数学在经济学中的意义（已更新）

贾大松鼠

经济学与数学的关系，是自打我高中开始思考大学专业的时候开始就困惑的一个问题。仿佛很多人都说学经济，需要数学好。而数学在经济学中的意义，是我直到念了博士，才一点点理解。
$ {( W+ y, d4 K+ M" ^% o5 T大松鼠感觉，经济学差不多算是社会科学中最广为人念叨的学科了。念叨着可以用来在股市上赔钱，还可以用作在微博上大骂国家政策。
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不过，经济学本身的研究，与这些人的区别，据大松鼠体会，大抵有两个不同。

一是，在理论问题上更加抽象，二是，在实证问题上更加量化。虽然仿佛“抽象”和“量化”二词，都和数学有着紧密的联系，但是也不尽其然。

% [* p, w# R2 E, `这个帖子先说抽象。下个帖子说量化。（量化在第13楼）
# y1 w% l7 \6 @+ A$ ~* r  U& i" S8 ^: [
所谓抽象，是指把很多具体的例子，总结成一个例子。而这“一个”例子，必须包含了众多具体例子中的最重要的特征。而这“一个”例子，必须是可以解的。否则，问题放在那里，也没什么意义。这个从众多到“一个”的总结过程，实际上是一个由繁至简的过程。这个过程，不一定需要高深的数学。举个经典的例子，乔治安科洛夫1970年的著作：《The Market for Lemons: Quality Uncertainty and the Market Mechanism》，这篇开启整个不对称信息研究，也使其与斯蒂格利茨一起获得2001诺奖的文章，就没用任何超出高一上学期数学的知识，最难的数学知识，是分段函数。
( \. S" B: S" V( D' J( D# H
那么，高端的数学用在了哪里了？在理论问题的研究上，高端的数学主要运用在研究人与人之间物物交换最基本的假设上。经济学最最基本的假设，是假设一个人choice，是基于utility function的。而这个choice和这个utility function之间的关系，就非用数学而说不清了。首先，人的选择，可以用通过分析函数的最值来分析么，这个函数是连续可导的么，人的选择的空间，是稠密的么？这个函数，是凹函数还是凸函数？
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问题接踵而至。大松鼠在这里，当然不是为了要讲解这些数学问题，只是认为，其实越是简单的问题，越需要深入到最根本假设上的思考，越需要严谨，越困难。

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量化在第13楼~~

人在江湖

牛啊。高中就开始思考了

gordon

! m7 i: c4 h8 H+ D
9 B% T! N% a$ [+ Q. J经济学和数学差不多都是在论证最简单的道理。但是不挣钱，数学就没有干工程的挣钱
! q+ B4 Q5 L$ ^, r  g. A$ G+ d
经济学又有点像理论物理，总是自己在创造理论，呵呵
& B# ~- F% |4 _, E6 B
6 Y" W7 c/ |8 R2 _理论有点像货币，可以流通和实物进行交换，但理论又不是实物，它是一种指代关系

! U' z4 D2 b, \- j外行人瞎说的，别当真

- e* l9 @( T- c6 y1 p  ?$ j

假如十八

这个说utility function处处都有不可导，因为收益和损失效应不同，数学上怎么表示的？

贾大松鼠

假如十八 发表于 2014-1-8 21:25
这个说utility function处处都有不可导，因为收益和损失效应不同，数学上怎么表示的？ ...

+ ?7 ?9 a3 Y( f5 ^/ c收益和损失效应不同？木有听过这样说的。。
效用函数就是效用。。。收益效用啥意思~~
( G9 ^2 x: j' |, U你的意思是marginal utility不同是么？大概是一个函数从左边求导不等于右边求导？
. o2 m8 i7 ~3 t, _0 @# o只要是不连续的函数，都是不可导的~~

假如十八

贾大松鼠 发表于 2014-1-9 10:44
收益和损失效应不同？木有听过这样说的。。
' K9 I7 Z$ m# j6 ^7 S; K0 g+ N8 X效用函数就是效用。。。收益效用啥意思~~
' [  n7 R8 b8 v: [: s- k  W+ g你的意思是marginal ...

就是marginal utility不同。sorry我的讲法不规范。
% S0 F, r; X2 _3 x9 m: w
$ |0 @! S+ I% u8 D$ `这种处处不可导的utility function真的用的多么？

贾大松鼠

gordon 发表于 2014-1-8 20:09
" k# J, N0 `( S( X3 n$ K经济学和数学差不多都是在论证最简单的道理。但是不挣钱，数学就没有干工程的挣钱

! v# H2 G( y8 c1 S" K" i5 ^经济学又有点像理论物理 ...

# F* p0 N- z2 B+ M嘎嘎~~我觉得挺对的呀~~确实有点像货币，是人创造出来的~~也不是实物。我觉得经济学和数学在研究方法上确实挺像的，都是人创造出来一个概念，然后去研究它。不像物理化学生物，研究的都以自然界的物体为基础的。
不过经济需要数学，数学不需要经济~~嘿嘿~~

贾大松鼠

假如十八 发表于 2014-1-8 21:46
就是marginal utility不同。sorry我的讲法不规范。

* T4 }: _+ _/ M" l+ i, N2 a2 u这种处处不可导的utility function真的用的多么？ ...

" v0 ]4 J/ j2 G几乎没有呗~~这种微观经济学的理论，把它讲出来的时候，要非常的严谨，比如就是把这种处处不可导的函数给rule out。讲完了，就把这些特例扔掉了。
, T, ?6 o; P- V0 W# [, ]% |+ |因为应用这些理论，来解决实际问题的时候，绝不会用到这样特殊的函数。如果不可导，那么求不了边际效用，那么什么都解不下去了~~

假如十八

贾大松鼠 发表于 2014-1-9 11:13
几乎没有呗~~这种微观经济学的理论，把它讲出来的时候，要非常的严谨，比如就是把这种处处不可导的函数给 ...

所以行为经济学离实用还有挺长的路要走，可以这样说吗？

Dracula

假如十八 发表于 2014-1-9 10:46
就是marginal utility不同。sorry我的讲法不规范。

( U/ i4 E9 i% D' J1 i这种处处不可导的utility function真的用的多么？ ...

; W' ~0 {' t% v4 \( ]( a6 j& Y你说的是loss aversion，比如投资，损失带来的痛苦大于同样获利带来的快乐。如果涉及的数额很小，在Von Neumann Morgenstern expected utility theory里，人是风险中性，对有些实验和事实难以解释。行为经济学为解释这些提出Prospect Theory模型，我对这个领域了解的不是很多，不多写了，这是Wikipedia上的简单介绍。
; \& E4 h! }3 j& f4 F
3 A, m8 d! a. Y; L$ B! Z2 @9 Ihttp://en.wikipedia.org/wiki/Prospect_theory

7 e( r& q. C! ]' I1 U% N: L经济学里的模型永远只能是对现实世界的一种简化和近似，里面肯定有很多假设同现实相违背，需要我们这些模型的使用者来决定这些违背是否重要。我遇到的大多数问题，效用函数可不可导并不是问题的核心。如果不可导，推不出漂亮的数学定理，但是对结果并没有太大的影响，比如解出的函数不是单调增加，而是在绝大多数点上增加，对实际应用没有太大影响。
( B# `, X( u3 p9 ]3 {
7 P. ~8 H# y  _+ S$ Y/ p

假如十八

不好意思打岔了。。。松鼠继续，花等下文

天马行空

gordon 发表于 2014-1-9 09:09
% ]9 B7 u0 x( B3 n# b7 ^2 n3 M经济学和数学差不多都是在论证最简单的道理。但是不挣钱，数学就没有干工程的挣钱
* Z. z; Z  O3 R  z
经济学又有点像理论物理 ...

经济学还能挣钱的。
( f! ]) {* [2 o9 i" ]

( g. U4 M. O2 r/ U) k理论物理真中枪，只能当作修身养性

贾大松鼠

下面就要来说说“量化”了~~
对于一个经济学的问题得到一个量化的答案，可以有两种途径。第一种，从理论模型而来。之前说过了，大体上，理论模型就是一个函数在给定区间内求最值的问题。给函数以特定的参数之后，量化结果就由函数最大化而的出来了。这里最关键的，就是找到这个特定的参数。
术语上来讲，叫calibration。
怎么找呢？基本上就是来match empirical data。

上面这种方法，大松鼠叫做从内部入手解决量化问题。
那么还有一种方法，是从外部入手解决量化问题。
——计量的方法。
  N7 _) J; [: }, d  J
, V$ {% b/ w5 F9 [% p8 M& `3 b+ {计量，可以用来检验一个理论模型是否符合实际，也可以直接作为研究问题的方法。

下面我提几个问题，
比如，大量的移民对于美国本地工人的工资有多大影响？
% Z" K2 d2 x) S9 v* F4 x- H再比如，一个人的身高对他的工资有没有什么正面还是负面的影响
) D' X) d+ a% \  k, d* m' r再再比如，如果多看电视的话，会不会容易引起儿童患自闭症？
这些问题，不太容易从建模的角度去分析，因为不好把它写作一个agent来求utility最大化的问题。那么怎么办呢？我们从外部，不用参数模型，而直接用数据本身，得出答案。
术语上叫做regression。
$ E1 g0 E, Q6 Z1 F0 Q6 d( D3 ^/ X7 ]' c而这里，就会遇到一定难度的数学问题了。基本上，是统计学的问题。
, p6 o2 F" Z7 D- h* Q, j: t
最先遇到的问题，是统计学上的大数定理，是否可以应用。
每个观测到的数据之间是否是独立的。
6 W; J: }5 x) L0 P  S! N比如时间序列函数，每个数据之间就不是独立的。因为今年的GDP高了，明年的GDP很可能也是高的。
这个数据本身，是连续的数值么？还是1或0呢？还是0或连续正数呢？（比如工资）
: T$ K$ u+ z' m( L, Q0 G' j+ s这一系列的问题，都跟统计学有极强的联系。
# T3 R) \! Z$ @- \! _
于是统计学分出来，与经济学强烈的causality的逻辑联系在一起，出来了计量经济学。
( i6 c$ b2 N! c& b5 m$ f% v* ^这个计量经济学，又深入到其他社会学学科领域，
; |: [3 B* u& X- x. |5 D" l8 F至少我知道的，政治学和社会学，前沿的研究，都与计量经济学有关。

' U( f/ ?4 K' J+ `. G$ m" X$ }经济学用它独特的量化分析，统领着整个社会科学研究。

万里风中虎

效用方程的描述是最困难的，而且从个人效用再到集体效用也是难点。

万里风中虎

贾大松鼠 发表于 2014-1-12 10:32
  g# b2 y0 G8 B0 l4 @1 ~. V下面就要来说说“量化”了~~
( p3 w) b! J1 J0 p3 X对于一个经济学的问题得到一个量化的答案，可以有两种途径。第一种，从理论模 ...

4 m3 R0 [5 n6 k0 J0 `所以有人说经济学是帝国主义。实际上是经济学中的工具比较好用，可以为其他学科服务。同样，其他学科中的佼佼者也可以轻松地进入到经济学领域，只要他们的技术足够强。

假如十八

万里风中虎 发表于 2014-1-12 17:06
效用方程的描述是最困难的，而且从个人效用再到集体效用也是难点。

这个我有个模模糊糊想到的问题。
3 n- t$ q5 I3 H
比如金融里面每个人对股票变化方向的判断有个概率，再加上自己的风险偏好，是不是在某种程度上就是风险中性概率？这个也是从个人的估计到市场的估计。
1 a, r0 L8 X1 q) Y  x* x3 `
4 ~" E) D; X8 R9 B- }这样从单个个体到集体的归纳，好像很多时候都不能直接用概率分布加以概括，因为彼此有扩散的作用，还有时间前后的相互影响。有没有什么数学模型专门做这种的？agent based simulation现在是不是已经发展到允许归纳经验公式的程度了？

假如十八

假如十八 发表于 2014-1-12 18:15
这个我有个模模糊糊想到的问题。

7 F0 S* `+ l* r比如金融里面每个人对股票变化方向的判断有个概率，再加上自己的风险偏 ...

万里风中虎  有，以前的千里烟波就是做这个贝叶斯模拟的，这是一个大流派。我不是搞这个的，只能做经验统计。
( l. m! G6 R$ V5 N( ^2 R' U
7 X' T) I7 J+ ~' {多谢老虎，这就去看。以前没注意看千里烟波的帖子。

Dracula

贾大松鼠 发表于 2014-1-12 10:32
3 y! j: h  \% w& J  f& E3 y2 @下面就要来说说“量化”了~~
4 m+ \# @. d. d& I! n对于一个经济学的问题得到一个量化的答案，可以有两种途径。第一种，从理论模 ...

$ E4 r- }2 b6 N! O- uCabibration其实做的就是moment matching，可以被看作是不太规范的GMM。区别就是他们对模型对现实的模拟近似程度不是那么自信，不做Goodness of Fit的检测。

Dracula

假如十八 发表于 2014-1-12 18:15
  {% _2 [) ?8 S! Y2 w5 ^这个我有个模模糊糊想到的问题。
  ^3 ~& r5 o2 ]4 L
比如金融里面每个人对股票变化方向的判断有个概率，再加上自己的风险偏 ...

! u; @8 D- y( ], n+ M
由单一偏好到集体偏好的归纳在一般情况下不能实现，这就是有名的Arrow Impossibility Theorem的结果。具体什么情况下这一点能实现，MWG的教科书里专门有一章，你可以找来研究一下。
5 z; P- z9 ~5 i- e% ]# ]' m2 q
金融经济学里假设的representative agent，也是在这些限制条件都满足的条件下，才成立。这个假设对模型的推导出的结果有多关键，我不太清楚。
1 ?7 W( i& B( K) g, T' D; w( ~8 @
9 h7 b9 X3 p6 U; d  E金融经济学基本上都是使用期待效用理论的框架，一般假设每个人是risk-averse（我前面说的risk-neutral是在涉及金额很小的情况下的近似结果），因此有risk premium，风险高的资产预期收益必须高，以补偿风险。但是金融经济学还有一个risk-neutral probability，涉及的数学有点高深，说的是存在着一个新的probability measure，在这个新的measure下，资产的定价就好像representative agent是风险中性的了。