一个简单的基于agent的经济空间模型：政策工具

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英文标题：
《A simple agent-based spatial model of the economy: tools for policy》
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作者：
Bernardo Alves Furtado and Isaque Daniel Rocha Eberhardt
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最新提交年份：
2016
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英文摘要：
  This study simulates the evolution of artificial economies in order to understand the tax relevance of administrative boundaries in the quality of life of its citizens. The modeling involves the construction of a computational algorithm, which includes citizens, bounded into families; firms and governments; all of them interacting in markets for goods, labor and real estate. The real estate market allows families to move to dwellings with higher quality or lower price when the families capitalize property values. The goods market allows consumers to search on a flexible number of firms choosing by price and proximity. The labor market entails a matching process between firms (location) and candidates (qualification). The government may be configured into one, four or seven distinct sub-national governments. The role of government is to collect taxes on the value added of firms in its territory and invest the taxes into higher levels of quality of life for residents. The model does not have a credit market. The results suggest that the configuration of administrative boundaries is relevant to the levels of quality of life arising from the reversal of taxes. The model with seven regions is more dynamic, with higher GDP values, but more unequal and heterogeneous across regions. The simulation with only one region is more homogeneously poor. The study seeks to contribute to a theoretical and methodological framework as well as to describe, operationalize and test computer models of public finance analysis, with explicitly spatial and dynamic emphasis. Several alternatives of expansion of the model for future research are described. Moreover, this study adds to the existing literature in the realm of simple microeconomic computational models, specifying structural relationships between local governments and firms, consumers and dwellings mediated by distance.
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中文摘要：
本研究模拟人工经济的演变，以了解行政边界在公民生活质量中的税收相关性。建模涉及到构建一个计算算法，该算法包括以家庭为界的公民；公司和政府；它们都在商品、劳动力和房地产市场上相互作用。当家庭将房地产价值资本化时，房地产市场允许家庭搬到质量更高或价格更低的住房。商品市场允许消费者根据价格和距离选择灵活数量的公司。劳动力市场需要公司（地点）和候选人（资格）之间的匹配过程。政府可分为一个、四个或七个不同的地方政府。政府的作用是对其境内企业的增值征税，并将税收用于提高居民的生活质量。该模型没有信贷市场。结果表明，行政边界的配置与税收逆转引起的生活质量水平相关。七个地区的模型更具动态性，GDP值更高，但各地区之间的不平等和异质性更大。只有一个区域的模拟更不均匀。这项研究旨在建立一个理论和方法框架，并描述、操作和测试公共财政分析的计算机模型，明确强调空间和动态。描述了扩展模型以供未来研究的几种备选方案。此外，本研究补充了简单微观经济计算模型领域的现有文献，具体说明了地方政府与企业、消费者与住宅之间通过距离调节的结构关系。
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分类信息：

一级分类：Computer Science        计算机科学
二级分类：Multiagent Systems        多智能体系统
分类描述：Covers multiagent systems, distributed artificial intelligence, intelligent agents, coordinated interactions. and practical applications. Roughly covers ACM Subject Class I.2.11.
涵盖多Agent系统、分布式人工智能、智能Agent、协调交互。和实际应用。大致涵盖ACM科目I.2.11类。
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一级分类：Quantitative Finance        数量金融学
二级分类：General Finance        一般财务
分类描述：Development of general quantitative methodologies with applications in finance
通用定量方法的发展及其在金融中的应用
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关键词：agent Age Applications Quantitative Construction

一个简单的基于主体的经济空间模型：政策工具Bernardo Alves Furtado、DISET/IPEA、CNPq和Isaque Daniel Rocha Eberhardt、DISET/IPEA博士候选人UnB摘要本研究模拟了艺术经济的演变，以了解行政边界在公民生活质量中的税收相关性。建模涉及到构建一个计算算法，该算法包括以家庭为界的公民；企业和ZF；它们都在粮食、劳动力和房地产市场上相互作用。当家庭将房地产价值资本化时，房地产市场允许家庭搬到质量更高或价格更低的住房。商品市场允许消费者根据价格和邻近程度搜索众多灵活的公司。劳动力市场需要企业（鉴于其所在地）和候选人之间根据其资质进行匹配。ZF可能被划分为一个、四个或七个分散的国家ZF，这些国家ZF在经济上都是城市化的。ZF的作用是对其境内企业的增值税征税，并将税收用于提高居民的生活质量。鉴于研究问题的重点是市政行政边界的相关性，该模型没有信贷市场。对市场的分析表明了所使用的每种区域方法的发展路径和数据生成机制。结果表明，行政边界的设置与税收逆转带来的生活质量水平相关。有七个地区的模型更具动态性，GDP值更高，但各地区之间的不平等性和异质性更大。只有一个区域的模拟更不均匀。

该研究旨在为公共财政分析的理论和方法框架做出贡献，并描述、操作和测试公共财政分析的计算机模型，明确空间和动态阶段。描述了扩展模型以供未来研究的几种备选方案。此外，本研究补充了简单微观经济计算模型领域的现有文献，具体说明了地方政府与企业、消费者与住宅之间的结构关系，并通过距离来调节。指数项建模、基于代理的模型、公共财政、税收、市政、生活质量。F1简介和文化巴西的税收制度是自相矛盾的，高税收、双重税收制度（税收和缴款）以及联邦成员之间的大规模战争[1]。考虑到次国家实体，税收制度的复杂性变得更加明显和引人注目。1988年后的宪法分权赋予了非常异质的B.A.Furtado同样的权限。Furtado是应用经济研究所创新与生产研究部以及巴西国家研究委员会的成员。电子邮件：bernardo。furtado@ipea.gov.broI.D.R.Eberhardt就职于应用经济研究所和布拉斯加州大学交通系，2016年10月6日审阅了手稿。宗族自治市[2]。具有不同行政、技术和政治能力的市政当局；除了它们固有的差异化借贷杠杆[3]。城市之间的这种异质性不仅与预算规模有关，而且还与大都市和区域背景下中央和周边城市之间的差异有关[4]、[5]。事实上，Furtadoet al。

[6] 与中心城市和非大都市相比，大都市周边城市的资源明显较少。作者还指出，这些城市在行政上不称职，支出较高，结果较差。除了行政和财政能力下降之外，周边城市的生活质量仍然较差，暴力程度更高[7]、[8]。有大量关于公共支出效率的文献[1]、[9]、[10]，其中包含实际政策主张[11]、[12]，具有描述性[13]，且质量较高。然而，很少有练习强调模拟当前公共政策变化未来影响的前瞻性分析[14]，[15]，尤其是针对巴西及其国家以下实体的情况。宏观经济分析和税收的计算机模拟模型【16】、【17】、【18】、银行和金融【19】、【20】、【21】、证券交易所【22】、【23】和能源市场【24】等等，还有很多应用。这些研究是从安德森、派恩斯和阿罗（25）和亚瑟（26）的开创性著作中发展而来的。最近，该文献的进展包括通过网络分析和系统故障可能性来讨论银行互连的模型【27】、【28】、【29】然而，这一丰富的文献着眼于特定市场（银行、能源或交易所市场），或寻求详细代表市场及其代理和流程，因此，它们很快就会变得复杂，并要求很高的计算能力[30]，[31]。打算在短期空间尺度上模拟行动者之间相互作用的简单模型很少见。Tesfatsion【32】提出了一个包含两种产品（hashand beans）的模型的初步建议，而Straatman等人。

【33】提出了一个模拟市场拍卖的框架，该拍卖与一个生产模型相关联，共同形成一个简单的模型，但该模型是完整的和微观的。Lengnick（34）扩展了Gaffeoet等人（35）的工作，并提出了一个模拟宏观经济变量的模型，该模型包含房地产、商品和劳动力市场的要素。如下所述，我们的提案基于Lengnick的模型，但做了一些修改，包括明确住房市场空间和国家以下行政区域。在这个框架下，本文提出了一个基于agent的模型，该模型能够尽可能简单地复制经济体、市场、参与者及其过程的基本要素，从而能够对中央经济机制进行空间和动态分析。目的是了解产生观测数据的机制，以便进行前瞻性分析。具体而言，研究问题是确定行政边界的变化以及由此产生的地方税收动态变化是否在原则上改变了公民的生活质量。除了回答研究问题外，本研究的贡献在于明确构建了一种计算算法，可以将其配置为“经济模拟引擎”。这篇论文可以说是一个模块化的实验室，可以对其进行微小的更改和添加，以扩大研究的可能性。因此，第四部分除了本文中的练习外，还包括该模型未来应用的具体示例。该模型作为对Lengnick提出的方法的改编和改进，加入了文献[34]。主要贡献是让地方ZF征收税款并提供公共服务。然而，提出的模型与原始模型有不同的目标。

尽管Lengnick试图研究货币政策小冲击对宏观经济变量的影响，但该模型强调不同行政区域之间的空间差异，这些行政区域通过公共服务提供在各自区域征税和投资，从而促进当地人民生活质量的提高。此外，该模式的设计也具有创新性，将固定的住宅结构转变为一种家庭搬家寻找生活质量更好或最适合其当前收入状况的住房和地区的结构。我们模型的另一个重要区别是，没有建立劳动力市场和商品市场相互作用的网络状结构。在我们的模型中，这些市场中的相互作用是通过价格和住宅与1之间的距离来实现的。参见平托[37，第75页]的讨论：“领土的分散化和分裂为集体服务的消费者提供了替代品，他们不能单独购买服务，但可以购买更可取的一揽子服务和商品”。公司：。最后，进入劳动力市场只受年龄限制，对所有家庭成员开放，而在伦尼克（Lengnick）[34]中，劳动力市场是不允许户主进入的。因此，本文提出了一个基于以往文献的经济模拟模型，但在简单的微观经济模型、引入全球ZF和明确的市场空间性等特定领域取得了进展。除此之外，本文还包括模型的介绍（第2节），然后是结果的介绍和讨论（第3节）以及适当的敏感性分析。第4节详细说明了进一步开发可切实应用的模型的可能性，证明该工作是一个理论和方法上的“建议”。

第5节介绍了最终考虑事项。2拟议模型：方法、特点和过程为了对地方税的征收和公共物品的提供进行建模，以评估和比较政策选择，提出了一个基于代理人的简单经济模型。我们提出了一个具有异质代理、住宅、企业和政府的模型，每个模型都附有属性、位置和特定流程。在描述理论模型后，对参数集进行数值模拟，通过灵敏度分析验证其鲁棒性，并计算特定时间段的结果。2.1基于代理的建模2.1.1文献基于代理的模型的经济分析有其方法学基础，由Epstein和Axtell开发的“Sugarscape”模型奠定。在此之前，Nobeauthor Thomas Schelling的经典著作在社会隔离的背景下讨论了基于代理的模型[39]；关于博弈论和合作战略[40]以及社会[41]和经济科学[42]，[43]的基本框架。此外，伯格曼（Bergmann）[44]andEliasson（45）]更早地报告了劳动力市场的完整微观模拟模型。最近，基于agent的模型已应用于学习和行为研究、联盟与合作[46]；艺术意向性【47】和教育与认知【48】、【49】。Boero等人[51]的文章是经济学中最近的一个里程碑，它提供了一个概念和方法描述，以及人力资本开发、网络分析、银行间支付系统、咨询公司、健康保险系统、公共政策事前评估、治理、税收和合作的应用。Hassan等人描述了强调经验数据解释的ABMs方法步骤。

该方法的两个核心方面是验证和确认[53]、[54]。验证步骤评估所采用的算法是否有效地实现了建模者和开发人员的计划。也就是说，它根据算法的实际实现来检查算法意图的充分性【55】。验证过程是指使用历史数据来评估模型是否能够最小限度地复制已知轨迹。它验证了该模型包含现象的本质。一旦验证，该模型可用于指示未来的轨迹。Zhang等人【56】举例说明了采用替代汽车燃料的过程。该建模过程的一个方法学原则是，所做的决策和模型的步骤是已知的、可理解的和可比较的。科学界建议采用两种程序：（a）采用Grimmet al.【57】、【58】所述的协议，如概述、设计概念和详细协议（ODD）；和（b）源代码的可用性。本研究中使用的代码可用，可向作者索取。伪代码作为附录提供。有关更详细的综述，请参见Winikoff等人[50]3。发布后，代码将在inGitHub和OpenABM中提供。ODD协议也可作为本工作附录D部分使用。2.2模型属性：过程和规则本节描述了模型及其特征、假设、过程、步骤、意图和限制。直观地，我们描述了控制模型动力学的决策过程。

过程中列出了作为选择依据的文献。2.2.1类该模型是使用Python版本3.4.4中面向对象编程（OOP）的概念开发的。以下部分描述了初始值和分配过程；市场细分、政府、模型的时空顺序。然后，我们介绍了该模型的实现、参数和局限性。类别-初始值该模型包含五个主要类别：代理人：公民，家庭成员；住宅、企业和政府。代理商的特征来自统一分布，包括年龄、入学年限（资格）和初始货币金额。住宅有不同的尺寸。它们的价格是其大小和由其位置给出的平方米值的函数。公司在空间上也是随机分布的，并开始用一些资本进行模拟。将代理分配到系列建模者以外源方式确定代理的数量和模型的系列数量。分配过程是随机的。将选择一个尚未分配的代理和一个家庭，并建立链接。因此，每个家庭的代理比例是内生的和可变的。代理在整个模拟过程中保持相同。在模拟开始之前，家庭被随机分配到空置的住房中。4、关于Python的介绍，请参见Downey【59】2.2.2 Real estate Markets当模拟已经开始时，房地产市场的建模过程如下：给定建模者选择的参数，例如0.07，这部分家庭每月进入一个随机组合的“市场上的家庭”列表，以寻找新的住所【60】。

同时，选择了真空住宅。鉴于上个月的价格，我每月更新住宅价格Pt-I和生活质量指数的变化百分比住宅所在地区的IQV。Pi，t=Pi，t-1.* (1 +IQVrIQVr，t-1） （1）住宅QI的质量基于住宅Si的大小（这是一个固定值）和当前的生活质量指数[61]、[62]，它仅作为新住宅的选择标准。Qi=si* IQVr，t（2）市场上的家庭有两种选择。总财务资源高于所有家庭中位数的家庭将寻找质量更高的住房，如果当前家庭住房Pi（s，r）加在可用现金Y中的价值高于预期质量更好的住房Pi（s，r）+Y>Pj（s，r），则将完成购买。另一方面，可用资源低于家庭财富中位数的家庭会寻找价格更便宜的房子Pi（s，r）>Pj（s，r），以便获得新的现金[63]，[61]。当观察到情况时，地址发生变化，如果搬到更昂贵的房子，则会产生差异Pi（s，r）- Pj（s，r），或反向Pj（s，r）- Pi（s，r）是根据家庭预算计算的。家庭搬家的房子变得空置了。因此，一部分家庭在拥有财政资源的情况下，总是希望在最好的地区拥有更大或更好的住房，而另一部分家庭则希望拥有5套住房。对于此版本的模型，住宅数量应始终大于家庭数量。6.