МАТЕМАТИКА 6

Темы вопросов

51. Графы. Основные определения. Задача о коммивояжера. 2

56. Модель Солоу экономического роста. 5

57. Балансовые соотношения. 9

51. Графы. Основные определения. Задача о коммивояжера.

Содержательное описание.

Бродячему торговцу (коммивояжеру) необходимо, начиная из выделенного города, обойти заданное количество городов и вернуться в начальный город, при этом в каждом городе коммивояжер должен побывать ровно один раз и суммарное пройденное им расстояние должно быть минимальным.

Математическая модель.

Исходные параметры модели

Пусть i=0,1,2,...,m - номера городов, i=0 - номер выделенного города (начало и окончание маршрута).

Обозначим через

R=r(i,j) - (m+1)(m+1) матрицу расстояний, элемент которой r(i,j) - расстояние между городом с номером i и городом с номером j.

Варьируемые параметры модели.

Обозначим через X=x(i,j) - (m+1)(m+1) матрицу неизвестных, элемент которой x(i,j) =1, если коммивояжер из города с номером i переедет в город с номером j, x(i,j) = 0, в противном случае; u(i) - специальные переменные, i=1,2,...m.

Ограничения математической модели.

x(i,j) =1, j=1,2,...,m, (1)

x(i,j) =1, i=1,2,...,m, (2)

u(i) - u(j) + m x(i,j) m-1, i=1,2,...,m, j=1,2,...,m, ij., (3)

x(i,j) {0,1}. (4)

Здесь условия (1) означают, что коммивояжер ровно один раз въедет в каждый город (кроме города с номером 0); условия (2) означают, что коммивояжер ровно один раз выедет из каждого города (кроме города с номером 0), ограничения (3) означают существование лишь одного цикла, начинающегося в городе с номером 0, проходящего через все города и завершающегося в городе с номером 0; ограничения (4) являются естественными условиями на введенные переменные.

Покажем, что условия (3) являются необходимыми и достаточными условиями существования лишь одного цикла.

Действительно, пусть это не так и найдется подцикл с числом городов k<m, не проходящий через город с номером 0. Складывая все неравенства (3) при условиях, что x(i,j)=1 по городам подцикла, получим mk (m-1)k (все u(i) и u(j) взаимно уничтожаются), что противоречит существованию подцикла длины k<m.

С другой стороны, покажем, что для цикла, проходящего через все города, начинающегося и заканчивающегося в городе с номером 0, найдутся величины u(i), удовлетворяющие условиям (3).

Положим u(i)=p, если город с номером i будет посещен коммивояжером p-ым по порядку, p=1,2,...,m.

Пусть x(i,j) = 0. Тогда условия (3) примут вид:

u(i) - u(j) m-1, что верно, так как p<m+1 и p>0.

Пусть x(i,j) = 1. Тогда, так как если u(i) = p, то u(j)=p+1 (это следует из того, что город с номером j будет следующим в маршруте коммивояжера после города с номером i). Получим:

u(i) - u(j) + m x(i,j) = p - (p+1) +m = m - 1, что и доказывает правомочность присутствия в модели ограничений (3).

Постановка оптимизационной задачи.

Критерий оптимальности для задачи коммивояжера имеет вид:

F(X)= r(i,j) x(i,j) min . (5)

Задача (1) - (5) называется задачей коммивояжера или задачей бродячего торговца.

С помощью рассмотренной математической модели описываются следующие прикладные задачи:

- задача минимизации времени переналадок уникального оборудования;

- задача развозки готовой продукции по потребителям;

- задача управления работой снегоочистительных машин и др.

52. Кривые спроса и предложения. Точка равновесия.

53. Аксиома спроса.

54. Аксиома предложения.

55. Паутинная модель рынка.

56. Модель Солоу экономического роста.

Современный экономический словарь дает такое определение экономического роста: увеличение масштабов совокупного производства и потребления в стране, характеризуемое прежде всего такими макроэкономическими показателями, как валовой национальный продукт, валовой внутренний продукт, национальный доход.

Экономический рост сопровождается целым рядом количественных и качественных изменений в обществе, среди которых главенствующее положение занимает структурная трансформация экономики. Для стран, вставших на путь экономического развития, характерны индустриализация, сопровождаемая снижением доли сельского хозяйства в объеме ВВП и занятости в сельском хозяйстве, урбанизация, рост уровня образования, продолжительности жизни. Также сокращается доля продовольственных товаров в совокупном потреблении, постепенно растет доля сбережений и государственных расходов в ВВП.

Кроме того, наблюдается отчетливая взаимосвязь экономического и социально-политического развития. Опережающее экономическое развитие обуславливает переход к демократическим основам построения общества, что объясняется повышением уровня образования, прежде всего ростом доступа граждан к информации в результате развития средств коммуникации, в вследствие ускорения научно-технического прогресса.

Экономический рост измеряется темпами роста или прироста этих показателей за определенный период времени (отношение показателей в конце и в начале периода или отношение прироста показателя к его начальному значению).

Проблематика экономического роста исследовалась в трудах многих выдающихся экономистов. Неоклассики при анализе экономического роста исходят, во-первых, из того, что стоимость продукции создается всеми производственными факторами; во-вторых, из того, что каждый фактор производства вносит свой вклад в создание стоимости продукции в соответствии со всеми предельными продуктами и получает доход, равный этому предельном продукту; в-третьих, из того, что существует количественная зависимость между выпуском продукции и ресурсами, необходимыми для ее производства, а также зависимость между самими ресурсами; в-четвертых, из того, что существует независимость факторов производства, их взаимозаменяемость.

Неоклассическая модель экономического роста основана на использовании широко известной производственной функции Кобба-Дугласа. Еще в 1928 году американские ученые — экономист П. Дуглас и математик Ч. Кобб – создали макроэкономическую модель, позволяющую оценить вклад различных факторов производства в увеличении объема производства или национального дохода. Эта функция имеет следующий вид:

,

где Y – объем производства, К – капитал, L – труд, А, ,  – параметры или коэффициенты производственной функции: А – коэффициент пропорциональности;  и  – коэффициенты эластичности объема производства по затратам труда и капитала. На основе статистических данных о динамике основного капитала, отработанных человеко-часов рабочих и служащих и физического объема продукции обрабатывающей промышленности США за 1899 – 1922 гг., Ч. Кобб и П. Дуглас эмпирическим путем определили следующие параметры производственной функции: . То есть увеличение затрат капитала на 1 % вызывает приращение объема производства на 25 %; увеличение затрат труда на 1 % соответственно увеличивает объем выпуска на 75 %.

Модель динамического равновесия Е. Домара основана на производственной функции, факторы которой не являются взаимозаменяемыми. Изменения спроса и предложения рассматриваются только на реальном рынке, находящемся в состоянии равновесия. Избыток предложения труда и постоянство относительных затрат факторов производства позволяют расширить производство без изменения цен. Предельная производительность ресурсов является постоянной величиной.

В конце 30–х годов английский экономист Р. Харрод исследовал, каким образом в процессе роста происходит взаимодействие рабочей силы, капитала и дохода на душу населения. По Хароду, в условиях роста населения, при фиксированных темпах НТП и неизменной процентной ставке спрос на капитал будет расти в одинаковой пропорции с ростом населения, а норма сбережения, поддерживающая экономический рост, должна быть равна произведению капиталоемкости и прироста населения. Дальнейший анализ производственной функции с учетом технического прогресса связан с именем таких американских экономистов, как Р. Солоу, Дж. Мид, Э. Денисон и др.

Модель Роберта Солоу была построена на неоклассической предпосылке господства совершенной конкуренции на рынках факторов производства, обеспечивающей полную занятость ресурсов. Ученый исходил из того, что необходимым условием является равенство совокупного спроса и совокупного предложения. При этом совокупное предложение в его модели определялось на основании производственной функции Кобба-Дугласа, выражающей отношение функциональной зависимости между объемом производства, с одной стороны, и используемыми факторами и их взаимной комбинацией – с другой.

Целью модели Солоу является ответ на вопросы: каковы факторы сбалансированного экономического роста, какой темп роста может позволить себе экономика при заданных параметрах экономической системы и как при этом максимизируются доходы населения и объем потребления.

В общем виде объем национального выпуска Y является функцией 3-х факторов производства: труда L, капитала K, земли N: .

Фактор земли в модели Солоу был опущен ввиду малой эффективности в экономических системах, характеризующихся высоким технологическим уровнем, и поэтому объем выпуска зависит от трудовых и производственных факторов .

В развернутом виде эта формула имеет вид:

,

где – предельный продукт труда MPL, – предельный продукт капитала MPK.

Это значит, что общий продукт равняется сумме произведений затраченного количества труда и капитала на их предельные продукты, т.е. на прирост продуктов Y от увеличения затрат труда L и затрат капитала K. В упрощенном виде , где y – производительность труда; , где k — капиталовооруженность труда. Тогда производственная функция имеет вид y= f (k), где f (k) = F (k,1).

Графическое изображение этой функции имеет вид, показанный на рис. 1. Рисунок показывает, что капиталовооруженность k определяет размер выпуска продукции на одного работника: y = f (k).

Доля

капитала

Доля

труда

Общий

выпуск

М

МРК

h

f(k)

tg α

K=k/L

y=Y/L

Рис 1. График производственной функции в модели Солоу

1

0

При этом tg = MPK: если k увеличивается на одну единицу, то y возрастает на МРК единицу. По мере роста капиталовооруженности труда его производительность увеличивается, но с убывающей скоростью, т.к. МРК снижается.

Совокупный спрос в модели Солоу определяется инвестиционным и потребительским спросом. Уравнение выпуска продукции на одного работника имеет вид:

 = с + i,

где с и i – потребление и инвестиции.

Доход делится между потреблением и сбережениями в соответствии с нормой сбережения, так что потребление можно представить как

с = (1 – s) y,

где s — норма сбережения (накопления)

Тогда у = с + i = (1— s) y + i, откуда i = sy. В условиях равновесия инвестиции равны сбережениям и пропорциональны доходу.

В результате условие равенства спроса и предложения может быть представлено как:

f (k) = c + i или f (k) = i / s.

Производственная функция определяет предложение на рынке товаров, а накопление капитала – спрос на производственную продукцию. Объем же капитала меняется под воздействием инвестиции выбытия. Инвестиции в расчете на одного работника являются частью дохода, приходящегося на одного работника (i = sy) или i = s * f(k).

Из этого следует, что, чем выше уровень капиталовооруженности k, тем выше уровень производства f(k) и больше инвестиции i.

В модели Р.Солоу норма сбережений – ключевой фактор, определяющий уровень устойчивости капиталовооруженности. Более высокая норма сбережений обеспечивает больший запас капитала и более высокий уровень производства.

Другим фактором непрерывного экономического роста в условиях устойчивой экономики является рост населения. Для устойчивости экономики необходимо, чтобы инвестиции sf(k) должны компенсировать последствия выбытия капитала и рост капитала (d + n) k, на графике точка Е (рис. 2). Однако, если рост населения не сопровождается увеличением инвестиций, то это ведет к уменьшению запаса капитала на одного работника. Таким образом, если страны с более высокими темпами роста населения имеют меньшую капиталовооруженность, то значит – и более низкие доходы.

Рис. 2. Инвестиции s f(k) и рост капитала (d + n) k

i

E

k

sf(k)

(d+n)k

0

Третьим источником экономического роста после инвестиций и увеличения численности населения является технический прогресс. В неоклассической теории технический прогресс – это качественные изменения в производстве (повышение образования работников, улучшение организации труда, рост масштабов производства).

Включение в модель технического прогресса изменит исходную производственную функцию: Y = f(K, L_, ), где  – эффективность труда одного работника (зависит от здоровья, образования, квалификации), L_ – численность эффективных единиц рабочей силы.

Технический прогресс вызывает прирост эффективности  с постоянным темпом g. Если g = 5%, то отдача от каждой единицы труда увеличиться на 5 % в год, а это равносильно тому, что объем производства возрастает так, как если бы рабочая сила за год выросла на 5 %. Это трудосберегающая форма технического прогресса.

Если же численность занятых L растет с темпом n, а эффективность  растет с темпом g, то L_ будет увеличиваться с темпом n + g. Капитал на единицу труда с постоянной эффективностью составит k₁ + [K /(L_)], а объем производства на единицу труда с постоянной эффективностью y₁ = Y / (L_). Состояние устойчивого равновесия достигается при условии s * f(k₁) = (d + n + g) * k₁, где d — норма амортизации.

Из вышеприведенного равенства следует, что существует лишь один уровень капиталовооруженности k₁, при которой капитал и выпуск продукции, приходящиеся на единицу труда с неизменной эффективностью, постоянны (рис. 3).

(d+n+g)k₁

i

Sf(k)

E

k ₁

k

0

Рис. 3. Условие постоянства капитала и выпуска продукции, приходящиеся на единицу труда с неизменной эффективностью

В устойчивом состоянии k₁ при наличии технического прогресса общий объем капитала К и выпуск Y будет расти с темпом n + g. В расчете на одного работника капиталовооруженность k/L и выпуск Y/L будет расти с темпом g. Таким образом, технический прогресс в модели Солоу — это единственное условие непрерывного экономического развития.

57. Балансовые соотношения.

Отметим, что вопрос о балансе спроса и предложения, будучи, с одной стороны, вопросом уже классическим, остается, тем не менее, одним из дискуссионных вопросов. Этот сохраняющийся интерес определяется тем обстоятельством, что реальные процессы в экономике могут демонстрировать как тенденции приближения к балансу спроса и предложения, так и различные формы отклонения от него, не связанные с действием внешних факторов.

Обсуждение устойчивости предполагает принятие некоторых допущений, характеризующих динамику спроса и предложения. Введем дискретное время t и положим, что объем товара , поступающего на рынок в момент t, определяется ценой, существовавшей на рынке в предшествующий период, т.е.

.

Введенная зависимость отражает наличие временной задержки (обычно называемой временным лагом) между моментом принятия решения об изготовлении товара и фактическим выпуском этого товара. Приняв дополнительное предположение, что весь поставленный на рынок товар покупается, получим условие

, (1)

определяющее цену . При этом мы исходили из того, что не существует каких-либо запасов товаров на складах.

Принятое условие баланса фактически вводит понятие временного равновесия на рынке товара. Это равновесие в момент t характеризуется клиринговой ценой , сменяемой в следующий момент t + 1 другой клиринговой ценой , также соответствующей временному равновесию. Из (1) следует, что при ценах из диапазона

,

где параметр определяется выражением

(2)

Учитывая выражение (4.6), определяющее равновесную цену , представим полученное разностное уравнение в виде равенства

(3)

Это равенство позволяет вывести оценку

,

из которой следует, что при значениях цены , соответствующие временным равновесиям, будут с течением времени приближаться к равновесной цене . Левая диаграмма на рис. 1 иллюстрирует колебания значений цены , соответствующие этому случаю (при ).

Рис. 1.

Вертикальные стрелки, обозначенные на диаграмме, указывают объемы предложения, соответствующие текущей цене. Горизонтальные стрелки указывают объемы спроса, при которых имеет место временный баланс (1). Изображенная на рисунке последовательность горизонтальных и вертикальных стрелок получила название паутины. Левая диаграмма на рис. 1 представляет случай "скручивающейся паутины", соответствующей устойчивому балансу спроса и предложения.

При значениях равновесие спроса и предложения, определяемое ценой , является неустойчивым. Правая диаграмма на рис. 1 иллюстрирует раскручивающуюся паутину (для случая, когда значение ).

58. Линейная модель многоотраслевой экономики.

59. продуктивные модели Леонтьева.

60. Равновесие на рынке одного товара.