“国内商品优先购买”的经济效应分析_人工神经网络论文

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截稿:2011-3

一 引言

2009年,为振兴受到次贷危机重创的国内经济,美国总统奥巴马签署了参众两院的合并文本——7870亿美元的《2009年美国复兴与再投资法案》(American Recovery and Reinvestment Act of 2009)。该法案第1605节规定,“在不违背美国对国际协定承诺的前提下,经济刺激计划支持的工程项目必须使用国产钢铁和其他制成品,除非联邦政府认定购买美国钢铁产品和其他制成品成本过高损害公众利益。”

此举一出,尽管有支持者认为该条款可以确保刺激计划所创造或保留的400万个工作岗位留在美国,对于困境中的美国钢铁业等制造行业可能会产生一定效果,但来自政商学界更大的反对声浪一致把矛头对准美国政府。Hufbauer和Schott(2009)的研究认为,众议院制定的“购买美国货”条款会使美国钢铁需求增加50万吨,相当于为该行业增加1000个工作岗位,参议院的修订方案,可能会带来9000个工作岗位,但相对于美国1.4亿庞大的工作人群来说,这些都显得微不足道。况且,“购买美国货”必然会遭到其他国家报复,①将导致美国最多失去6.5万个工作岗位。本文尝试运用有别于有限个体、同质化、完全信息和完全理性的传统经济学假设,建立更为贴近现实的多个体、差异化、有限信息和有限理性的多智能体系统模型,在人工神经网络和系统仿真技术的支持下,从国内外产业利润、消费者剩余、国内福利、世界总福利等多个视角对“优先购买国货”的经济效应进行检验,以此为基础对条款做出新的判断和评价。

二 研究思路

一直以来,针对贸易保护政策效应的研究主要集中于企业成本收益、进出口数额、国内就业、经济增长与发展等的影响方面。近一段时期,国内就该领域的问题分析侧重于通过建立各种模型来考察不同保护政策给特定产品或产业带来的中长期影响。吉缅周(2006)利用动态模型分别对政府以长期利益为目标就中国彩电业实施的自由贸易政策、进口关税政策、生产补贴政策、关税与补贴并用政策进行多期模拟,考察了引入学习曲线造成的厂商成本的动态变化,从而得出政府的贸易和产业政策具有长期影响的结论。李善同与何建武(2007)通过构建可计算一般均衡模型,分析后配额时期纺织品出口税和配额两种政策工具的经济效应。他们借鉴世界银行关于多哈谈判影响研究中使用过的两步法,通过全球模型分析相应情景对中国出口的影响以及将全球模型结果引入中国的单国模型进行分析,不但反映了中国经济与全球经济的联系,同时也刻画出国内状况。另外,保建云(2007)分别以大国和小国情形为例,在弱势产业划分与贸易保护有效性分析的基础上,探讨了新贸易保护主义的发展及其对中国进出口贸易的影响。与以往有所不同,本文尝试在贸易政策研究中引入人工神经网络模型,开展系统仿真模拟试验,完成市场主体智能化条件下的微观经济研究。

人工神经网络是生物科学和计算机科学交叉融合的产物,是大量被称为神经元的简单信息单元相互作用、传递和处理信息的人工智能研究方法,主要用于模拟人类大脑神经网络的结构和行为(Sanfey,2004)。作为理论化的人脑神经网络的数学模型,人工神经网络具有数据处理的并行性、函数映射的高度非线性等特点。此外,它还克服了传统人工智能方法对于直觉(如模式、语音识别)等非结构化信息处理上的缺陷,被广泛应用于政治、经济等领域。其中,广为流行和发展相对成熟的是基于BP神经网络②的信用风险评价与管理。Coats和Pant(1993)使用人工神经网络预测了美国公司和银行的财务危机。Reshmi和Malhotra(2002)运用神经模糊系统对“信用好”和“信用差”的贷款企业成功地进行了辨识。

国内有关神经网络的经济学应用与研究中,金莉与黄芳泉(1995)较早地探讨了基于人工神经网络的汇率预测方法。郝丽萍等(2001)利用BP网络对商业银行信贷风险进行了分析和预测。庞素琳等(2003)借助神经网络的BP算法开发了企业信用风险评价模型。郭英见与吴冲(2009)建立了基于BP神经网络、支持向量机和DS证据理论基础上的信用风险评估新模型并进行了数据验证。人工神经网络在对外经济领域的应用并不多见,翟东升等(2007)以中国对美棉纱出口为对象,使用BP神经网络构造出口产品价格监测预警模型,提高了中国政府及出口棉纱生产企业面对美国反倾销诉讼或实施贸易保护时的反应能力。

本文特色之处在于,首先将Shaked和Sutton(1982)模型中收入差异化特性引入Mussa和Rosen(1978)产品质量垂直差别化模型以构造消费者行为模式,同时应用人工神经网络刻画有限信息和有限理性下企业自适应过程。双寡头企业根据历史经验判断与不同价格和质量组合对应的市场规模,据此调整自身出价以完成市场演化。而后,在设定反映政策效应的模型指标后拓展基于“优先购买国货”的模型,并对特定参数下系统仿真的模拟结果进行统计分析。最后,针对当前贸易保护主义复苏和政府应对危机实施的歧视性采购等政策,根据模型结论给予科学判断和评价。

三 基本模型

(一)消费者

自Hotelling(1929)借用线性区位模型(Linear Location Model)讨论产品差异性至今,异质化一直被广泛应用于经济学多个领域的建模。其中,最具代表性的当属Mussa和Rosen(1978)的产品质量垂直差别化模型以及Shaked和Sutton(1982)收入服从特定分布的消费者异质化模型。本文结合上述两个经典模型中消费者的质量偏好特征和收入特征完成基本模型对消费者行为模式的假定。

图1 参数为a、b的标准贝塔分布

(二)企业

假设外国和本国各自拥有企业1和企业2,同时认为产品质量仅与技术水平相关,本国企业的技术水平较低,外国企业的技术水平较高。

1.有限理性下的企业学习。假设双寡头博弈过程中,企业无法获得完全信息,不具有完全理性,其根据以往经验对当前处境及下一阶段策略做出判断。为了刻画企业行为的这种智能属性,本文应用人工神经网络模型模拟有限信息和有限理性条件下的企业自适应过程。考察Mussa和Rosen(1978)以及Shaked和Sutton(1982)的模型,其均以企业在均衡状态下的市场规模作为建模核心,本文也将市场规模看作双寡头企业的“大脑”——神经网络的学习目标,即企业通过对历史经验的学习,形成从不同策略组合(“知识”)到最终市场规模的映射。由上文对消费者行为的分析可知,影响最终市场规模的变量有

利用这样100个样本,训练BP神经网络直到收敛。同时,另取20个样本进行测试,结果如图2、图3所示(各图中的两条曲线分别代表预测值和真实值)。神经网络在历史经验的基础上对未来做出了准确预测,体现了企业的智能属性。当然,图形中显示的误差也从一个侧面较好地诠释了企业的有限理性。

2.价格博弈与市场演化。企业根据历史经验判断不同的价格和质量组合所对应的市场规模,据此对自身价格策略做出调整以确保实现利润。假定市场演化过程中,企业1和企业2轮流出价,而且每个企业每次只能就自身价格进行微调。企业1的微调过程是:给定企业2上一仿真时钟的出价,企业1在当前仿真时钟通过预测自身不同出价所对应的市场规模对利润做出预期,而后选择能够最大化利润的出价作为价格调整的方向。例如,企业1的出价为100,但当发现给定其他条件时,价格200可以获得更大利润,其会朝价格200的方向微调,若微调步长为10,则这一仿真时钟的价格定为110。显然,每个企业的每次定价都意味着双方市场规模的变化。企业记忆每次变化的同时就增加了一个样本,由此神经网络再次学习。随着样本的不断增加,企业对自身系统越发了解,对市场规模的判断也越来越准确。

取值a=2、b=4,=2000,=1000,随机生成消费者群并给定初始价格。进行一次长为400个时钟的仿真试验,市场演化路径如图4所示。企业1和企业2的价格、市场的规模和利润都从100个仿真时钟之后趋向稳定,围绕水平直线上下波动。

与现实情况相同,高质量的外国产品拥有较高的价格,低质量的本国产品具有较低的价格,选择外国产品或本国产品的消费者数量随价格的波动而波动。

图4 市场演化路径

(三)模型指标

以传统福利分析中普遍运用的国内外产业利润、国内福利、国内消费者剩余和世界总福利等为对象,本文用于衡量政策经济效应的各指标如下:

图5 模型指标统计结果

图5所示是与图4市场演化路径对应的国内外企业利润、国内消费者剩余、国内总福利和世界总福利。当=2000,=1000,本国产品与进口产品质量差距较大时,进口产品从本国市场攫取了极大利润;相对而言,国内产业利润稀薄,只占国内总福利的极小部分。③由图4和图5可知,用神经网络刻画企业有限理性,构造出的仿真系统很好地拟合了经济现实,其中的价格、利润、福利等关键指标比较稳定,围绕均值小幅波动。因此,可对稳定状态下k次仿真结果做出统计并求其均值,为后续分析打下基础。

四 基于“优先购买国货”的模型拓展及其检验

很明显,上文基本模型描述了一个与外国进行自由贸易的本国市场。在此,市场上的消费者存在两种类型,一是普通消费者;二是政府消费者。对于前者,购买本国产品和购买外国产品并不受强制性条款的限制,是否存在购买本国产品倾向取决于消费者自身或者政府的舆论引导。对于后者,购买自由受政策法规限制,该限制又可分为两种类型,一是允许购买外国产品,但采购时存在购买本国货倾向,比如招标时规定对本国自主创新产品或有本国自主知识产权产品予以优待;二是将外国货完全排除在外,使其无法与本国货公平竞争,如“购买美国货”条款对非《政府采购协议》成员的规定,本质上这种类型可视为前一种类型的特殊情况,即对本国产品的极端倾向。无论是普通消费者的购买行为,还是政府的购买行为,其产品选择过程中“优先购买国货”都可用“对本国产品的倾向程度”统一衡量,倾向的极端情况正如“购买美国货”条款对非《政府采购协议》成员的规定一样——不购买。④为了简化分析,以下不对普通消费者与政府消费者进行区分,本文通过引入衡量“优先购买国货”倾向参数对基本模型进行拓展,并展开对“优先购买国货”的经济效应分析。

(一)基本模型的拓展

(二)“优先购买国货”的经济效应分析

以下以中低收入消费者占多数的情况为例,通过拓展模型的仿真模拟,得到用于衡量“优先购买国货”效应的各项指标值,获取有关贸易保护有效性的结论。为提高模型指标的稳健性,本文按照k次稳定状态下求均值的方式对指标进行统计。设定模拟次数为500,即500个仿真时钟,从第201个仿真时钟开始读取数据以保证数据处于小方差稳定状态中。而后,对各指标进行数据处理并把结果绘制成图用于政策分析。

图6 稳定状态时的各项指标均值

设定外国产品质量为2000,取“优先购买国货”政策集合L为{0,200,400,600,800,1000,1200,1400,1600,1800,2000},本国产品质量集合X为{200,400,600,800,1000,1200,1400,1600,1800,2000},将L与X笛卡尔积的每个元素作为“优先购买国货”政策的执行力度l与国货质量的赋值,其余参数根据概率分布随机赋值。用Matlab7.0做仿真试验,读取稳定状态时的各项指标均值(图6)。

图6的横轴表示本国产品质量,子图(a)到(f)的纵轴分别表示价格、消费者剩余、国内产业利润、国外产业利润、国内福利和世界总福利。图中“o”标记的曲线表示较低的“优先购买国货”执行力度{0,200,400,600,800}对应的曲线,“*”标记的曲线表示较高的力度{1000,1200,1400,1600,1800,2000}对应的曲线。从“o”标记曲线与“*”标记曲线的变化可以看出,随着优先购买国货执行力度越来越大,进口产品和本国产品价格上升,消费者剩余明显下降;该政策使国内产业利润有所提高,国外产业利润则显著减少;国内福利随力度变化略显混沌,但当本国产品处于低质量状态时,国内福利随执行力度提升而下降;世界总福利与“优先购买国货”的严苛程度负相关。不过随着国内产品与进口产品的质量趋同,该政策对世界总福利的损害有所降低。相应的,无论是政府还是民众,提高“优先购买国货倾向”将使国内消费者面对来自国内和国外产品的更高价格,造成国内外相关产业收益分配一涨一消,同时也削减了国内消费者的福利。但是,考虑国内外产品质量存在差异这一因素,如果国内外产业短期内都不能改变产品供给曲线,而且对于遭遇歧视性购买的国外产品,当市场上尚不存在完全可替代产品时,实施“优先购买国货”政策会导致国内福利的下降。不过随着国内生产水平的提高,国内外产品的质量越接近,政策实施对双方的福利影响越趋于减小。例如,中国1919年出现民众抵制“日货”的倾向,使国内相同产业占据市场有利地位,获取竞争优势。短期内“日货”与国货产品质量差异无法消除,生产能力和水平不能显著提升,本国福利反而会因抵制而自身受损,且抵制程度越强,损失越大。这反映出“优先购买国货”政策的两面性。

值得一提的是,改变a、b参数的取值,对收入分布呈均匀分布(a=1、b=1)、右偏分布(a值大、b值小)等其他形态重新进行模拟后发现,上述过程的各项指标值与“优先购买国货”政策力度的变化关系没有改变。因此,本文分析具有一般性。⑤

五 结论

本文创新性地运用人工神经网络模拟真实市场主体的有限理性,通过系统仿真技术重现外国产品冲击下的本国市场,并借由“优先购买国货”倾向参数,探讨了“优先购买国货”对消费者剩余、国内外产业利润乃至世界总福利的影响。实施“优先购买国货”的政策如Brander和Spencer(1985)所言,它会帮助本国企业攫取国外垄断租金,提高本国产业利润。不过本文的结论对同样市场结构下“保护贸易增进社会福利”的观点提出了挑战。笔者认为,当国内产品质量较低时,贸易保护不仅增加不了国内福利,而且随着保护措施的加剧,福利水平反而会降低。尽管国内外产品质量趋同可以在一定程度上减缓世界福利的下降趋势,但不得不以牺牲消费者剩余为代价。另外,国外产业利润会随国货购买政策执行力度的提升大幅下降。

感谢北京师范大学经济与工商管理学院郭界秀在讨论过程中给予的帮助,感谢匿名审稿人提出的宝贵建议,文责自负。

注释:

①上世纪30年代“大萧条”时期,美国关于《购买美国产品法》、《霍利-斯姆特关税法》等一出台,立即引起欧洲国家的报复性措施。

②McClelland和Rumelhart(1986)首次提出多层前馈网络的反向传播算法(back propagation),简称BP网络或BP算法。从此.BP神经网络迅速占据了人工神经网络研究的主体地位。

③其余部分是消费者剩余。

④2003年1月,中国开始实施《政府采购法》,其中第10条规定“政府采购应当采购本国货物、工程和服务”。但是,条款没有规定国货界定标准,对国货的认定、合理的商业条件等关键问题未加以明确。在实际操作中,政府购买的对象不局限于本国货,如电脑、服务器等都可采购戴尔等在华制造的国外产品。

⑤受篇幅限制,未将结果列出。如有兴趣,可向作者索要程序代码进行演算。

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