c} }[/math] — производная потребления на единицу труда по времени.

Задача фирмы

С учетом принятых предпосылок, производственную функцию можно записать следующим образом[5]:

[math]\displaystyle{ \frac{Y_t}{K}=\frac{F(K_t.BK_tL_t)}{K}=F(1,BL_t)=\tilde{f}(L_t) }[/math].

Тогда[17]:

[math]\displaystyle{ y_t=\frac{Y_t}{K_t}\times\frac{K_t}{L_t}=k_t\tilde{f}(L_t) }[/math].

Поскольку производственная функция у фирм одинакова, задачу фирмы [math]\displaystyle{ i }[/math] по максимизации прибыли [math]\displaystyle{ \pi_i }[/math] можно записать в агрегированном виде[5]:

[math]\displaystyle{ \pi_i=F(K_{it},BK_{t}L_{it})-(r_t+\delta)K_{it}-w_tL_{it}=L_{it}(k_{t}\tilde{f}(L_{it})-(r_t+\delta)k_{it}-w_t)\to \max }[/math]

В условиях совершенной конкуренции, и учитывая, что производственные функции фирм одинаковые, предельные производительности факторов производства равны их ценам[18]:

[math]\displaystyle{ \frac{\partial Y_{t}}{\partial L}=w_t=K_t\tilde{f}'(L_{t}) }[/math],
[math]\displaystyle{ \frac{\partial Y_{t}}{\partial K}=r_t+\delta=\tilde{f}(L_{t})-L_t\tilde{f}'(L_t) }[/math].

Общее экономическое равновесие

Учитывая, что [math]\displaystyle{ a=k }[/math], обозначив темп роста потребления [math]\displaystyle{ g_c^*=\frac{\dot{c}}{c} }[/math], темп роста выпуска [math]\displaystyle{ g_y^*=\frac{\dot{y}}{y} }[/math] и подставив полученные из решения задачи фирмы значения [math]\displaystyle{ r_t }[/math] и [math]\displaystyle{ w_t }[/math] в уравнение динамики активов, получим[18]:

[math]\displaystyle{ \frac {\dot{c}}{c}=g_c^*= \frac {1}{\theta}(\tilde{f}(L_t)-L_t\tilde{f}'(L_t)-\delta-\rho) }[/math].

[math]\displaystyle{ g_c^*\lt g_y^* }[/math] противоречило бы условию трансверсальности, а [math]\displaystyle{ g_c^*\gt g_y^* }[/math] — бюджетному ограничению потребителя, потому в равновесном состоянии [math]\displaystyle{ g_c^*=g_y^* }[/math][23].

В рамках принятых предпосылок, [math]\displaystyle{ \tilde{f}(L_t)-L_t\tilde{f}'(L_t) }[/math] строго возрастает по [math]\displaystyle{ L_t }[/math][24]. Что можно показать на примере функции Кобба-Дугласа:

[math]\displaystyle{ \tilde{f}(L_t)-L_t\tilde{f}'(L_t)=(BL)^\alpha-\alpha B^\alpha L^{\alpha-1}=(1-\alpha)(BL)^\alpha }[/math].

Потому в модели присутствует эффект масштаба: чем больше рабочая сила [math]\displaystyle{ L }[/math], тем выше темпы роста[24].

Оптимальное экономическое равновесие

Поскольку в экономике присутствуют внешние эффекты, которые не учитываются фирмами при принятии решений (согласно предпосылкам, каждая фирма считает значение [math]\displaystyle{ E_t }[/math] экзогенно заданным), потому децентрализованное равновесие в модели не является оптимальным. В этой модели при централизованном планировании можно достичь более высокого равновесного уровня потребления [math]\displaystyle{ c }[/math][24]. Бюджетное ограничение для централизованного планирования можно записать в следующем виде[25]:

[math]\displaystyle{ \dot{k}=y_t-c_t-\delta k_t-nk_t=k_t\tilde{f}(L_t)-c_t-\delta k_t-nk_t }[/math],
где [math]\displaystyle{ \dot{k} }[/math] — производная запаса капитала на единицу труда по времени

Задачей централизованного планирования является максимизация потребления выглядит при заданном ограничении[25].

Решение этой задачи имеет вид[25]:

[math]\displaystyle{ \frac {\dot{c}}{c}=g_c^*= \frac {1}{\theta}(\tilde{f}(L_t)-\delta-\rho)=g_y^* }[/math].

Таким образом, темпы роста потребления и выпуска в модели при централизованном планировании выше, чем темпы роста при конкурентном равновесии[25][26][27].

Преимущества, недостатки, и дальнейшее развитие модели

Достоинством модели является то, что она, в отличие от более ранних моделей (модель Рамсея — Касса — Купманса, модель пересекающихся поколений) демонстрирует возможность устойчивого экономического роста без экзогенно задаваемых темпов научно-технического прогресса. Рост в модели основан на внешних эффектах от совокупного запаса капитала в экономике, за счет которых предельная производительность капитала [math]\displaystyle{ \frac{\partial Y}{\partial K} }[/math] не падает при увеличении запаса капитала [math]\displaystyle{ K }[/math]. Технологический прогресс в модели интерпретируется как следствие обучения в процессе деятельности работников[16], а накопление знаний сопутствует накоплению капитала[15].

Модель не предполагает ни абсолютной, ни условной конвергенции, так как темпы роста не падают с ростом объёма выпуска, а значит, в рамках её предпосылок бедные страны не могут догнать богатые[28]. Это более реалистичный вывод, чем у моделей Солоу и Рамсея — Касса — Купманса, предполагавших, что при одинаковых структурных параметрах, бедные страны должны догонять богатые. В большинстве случаев бедные страны действительно не могут догнать богатые[29], хотя единичные примеры таких стран известны (японское экономическое чудо, корейское экономическое чудо). Более того, в модели обучения в процессе деятельности различия, существующие между странами, со временем только нарастают, а значит, бедные страны не только не могут догнать богатые, но и все больше отстают от них. Такой вывод представляется чрезмерно пессимистичным по отношению к развивающимся странам и эмпирически не подтверждается[30].

Существенным недостатком модели является прямая зависимость темпов роста от объёма трудовых ресурсов [math]\displaystyle{ L }[/math], которую сам Ромер объясняет эффектом перелива знаний, который позволяет каждой фирме получать внешний эффект от всего объёма капитала в экономике. На практике же ещё имеется разная степень связанности экономики внутри и между регионами, неоднородная интегрированность (например, связи между разными регионами России могут быть менее тесными, чем между странами Евросоюза), что требует введения в модель некого коэффициента степени распространения знаний[31]. Помимо этого, прямая зависимость темпов роста от объёма трудовых ресурсов [math]\displaystyle{ L }[/math] предполагает, что большие (с точки зрения населения) страны должны расти существенно быстрее малых, что не нашло эмпирического подтверждения[28]. Более того, модель предполагает, что при наличии роста населения темпом [math]\displaystyle{ n }[/math], рост ВВП на душу населения будет ускоряться, так как [math]\displaystyle{ \tilde{f}(L_t)-L_t\tilde{f}'(L_t) }[/math] строго возрастает по [math]\displaystyle{ L_t }[/math], но в реальности же исследователи отмечали, что многие развивающиеся страны попадают мальтузианскую ловушку, когда слишком быстрый рост населения приводит к снижению уровня ВВП на душу населения даже при условии, что экономика в целом растет, но меньшими темпами, чем население (см. неомальтузианство). Многие исследователи показывали, что большие страны не растут быстрее малых. Например, Чарльз Джонс показал, что такая предпосылка не соответствует эмпирическим данным. В своей работе Джонс предложил модель[англ.], объясняющую полученные результаты, являющуюся упрощённой модификацией модели растущего разнообразия товаров[32].

Ранние исследования, использовавшие данные по промышленному производству в США, обнаружили, что в некоторых отраслях наблюдается положительное влияние опыта на производительность труда[33]. Но более поздние оценки производственной функции США не подтвердили наличия статистически значимых внешних эффектов от размера капитала[34]. Но даже ранние исследования фиксировали лишь незначительные внешние эффекты, намного меньшие, чем предсказываемое по модели влияние капитала. В модели в понятие «капитал» включается много различных типов деятельности: физический капитал, человеческий капитал, обучение, создание новых продуктов. Из-за того, что столь различные понятия объединены в одну переменную [math]\displaystyle{ K }[/math], модель носит достаточно ограниченный характер[26].

Тем не менее модель обучения в процессе деятельности внесла свой вклад в понимание источников экономического роста, обратив внимание исследователей на эффект перелива знаний, а также на тот факт, что знания и идеи являются неконкурентным товаром[35].

Примечания

Литература