Модель Удзавы — Лукаса

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

Модель Удзавы — Лукаса (модель Лукаса англ. Uzawa—Lucas model) — двухсекторная модель эндогенного экономического роста в условиях совершенной конкуренции, показывающая возможность существования устойчивого экономического роста, обусловленного внешними эффектами от накопления персонифицированного человеческого капитала в секторе образования. В модели показано, что решения экономических агентов об уровне образования могут быть источником устойчивого экономического роста наряду с научно-техническим прогрессом. Модель Удзавы — Лукаса вклад в изучение человеческого капитала и внешних эффектов от него. Первоначальная версия модели была разработана Хирофуми Удзавой в 1965 году, которая затем была существенно дополнена Робертом Лукасом в 1988 году.

История создания

После того, как Пол Ромер разработал модель обучения в процессе деятельности, исследователи обратились к теме внешних эффектов от запаса капитала, с помощью которых можно было показать возможность наличия устойчивых темпов роста без экзогенно задаваемых темпов научно-технического прогресса. В модели Ромера внешние эффекты происходили от совокупного физического запаса капитала и через эффект перелива знаний распространялись на всю экономику. Будущий лауреат Нобелевской премии по экономике Роберт Лукас предложил иное толкование: по его мнению, внешние эффекты происходили от человеческого капитала. За основу он взял модель Хирофуми Удзавы, изложенную в работе «Оптимальные технические изменения в агрегированной модели экономического роста», изданной в журнале International Economic Review  (англ.) в январе 1965 года[1]. В модели Удзавы рассматривалась экономика, в которой темпы научно-технического прогресса зависят от доли трудовых ресурсов, занятых в образовательном секторе. Однако в модели Удзавы была постоянная отдача от физического и человеческого капитала была постоянной, а внешние эффекты отсутствовали. Роберт Лукас изложил свою модель в лекциях в Кембриджском университете в 1985 году[2], её основные положения были позже изложены работе «О механике экономического развития», изданной в журнале Journal of Monetary Economics в июле 1988 года[3]. Лукас добавил в модель Удзавы внешний эффект от среднего уровня образования в экономике[4], тем самым существенно усложнив её: теперь отдача от капитала стала переменной во времени, индивидуальная и общественная отдача от образования стали различными, и, следовательно, решения для конкурентной и централизованной экономики стали различными[5]. Похожая постановка в модели, предложенной другим будущим лауреатом Нобелевской премии по экономике Полом Кругманом в 1987 году, однако в постановке Лукаса более четко обозначен внешний эффект от образования, считающийся внешним для каждого отдельного производителя, но при этом являющийся результатом решения экономических агентов[2]. Итоговую модель назвали моделью «Удзавы — Лукаса»[6][7][8][9] (также встречается название «модель Лукаса»[10][11][12][13]).

Описание модели

Базовые предпосылки модели

В модели рассматривается закрытая экономика. Фирмы максимизируют свою прибыль, а потребителиполезность. Экономика функционирует 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]. 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 в модели отсутствует. Время [math]\displaystyle{ t }[/math] изменяется непрерывно[3].

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

Производственная функция задается следующей формулой[3]:

[math]\displaystyle{ Y_t=AK_t^\alpha (uH_t)^{1-\alpha}\bar{h_t}^\beta }[/math],
где [math]\displaystyle{ A }[/math] — технологический параметр, [math]\displaystyle{ A = const }[/math], [math]\displaystyle{ K_t }[/math] — совокупный запас физического капитала, [math]\displaystyle{ u }[/math] — доля населения, занятого в производстве, [math]\displaystyle{ 0\lt u\lt 1 }[/math], [math]\displaystyle{ \bar{h_t}^\beta }[/math] — внешний эффект от среднего уровня образования в экономике, [math]\displaystyle{ 0 \lt \beta \lt 1 }[/math], [math]\displaystyle{ \alpha }[/math] — эластичность выпуска по физическому капиталу, [math]\displaystyle{ 0 \lt \alpha \lt 1 }[/math], [math]\displaystyle{ H_t }[/math] — совокупный запас человеческого капитала, [math]\displaystyle{ H_t=h_tL_t }[/math],
где [math]\displaystyle{ L_t }[/math] — население равное в модели трудовым ресурсам, [math]\displaystyle{ L=L_0e^{nt} }[/math], [math]\displaystyle{ n=const }[/math], [math]\displaystyle{ h_t }[/math] — уровень квалификации работников.

Для человеческого и физического капиталов выполняются условия отсутствия схемы Понци (финансовой пирамиды)[3]:

[math]\displaystyle{ \lim_{t \to \infty}K_te^{-\int\limits_{0}^{t}(r(\nu)-n)d\nu}\geq0 }[/math],
[math]\displaystyle{ \lim_{t \to \infty}h_tL_te^{-\int\limits_{0}^{t}(r(\nu)-n)d\nu}\geq0 }[/math],
где [math]\displaystyle{ r }[/math] — ставка процента в экономике.

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=-\theta }[/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].

Сектор образования описывается следующим уравнением[15]:

[math]\displaystyle{ \dot{h}=\gamma(1-u)h_t }[/math],
где [math]\displaystyle{ \dot{h} }[/math] — производная уровня квалификации по времени, [math]\displaystyle{ (1-u) }[/math] — доля населения, занятого повышением квалификации, [math]\displaystyle{ \gamma }[/math] — коэффициент производительности сектора образования, [math]\displaystyle{ \gamma \gt 0 }[/math], [math]\displaystyle{ \gamma = const }[/math].

Решение индивида об уровне образования

Индивидуум принимает решение об уровне образования исходя из максимизации своего дохода [math]\displaystyle{ z }[/math][15]:

[math]\displaystyle{ z=\int_{S}^{N}h(S)w_te^{-rt}dt=\int_{S}^{N}e^{\gamma S+g_wt-rt}dt=\frac{e^{\gamma S+g_tN-rN} -e^{\gamma S+g_wS-rS}}{g_w-r} \to max }[/math],

где [math]\displaystyle{ N }[/math] — общий объём времени экономического агента, [math]\displaystyle{ S }[/math] — время, потраченное на обучение, [math]\displaystyle{ h(S)=e^{\gamma S} }[/math] — уровень образования индивида исходя из предпосылки [math]\displaystyle{ \dot{h}=\gamma(1-u)h_t }[/math], [math]\displaystyle{ w_t=e^{g_wt} }[/math]— уровень заработной платы, где [math]\displaystyle{ g_w=\frac{\dot{w}}{w} }[/math] — темп роста заработной платы, [math]\displaystyle{ g_w \lt r }[/math].

Условие максимума[16]:

[math]\displaystyle{ \frac{\partial z}{\partial S}=\frac{\gamma e^{\gamma S+g_wN-rN}-(\gamma+g_w-r)e^{\gamma S+g_wS-rS}}{g_w-r} =0 }[/math],

Решение этого уравнения в виде оптимального времени обучения [math]\displaystyle{ S^* }[/math] выглядит следующим образом[16]:

[math]\displaystyle{ S^*=N-\frac{1}{(g_w-r)}ln(1+\frac{g_w-r}{\gamma}) }[/math]

Если принять дополнительную предпосылку о том, что экономический агент тратит на учёбу значительно меньшую часть своей жизни, чем на работу ([math]\displaystyle{ N\gt \gt S }[/math]), или же, по аналогии с моделью пересекающихся поколений, считая, что человеческий капитал передается по наследству, а альтруистические связи между поколениями делают поведение домохозяйства аналогичным поведению бесконечно живущего индивида ([math]\displaystyle{ N \to \infin }[/math]), мы получаем, что[16]:

[math]\displaystyle{ -\frac{\gamma}{g_w-r}=1\Rightarrow r=\gamma + g_w }[/math].

Задача потребителя и общее экономическое равновесие

Задача потребителя в модели заключается в максимизации полезности при условии ограничений на темп роста капитала и на темп роста квалификации работников. Отдельный индивидуум в условиях совершенной конкуренции не влияет на средний уровень образования в экономике, потому в конкурентном равновесии [math]\displaystyle{ \frac{\partial \bar{h_t}}{\partial {h_{it}}}=0 }[/math][3][17].

[math]\displaystyle{ U(c) \to \max }[/math]
при условиях:
[math]\displaystyle{ \dot{K}=I_t=Y_t-C_t=AK_t^\alpha(uh_tL_t)^{1-\alpha}\bar{h}_t^\beta-cL_t }[/math],
[math]\displaystyle{ \dot{h}=\gamma (1-u)h_t }[/math],
[math]\displaystyle{ \lim_{t \to \infty}K_te^{-\int\limits_{0}^{t}(r(\nu)-n)d\nu}\geq0 }[/math],
[math]\displaystyle{ \lim_{t \to \infty}h_tL_te^{-\int\limits_{0}^{t}(r(\nu)-n)d\nu}\geq0 }[/math],
где [math]\displaystyle{ \dot{K} }[/math] — производная запаса капитала по времени.

Для поиска равновесия составляется функция Гамильтона и находится её максимум при помощи принципа максимума Понтрягина[15].

Искомый равновесный темп роста выпуска [math]\displaystyle{ g_Y^*=\frac{\dot{Y}}{Y} }[/math] и потребления [math]\displaystyle{ g_C^*=\frac{\dot{C}}{C} }[/math] имеет следующий вид[3]:

[math]\displaystyle{ g_C^*=g_Y^*=\frac{(\gamma-\rho+n)(1-\alpha+\beta)}{\theta(1-\alpha)-(1-\theta)\beta}+n }[/math].

Темп роста выпуска на душу населения [math]\displaystyle{ g_y^*=\frac{\dot{y}}{y} }[/math] и потребления и потребления на душу населения [math]\displaystyle{ g_c^*=\frac{\dot{c}}{c} }[/math] имеет следующий вид[21][3]:

[math]\displaystyle{ g_c^*=g_y^*=\frac{(\gamma-\rho+n)(1-\alpha+\beta)}{\theta(1-\alpha)-(1-\theta)\beta} }[/math].

Равновесный темп роста заработной в модели платы [math]\displaystyle{ g_w^* }[/math] имеет вид[22][3]:

[math]\displaystyle{ g_w^*=\frac{(\gamma-\rho+n)\beta}{\theta(1-\alpha)-(1-\theta)\beta} }[/math].

Оптимальное экономическое равновесие

Поскольку в модели присутствуют внешние эффекты, которые не учитываются потребителями при принятии решения об уровне образования ([math]\displaystyle{ \frac{\partial \bar{h_t}}{\partial {h_{it}}}=0 }[/math]), то децентрализованное равновесие не является оптимальным. Потому в модели при централизованном планировании можно достичь более высокого уровня потребления [math]\displaystyle{ c }[/math]. При централизованном планировании [math]\displaystyle{ \bar{h_t}=h_t }[/math], и задача централизованного планирования выглядит следующим образом[3][23].

[math]\displaystyle{ U(c) \to \max }[/math]

При условиях:

[math]\displaystyle{ \dot{K}=I_t=Y_t-C_t=AK_t^\alpha(uh_tL_t)^{1-\alpha}h_t^\beta-cL_t }[/math],
[math]\displaystyle{ \dot{h}=\gamma (1-u)h_t }[/math],
[math]\displaystyle{ \lim_{t \to \infty}K_te^{-\int\limits_{0}^{t}(r(\nu)-n)d\nu}\geq0 }[/math],
[math]\displaystyle{ \lim_{t \to \infty}h_tL_te^{-\int\limits_{0}^{t}(r(\nu)-n)d\nu}\geq0 }[/math].

Для поиска равновесия составляется функция Гамильтона и находится её максимум при помощи принципа максимума Понтрягина[3].

Искомый равновесный темп оптимальный роста выпуска [math]\displaystyle{ g_Y^{**}=\biggl(\frac{\dot{Y}}{Y}\biggr)_{opt} }[/math] и потребления [math]\displaystyle{ {\displaystyle g_{C}^{**}={\biggl (}{\frac {\dot {C}}{C}}{\biggr )}_{opt}} }[/math] имеет следующий вид[3]:

[math]\displaystyle{ g_C^{**}=g_Y^{**}=\frac{1}{\theta}\biggl(\gamma \frac{1-\alpha+\beta}{1-\alpha}-\rho+n \biggr)+n }[/math].

Темп роста выпуска на душу населения [math]\displaystyle{ g_y^{**}=\biggl(\frac{\dot{y}}{y}\biggr)_{opt} }[/math] и потребления и потребления на душу населения [math]\displaystyle{ g_c^{**}=\biggl(\frac{\dot{c}}{c}\biggr)_{opt} }[/math] имеет следующий вид[24][3]:

[math]\displaystyle{ g_c^{**}=g_y^{**}=\frac{1}{\theta}\biggl(\gamma \frac{1-\alpha+\beta}{1-\alpha}-\rho+n \biggr) }[/math].

Ставка процента [math]\displaystyle{ r^{**} }[/math], соответствующая оптимальным темпам роста, имеет следующий вид[24][3]::

[math]\displaystyle{ r^{**}=\gamma \frac{1-\alpha+\beta}{1-\alpha} }[/math].

Таким образом, темпы роста потребления выпуска и заработной платы в модели при централизованном планировании выше, чем при конкурентном равновесии[24]. Однако при отсутствии внешнего эффекта от уровня образования (если [math]\displaystyle{ \beta=0 }[/math]), темпы роста выпуска в централизованном и конкурентном состоянии совпадают и равны[24]:[math]\displaystyle{ g_C=g_Y=\frac{1}{\theta}(\gamma -\rho+n)+n }[/math], а заработная плата не растет ([math]\displaystyle{ g_w=0 }[/math]), и модель превращается в полный аналог изначальной модели Удзавы.

Влияние государственной политики на равновесие в модели

Модель Узавы-Лукаса, равновесие и государственная политика

Графически равновесие в модели показано на иллюстрации. Синяя линия показывает общую отдачу от образования для экономики ([math]\displaystyle{ r^{**} }[/math]). Зелёная линия показывает отдачу от образования для отдельного индивида. Красная линия обозначает финансовые ограничения индивида (сбережения). Точка [math]\displaystyle{ E_0 }[/math] — пересечение финансовых ограничений и отдачи от образования для индивида, конкурентное равновесие. Точка [math]\displaystyle{ O_0 }[/math] — пересечение финансовых ограничений и отдачи от образования для экономики, оптимальное (централизованное) равновесие. Точка [math]\displaystyle{ M }[/math] — пересечение персональной и социальной отдачи от образования, максимально возможные темпы роста при текущем уровне внешних эффектов от образования [math]\displaystyle{ \beta }[/math]. Для темпов роста, превышающих темпы в точке [math]\displaystyle{ M }[/math], необходимо, чтобы отдача от образования для индивида превышала общую отдачу от образования для экономики, что при положительном внешнем эффекте от образования невозможно[24].

Государственная политика может влиять на равновесие двумя способами. Первый вариант — стимулирование образования. Увеличение расходов на образование делает его производительность [math]\displaystyle{ \gamma }[/math] выше, что сдвигает линию отдачи от образования для индивида (зелёную линию) вверх, равновесие сдвигается в точку [math]\displaystyle{ E_1 }[/math], приближая его к точке [math]\displaystyle{ O_0 }[/math]: темпы роста [math]\displaystyle{ g_Y }[/math]и процентная ставка [math]\displaystyle{ r }[/math] вырастут. Оптимальное равновесие не меняется[25].

Второй вариант — поощрение сбережений (в том числе и через повышение их доходности). в этом случае линию финансовых ограничений (красную линию) индивида вправо, равновесие сдвигается в точку [math]\displaystyle{ E_2 }[/math]: темпы роста [math]\displaystyle{ g_Y }[/math]и процентная ставка [math]\displaystyle{ r }[/math] вырастут. Однако оптимальное равновесие также изменится, оно сдвинется в точку [math]\displaystyle{ O_1 }[/math], приближаясь к точке [math]\displaystyle{ M }[/math][26].

Возможно и одновременное применение обеих политик, тогда равновесие сдвинется в точку [math]\displaystyle{ E_3 }[/math], в которой темпы роста [math]\displaystyle{ g_Y }[/math]и процентная ставка [math]\displaystyle{ r }[/math] выше, чем в точках [math]\displaystyle{ E_1 }[/math] и [math]\displaystyle{ E_2 }[/math][26].

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. Модель не была первой, в которой человеческий капитал интегрирован в производственную функцию, однако, в отличие от модели Менкью — Ромера — Вейла, экономический рост в модели является эндогенным. Он основывается на накоплении человеческого капитала [math]\displaystyle{ H_t }[/math] в форме повышения уровня образования, который усиливается на внешними эффектами от распространения знаний в экономике. Таким образом, в модели Удзавы — Лукаса показано, что решения экономических агентов об уровне образования могут быть источником устойчивого экономического роста наряду с научно-техническим прогрессом[26], тем самым показав важность изучения человеческого капитала и внешних эффектов от него[10]. Благодаря этому, модель привлекла внимание многих исследователей к зарождающейся теории эндогенного экономического роста[10].

Также как и модель обучения в процессе деятельности, модель Удзавы — Лукаса 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[27]. 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[28], 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 всё больше отстают от них. Такой вывод представляется чрезмерно пессимистичным по отношению к развивающимся странам и эмпирически не подтверждается[29].

В отличие от модели обучения в процессе деятельности, устойчивые темпы роста в модели Удзавы — Лукаса не зависят от масштаба экономики [math]\displaystyle{ L_t }[/math], что является более реалистичным выводам, поскольку в ряде исследований было показано, 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[30].

Вместе с тем, эмпирические исследования показали очень слабое влияние внешних эффектов от человеческого капитала на совокупный выпуск (исследования Дж. Рауча[31], Д. Аджемоглу и Дж. Ангриста[32], Э. Дюфло[33], Э. Моретти[34], А. Чикконе и Дж. Пери[35]). Потому, модель не дала исчерпывающего ответа на вопрос о причинах экономического роста, хотя и внесла вклад в их понимание[10].

Примечания

Литература