[논문 리뷰] Enhanced Gravity Model of trade: reconciling macroeconomic and network models

Assaf Almog, Rhys Bird외 1명|arXiv (Cornell University)|2015. 06. 01.

Economic and Technological Innovation참고 문헌 55인용 수 45

한 줄 요약

이 논문은 무역량과 네트워크 구조를 동시에 모델링함으로써 거시경제학적 중력모형과 네트워크 기반 접근법을 통합하는 최대 엔트로피 프레임워크인 향상된 중력모형(EGM)을 제안한다. EGM은 국제무역네트워크의 이질적인 구조와 가중치가 부여된 링크 분포를 성공적으로 재현하며, 무역량이 영점에서의 점질량을 포함한 기하분포 또는 지수분포를 따른다는 것을 보여준다.

ABSTRACT

The structure of the International Trade Network (ITN), whose nodes and links represent world countries and their trade relations respectively, affects key economic processes worldwide, including globalization, economic integration, industrial production, and the propagation of shocks and instabilities. Characterizing the ITN via a simple yet accurate model is an open problem. The traditional Gravity Model (GM) successfully reproduces the volume of trade between connected countries, using macroeconomic properties such as GDP, geographic distance, and possibly other factors. However, it predicts a network with complete or homogeneous topology, thus failing to reproduce the highly heterogeneous structure of the ITN. On the other hand, recent maximum-entropy network models successfully reproduce the complex topology of the ITN, but provide no information about trade volumes. Here we integrate these two currently incompatible approaches via the introduction of an Enhanced Gravity Model (EGM) of trade. The EGM is the simplest model combining the GM with the network approach within a maximum-entropy framework. Via a unified and principled mechanism that is transparent enough to be generalized to any economic network, the EGM provides a new econometric framework wherein trade probabilities and trade volumes can be separately controlled by any combination of dyadic and country-specific macroeconomic variables. The model successfully reproduces both the global topology and the local link weights of the ITN, parsimoniously reconciling the conflicting approaches. It also indicates that the probability that any two countries trade a certain volume should follow a geometric or exponential distribution with an additional point mass at zero volume.

연구 동기 및 목표

• 기존 중력모형이 네트워크 구조를 忽시하는 것과 최대 엔트로피 네트워크 모형이 무역량을 忽시하는 한계를 보완하기 위해.
• 무역 발생 확률과 무역량을 동시에 모델링할 수 있는 통합된 계량경제학적 프레임워크를 개발하기 위해.
• 원칙적인 최대 엔트로피 접근을 사용하여 어떤 경제 네트워크에도 투명하고 일반화 가능한 모델을 제공하기 위해.
• 국가 쌍 간의 무역량의 통계적 분포를 특정하여 영점에서의 점질량을 포함하여 규명하기 위해.

제안 방법

• 이원관계 및 국가별 거시경제 변수를 하나의 확률 모델에 통합하는 최대 엔트로피 프레임워크를 제안한다.
• 무역량과 링크 존재의 공동 확률 분포를 사용하며, 무역량 분포는 이산 기하분포 또는 연속 지수분포이며, 영점에서의 점질량을 포함한다.
• 예상 무역량을 GDP, 거리 및 기타 요소 기반으로 모델링하기 위해 일반화된 함수 형태 ⟨wij⟩ = Fφ(⃗ni, ⃗nj, ⃗Dij)를 활용한다.
• 실제 데이터를 사용하여 모수를 추정하고 예측을 검증하기 위해 국제무역네트워크(ITN)에 모델을 적용한다.
• 무역량의 전체 확률 분포를 유도하여, 영점 유량과 양의 무거운 尾 꼬리 분포를 자연스럽게 포괄함을 보여준다.
• 모델의 예측을 네트워크 구조와 링크 무게에 대한 실증 데이터와 비교하여 검증한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 무역에서 거시경제학적 무역량 모형과 네트워크 구조 모형을 어떻게 통합할 수 있는가?
• RQ2 국가 쌍 간의 무역량에 대한 올바른 통계적 분포는 무엇이며, 영점 유량을 포함하여 어떻게 되는가?
• RQ3 단일 최대 엔트로피 모델이 국제무역네트워크의 구조와 무게를 동시에 재현할 수 있는가?
• RQ4 이원관계 변수와 국가별 변수는 무역 발생 확률과 무역량을 어떻게 형성하는가?
• RQ5 영점에서의 무역량에 대한 점질량을 포함함으로써 모델의 실증 데이터에 대한 적합도는 어떻게 향상되는가?

주요 결과

• 향상된 중력모형(EGM)은 국제무역네트워크의 이질적인 구조와 가중 링크 구조를 성공적으로 재현한다.
• 국가 쌍 간의 무역량은 영점에서의 점질량을 포함한 기하분포 또는 지수분포를 따르며, 이는 이전 모형보다 실증 데이터를 더 잘 반영한다.
• 무역량과 네트워크 구조를 하나의 최대 엔트로피 프레임워크에 통합함으로써 중력모형과 네트워크 모형을 간결하게 통합한다.
• 실증 검증 결과, EGM은 기존 중력모형이나 네트워크 전용 모형보다 관측된 무역량과 네트워크 구조를 훨씬 더 잘 설명한다.
• 모델의 투명성과 일반화 가능성 덕분에 국제무역 외의 다른 경제 네트워크로의 확장이 가능하다.
• 영점에서의 무역량에 대한 점질량 포함은 실제 무역 데이터에서 높은 빈도로 발생하는 영점 무역 쌍을 정확히 모델링하기 위해 필수적이다.