经济学中蛛网模型的数学分析设计.docx

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经济学中蛛网模型的数学分析设计

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毕业论文（设计）

论文（设计）题目：

经济学中蛛网模型的数学分析

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5.装订顺序

1）设计（论文）

3）其它

摘要1

ABSTRACT2

第1章蛛网模型研究的目的和意义3

第2章西方经济学中蛛网模型的基本理论4

2.1蛛网模型的介绍4

2.2蛛网模型的分类4

第3章蛛网模型的数学分析8

3.1连续时间下的蛛网模型的数学分析8

3.2离散时间下的蛛网模型的数学分析10

3.3模型中核心变量的实际意义15

第4章蛛网模型的优化17

4.1优化后的蛛网模型17

4.2分析优化后模型的稳定性18

第5章蛛网模型的应用22

5.12007年-2010年新乡市房地产供需情况的描述分析22

5.2蛛网模型在新乡市房地产市场中的应用24

5.3国家宏观调控手段26

第6章总结28

参考文献29

致谢30

摘要

蛛网模型是动态经济分析中的经典模型，运用弹性原理解释某些生产周期较长的商品在失去均衡时发生的不同波动情况。

本文比较全面地介绍了蛛网模型的各种类型。

在传统线性模型的假定下，蛛网理论可以描述为蛛网模型中的收敛、发散和闭合三种运动类型。

运用差分的方法，本文对传统蛛网模型的价格均衡点及其收敛性进行数学论证和分析，并详细地解释了蛛网模型中核心参数的意义。

房地产市场一直以来备受人们关注，房地产市场的供求机制及其价格变动更是其数据，建立了需求函数、供应函数、供需平衡方程来分析市场供求对价格的影响。

关键词：

蛛网模型；供求关系；房地产价格；动态分析

ABSTRACT

CobwebmodelistheclassicalmodelinDynamicseconomics.Itusestheelasticitytheorytoexplainthedifferentfluctuationsofpricesofgoodswithlongproductiveperiodwhenthesupply-and-demandlostbalance.Inthispaper,thereisarelativelycomprehensiveintroductionofvariousCobwebmodel.Undertheexplainthreetypes:

theconvergentCobwebmodel,thedivergentCobwebmodelandtheclosedCobwebmodel.itshowsthederivationandanalysisofthepriceequilibriumpointandtheconvergenceoftheCobwebmodel,bythemethodofdifference.Also,indetailed,thepassageexplainsthemeaningofthecoreparametersintheCobwebmodel.

Realestatemarketisbeingfocusedbypeopleallthetime.Itsessentialissuealwaysconcentratedonitssupplyanddemandmechanismandthepricefluctuation.thepaperdescribesandanalyzesthefactanalysisforthesupplyanddemandofxinxiangrealestatemarketwiththedatacollectedfrom2007to2012.Fromtheresult,thepaperdrawstheconclusionthattheGuangzhourealestatemarketisnotstableand.

Keywords:

Cobwebmodel；supplyanddemandmechanism；realestateprice；dynamicanalysis

第1章研究蛛网模型的目的和意义

在高鸿业的《西方经济学（微观部分）第四版》中，蛛网模型是这样定义的：

蛛网模型引进时间变化的因素，通过对属于不同时期的需求量、供给量和价格之间的相互作用的考察，用动态分析的方法论述诸如农产品、畜牧产品这类生产周期较长的商品的产量和价格在偏离均衡状态以后的时机波动过程及其结果。

但这个模型还是一个很简单的和有缺陷的模型。

本文的研究目的就是通过对传统蛛网模型进行多次改进，使蛛网模型在经济领域的运用与实际情况更加的吻合。

房地产产品的长期生产周期，较符合蛛网模型的条件，运用蛛网模型分析房地产市场具有适用性。

本文将运用经济学供求理论中的蛛网模型分析新乡房地产市场的规律和特征[1]。

第2章西方经济学中蛛网模型的基本理论

2.1蛛网模型的介绍

蛛网模型又称蛛网理论，是利用弹性理论来考察价格波动对下一个周期产量影响的动态分析，它是利用市场均衡状态分析的一种理论模型。

蛛网理论是20世纪30年代出现的一种关于动态均衡分析法。

许多商品特别是某些生产周期较长的商品，它们的市场价格、数量会随时间的变化而发生变化，呈现时涨是时跌、时增时减交替变化的规律。

1930年美国的舒尔茨、荷兰的丁伯根和意大利的里奇各自独立提出，由于价格和产量的连续变动用图形表示犹如蛛网，1934年英国的尼古拉斯·卡尔多将这种理论命名为蛛网理论。

蛛网模型理论是在现实生活中应用较多较广泛的动态经济模型，它在一定的范围内揭示了经济的规律，对实践具有一定的指导作用。

根据产品需求弹性与供给弹性的不同关系，将波动情况分成三种类型：

收敛型蛛网、发散型蛛网和封闭型蛛网。

近年来，许多学者对经典的蛛网模型进行了广泛的研究并做了一些改进，建立了更符合实际经济意义的蛛网模型。

这些研究中，对蛛网模型的的假设基本上是基于单一商品市场上，将时间离散后，从差分方程的角度入手，研究蛛网模型的稳定性，得到了蛛网模型稳定的条件。

价格是影响商品需求量、供给量的重要因素，但并非唯一因素，例如人们对某种商品的需求量不仅与商品的价格有关，也与当期人们的可支配收入有关；另外，由于市场信息的滞后作用，生产者在进行市场价格与供给预测时，不仅会考虑前一期的价格，还会考虑前几期甚至更长一段时间商品价格的综合趋势，所以分析时滞效应的非均衡蛛网模型更具有实际意义。

本文建立了蛛网理论的数学模型，给出了相应的数学分析与论证，使蛛网模型有了一个更加完备的理论基础，并且蛛网模型的分析提供了新的思路[1]。

2.2蛛网模型的分类

蛛网模型考察的是生产时周期较长的商品。

蛛网膜型的基本假定[1]是：

商品的本期产量由前一期的价格决定，即供给函数为，商品本期的需求量，由本期的价格决定，即需求函数为，、、、分别表示时刻的价格、数量、需求量、供给量。

蛛网模型是一个动态模型，它分析了商品的价格和产量波动的三种情况：

“收敛型蛛网”、“发散型蛛网”和“封闭型蛛网”。

在此利用图解法来加以说明。

2.2.1收敛型蛛网

第一种情况：

相对于价格轴，需求曲线斜率的绝对值大于供给曲线斜率的绝对值。

当市场由于受到干扰偏离原有的均衡状态以后，实际价格和实际产量会围绕均衡水平上下波动，但波动的幅度越来越小，最后会恢复到原来的均衡点。

相应的蛛网称为“收敛型蛛网”[1]。

见图2-1

假定，在第一期由于某种外在原因的干扰，如恶劣的气候条件，实际产量由均衡水平减少为。

根据需求曲线，消费者愿意支付的价格购买全部产量，于是实际价格上升为。

根据第一期较高的价格水平，按照供给曲线，生产者将第二期价格，于是实际价格下降为。

根据第二期较低的价格,生产者将第三期的产量减少为；在第三期，消费者愿意支付的价格购买全部的产量,于是实际价格上升为。

根据第三期的较高的价格，生产者又将第四期的产量调整为。

图2-1封闭性蛛网模型

如此循环下去，实际价格和实际产量的波动幅度越来越小，最后恢复到均衡点所代表的水平。

由此可见，图中均衡点状态是稳定的。

也就是说，由于外在的原因，当价格与产量发生波动而偏离均衡状态时，经济体系中存在着自发的因素，能使价格和产量自动的恢复均衡状态。

在图中，产量与价格变化的路径就形成了一个蜘蛛网似的图形，这也就是蛛网模型名称的由来。

从图中可以看到,当供给曲线斜率的绝对值大于需求曲线斜率的绝对值时，即供给曲线比需求曲线较为陡峭时,才能得到蛛网稳定的结果,相应的蛛网被称为“收敛型蛛网”。

2.2.2发散型蛛网

第二种情况：

相对于价格轴，需求曲线斜率的绝对值小于供给曲线斜率的绝对值。

当市场受到外力干扰偏离原有的均衡状态以后，实际价格和实际产量会围绕均衡水平上下波动，但波动的幅度越来越大，最后会偏离原来的均衡点，相应的蛛网称为“发散型蛛网”[1]。

见图2-2

图2-2发散性蛛网模型

假定在第一期由于某种原因的干扰，实际产量由均衡水平减少为。

根据需求曲线，消费者愿意支付价格购买全部产量，于是实际价格上升为，根据第一期较高的价格水平，按照供给曲线，生产者将第二期的产量增加为；在第二期，生产者为了出售全部产量，接受消费者支付的价格，于是实际价格下降为，根据第二期较低的价格,生产者将第三期的产量减少为；在第三期，消费者愿意支付的价格购买全部的产量,于是实际价格又上升为；根据第三期的较高的价格，生产者又将第四期的产量调整为。

如此循环下去，实际价格和实际产量的波动幅度越来越大，最后偏离均衡点所代表的水平。

由此可见，图中均衡点所代表的均衡状态是不稳定的。

从图可看出，当相对于价格轴，需求曲线斜率的绝对值小于供给曲线斜率的绝对值时，即相对于价格轴而言，需求曲线比供给曲线较为平缓时，才能得到蛛网不稳定的结果。

所以供求曲线的上述关系是蛛网不稳定的条件，相应的蛛网称为“发散型蛛网”。

2.2.3封闭型蛛网

第三种情况：

相对于价格轴，当需求曲线斜率的绝对值等于供给曲线斜率的绝对值时，市场受到外力干扰偏离原有的均衡状态以后，实际价格和实际产量会按照同一幅度围绕均衡水平上下波动，既不偏离，也不趋向均衡点，相应的蛛网称为“封闭型蛛网”[1]。

见图2-3

不同时点的价格与供求量之间的解释与前两种情况类似，故略。

从图可看出，当相对于价格轴，需求曲线斜率的绝对值等于供给曲线斜率的绝对值时，即相对于价格轴而言，供求曲线具有相同的陡峭与平缓程度时，蛛网以相同的幅度上下波动，相应的蛛网称为“封闭型蛛网”。

图2-3封闭型蛛网

第3章蛛网模型的数学分析

3.1连续时间下的蛛网模型的数学分析

在连续时间的条件下,建立起微分方程形式的蛛网模型,研究蛛网模型的稳定性,并对模型结果进行了经济解释。

我们考虑基于单一商品的市场的蛛网模型，并假设:

时间是连续变量,价格、商品数量随时间连续变化。

设某商品价格是时间的函数，供给量由供给函数决定,记做。

供给是由多种因素决定的,这里我们略去价格以外的因素,只讨论供给与价格的关系。

考虑到商品生产者对商品信息了解到商品价格的调节有个时间滞后，假定供给是某一时期价格的线性函数:

其中,、是大于零的常数,可表示商品的边际供给量。

在传统的蛛网理论中，需求是价格的函数，价格作为影响需求的唯一因素，这对正确反映商品价格变化规律具有一定局限性，为更好的反映商品价格变化过程，考虑影响需求的其他因素如价格上涨等。

假设需求与价格及价格的上涨率都有关系，需求与价格、价格上涨率负相关.为此建立的需求函数为：

其中,、是大于零的常数，表示商品的边际需求量。

的大小反映了商品需求对价格上涨率的依赖程度。

需求量与供给量之差称为过量需求，即需求大于供给的部分。

供给者时刻都在确定价格，根据商品市场在正常的情况下,商品供需的变化引起价格的变动,价格的涨速与第段时间过剩的需求正相关,即

所以有

其中，为价格的调节系数,反映价格依据超额需求的变动而进行调节时的调整速度和幅度的度量参数。

将式、式代入式可得

在式中，令，，则有

当时，系统有唯一平衡点.当需求量等于供给量，即市场出清时的价格为均衡价格，即为均衡价格。

系统在处线性近似系统为：

其中，

系统的特征方程为：

令，式可化为，

其中，，，.记

，

显然具有主项。

令,则

由于函数

的所有零点都是实数，

又因为

，

则对于的每一个零点都有不等式成立：

如果，，那么系统的平衡点是局部渐进稳定的。

通过对系统的分析,可得到如下结论:

如果边际商品供给小于边际商品需求，边际商品需求不大于,并且商品需求对商品价格上涨率的依赖程度满足一定条件,那么无论时滞多么大,商品价格随着时间的变化,稳定的趋于均衡价格。

也就是说，无论供给者从了解商品需求到调控生产量的时间滞后有多长，对价格的调整有多么不同,只要这些调控的幅度不是很大,商品的价格总是能够回到使供需相等的均衡价格水平；反之，如果边际商品供给大于边际商品需求,边际商品需求不大于,当时滞取一定值时，系统会出现分支,也就是说,价格会围绕均衡价格上下波动，而且商品的价格最终不能回到均衡价格[1]～[3]。

3.2离散时间下的蛛网模型的数学分析

最简单的市场经济模型是单一商品市场模型,在时间离散化后的条件下，假设商品的供给量、需求量,只与该商品的价格有关,由需求量等于供给量建立的方程,即均衡方程,求得其解即是均衡价格。

若进一步假定需求、供给是价格的线性函数,可以得到传统线性蛛网模型。

最后在需求、供给是价格的非线性函数的条件下,可以得到非线性蛛网模型。

3.2.1蛛网模型的线性分析

由蛛网模型的基本假设条件,本期的需求量是本期价格的线性函数，即,表示商品价格减少个单位时需求量的上涨幅度；而本期的供给量是由上一期的价格决定的,为上一期价格的线性函数,即，表示商品价格增加个单位时供给量的上涨幅度。

该模型可以用以下三个联立的方程式来表示：

式中，、均为常数，且均大于零。

为第期的需求量,为第期的供给量,为第期的价格,为第期的价格[1]。

将前面的式和式代入式可得

由此可得第期的产品价格为

又因为在市场均衡时，均衡价格为,所以，由式可得均衡价格为

均衡价格是一种理想状态，即在此价格水平下，每个人的需求都得到满足，而且不会有商品卖不出去。

将式代入式可得

3.2.2蛛网模型三种情况分析

第一种情况，当时,若,则。

这说明,价格随着时间的推移,其波动幅度愈来愈小,最终趋向于均衡价格。

事实上,此时因需求弹性,,供给弹性,当时,可推得,即供给弹性的绝对值小于需求弹性的绝对值，蛛网模型是收敛的.在收敛性蛛网中,价格变动引起的需求量变动大于价格变动引起的供给量的变动,因而任何超额需求或超额供给只需较小的价格变动即可消除.同时价格变动引起的下一期供给量的变动较小,从而对当期价格发生变动的作用较小,这意味着超额需求或超额供给偏离其均衡量的幅度以及每期成交价格偏离均衡价格的幅度,在时间序列中将是逐渐缩减的,并最终趋向其均衡产量和均衡价格。

第二种情况,当时,若则。

这说明,需求曲线斜率的绝对值（）小于供给曲线斜率的绝对值（）时,或供给弹性较大而需求弹性较小时,市场价格将振荡至无穷大,蛛网模型是发散的。

在发散型蛛网中,价格变动引起的供给量的变动大于价格变动引起的需求量的变动。

当出现超额供给时,为使市场上供给者卖出所有的产品,要求价格大幅度下跌,这将会导致下一期的供给量减少,以致该期出现大量的供给短缺,供给的严重不足导致价格大幅度上扬,由此导致下一期供给量大幅度增加和价格大幅度下跌。

在这种情况下,一旦失去均衡,以后各期的供给过剩或短缺的波动幅度以及成交价格波动的幅度,都将离均衡价格越来越远。

第三种情况,当时，若，则为常数.这说明,相对于价格轴,需求曲线斜率的绝对值（）等于供给曲线斜率的绝对值（）时,即市场价格一旦偏离均衡状态,则以后各期的价格及产量的变动序列就表现为围绕均衡值循环往复地上下振荡,既不进一步偏离,又不进一步逼近均衡价格。

这就是“封闭型蛛网”的情形。

从上面的讨论，我们可以看出，均衡点最终能否趋于稳定状态关系到该模型的分类，因此我们有必要对均衡点趋于稳定的条件作进一步讨论[1]。

3.2.3蛛网模型的非线性分析

记第时段商品的数量为,价格为,自然数表示时段,。

这里把时间离散化为时段,每个时段相当于商品的一个生产周期,蔬菜、水果是一个种植周期，肉类是牲畜的饲养周期。

价格与产量紧密相关，可以用一个确定的关系来表现，即设该函数反映消费者对这种商品的需求关系，称为商品数量越多,格就越低，所以是单调递减函数。

因此用一条下降曲线表示它,称为需求曲线。

又假设下一个时段的产量是生产者根据上一时期的价格决定的，即设该函数反映生产者的供应关系,品的价格越高,供给量就越大,是单调增加函数。

用一条上升曲线表示它，称为供给曲线。

为了表现出和的变化过程,我们可以借助已有的函数和,当供需相等时,如图所示求函数与供给函数相交于,即是市场出清的均衡状态。

图3-1需求函数与供给函数

在进行市场经济分析时，取决于消费者对某种商品的需求程度和消费水平等因素，取决于生产者的生产、经营等能力，当知道具体的需求函数与消费函数时，可以根据、曲线的具体性质来判定在平衡点的稳定性。

一旦需求曲线和供应曲线确定下来,商品数量和价格是否趋向稳定状态,就完全有这两条曲线在平衡点附近的形状决定。

建立差分方程：

设点满足：

，,设，在点附近取、的一阶泰勒展式，线性近似为

合并、两式，并消去可得

上式是关于的一阶线性差分方程，它是原来方程的近似模型，这是客观实际问题的近似模拟，解这个一阶线性差分方程得：

由此可得,当时,,即点稳定条件是,即，需求曲线在点的切线斜率绝对值小于供给曲线在该点的切线斜率绝对值；反之，点不稳定的条件是,即，需求曲线在点的切线斜率绝对值大于供给曲线在该点的切线斜率绝对值。

这个非线性分析使传统的线性蛛网模型的分析有了进一步的推广。

西方经济学家认为，蛛网模型解释了某些生产周期较长的商品的产量和价格的波动的情况，是一个有意义的动态分析模型,对理解某些行业产品的价格和产量的波动提供了一种思路。

但是，这个模型还是一个很简单的和有缺陷的模型。

实际上在大多数情况下,商品生产数量并不只是根据前一时期的价格决定的,具有相当管理经验的生产经营者在决定产品数量时不会仅仅只参考前一期的价格,可能还会对更前几期的价格做一定的比较和分析,尤其像生产者始终只是简单地把上一期价格作为本期价格预期并以此作为决定产量的依据，这种非理性假设与现实是极不相符的[4]。

3.3模型中核心变量的实际意义

（1）需求函数的斜率（取绝对值）表示商品供应量减少1个单位时价格的上涨幅度；供给曲线的斜率表示价格上涨1个单位时（下一时期）商品供应的增加量.因此，的数值反映消费者对商品需求的敏感程度。

如果这种商品是生活必需品，消费者处于持币待购的状态，商品数量稍缺，人们立即蜂拥抢购，那么，就会比较大；反之，若这种商品为非必需品，消费者购物心理稳定，或者消费水平低下，则较小。

（2）供给曲线的斜率表示价格上涨1个单位时（下一时期）商品供应的增加量。

的数值反映生产经营者对商品价格的敏感程度，如果他们目光短浅，热衷于追逐一时的高利润，价格稍有上涨立即大量增加生产，那么，就会比较大；反之，若他们素质较高，有长远的计划，则会较小[5]。

第4章蛛网模型的优化

西方经济学家认为，蛛网模型解释了某些生产周期较长的商品的产量和价格的波动的情况，是一个有意义的动态分析模型。

但是，这个模型还是存在着一定的缺陷，需要优化。

4.1优化后的蛛网模型

一般地需求不仅与价格有关，还与人们现期的可支配收入有关，当然还与其他的因素有关。

现在加以改进，需求一般与价格反向变动,与收入同方向变动（至少对正常商品如此），故时刻商品的需求可设为：

式中，代表除货币以外的其他所有可能引起需求变动的因素。

为了简化推导，是货币收入和价格水平取了对数以后的值，因而等价于实际货币收入量的对数,参数代表需求量对实际货币收入的反应系数。

在实际生活中，由于市场的不完全信息，或者获取信息的成本过大，生产者并不能准确地知道价格水平，而只能对此加以估计，今用表示产品供给者对价格水平的估计，根据供求法则，一般产品的供给与价格同方向变动，则时刻商品的供给函数可设为：

接下来的问题是，生产者如何对价格水平加以估计?

假设做出经济决策的经济主体是理性预期者，为了追求最大利益，他们总是力求对未来做出准确的预期，且在预期时不会犯系统性错误，人们对价格的变动采取适应性方式,即根据价格的波动来修正自己对未来价格的预期，经济主体会随时随地根据得到的信息来修正预期的错误，当预期值高于正确值时，它会降低预期值；当预期值低于正确值时，它会提高预期值。

但预期价格和实际价格往往不一致，从而供给者会根据前一期的实际价格和预期价格的差来调整当期的价格预期，产品供给者对当期价格水平的估计可用下述方程表示为

式中，分别为第期和第期预期价格，产品供给者对时期价格的估计由两部分组成：

一部分是上一期的价格预期；另一部分是生产者根据经验对前期价格的调整，为调整系数.上式说明预期价格的变化值等于上期实际价格与上期预期价格的一定比例。

上式也可以更具体地表示为

即时期的预期价格等于期实际价格与期预期价格的加权平均数，这是对蛛网模型的进一步改进。

最后要想使市场保持供需平衡的出清状态，必须满足条件为

由此建立的数学模型，可用下边四个联立的方程表示为

式中，均为常数，且均大于零，为常数[6]。

4.2分析优化后模型的稳定性

由式、式、式得

将其代入式得

当给