[논문 리뷰] Physicists' approach to studying socio-economic inequalities: Can humans be modelled as atoms?

Kiran Sharma, Anirban Chakraborti|arXiv (Cornell University)|2016. 06. 20.

Complex Systems and Time Series Analysis참고 문헌 25인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 통계역학 모델—특히 운동적 교환 모델—을 사회경제 시스템에 적용하여 개인을 상호 wealth를 교환하는 입자로 간주한다. 이 모델에서 이질적인 저축 성향이 존재할 경우 실증적으로 관측된 소득 및 재산 분포의 로그정규 분포의 주체부와 힘의 법칙 꼬리 부분을 재현함으로써, 통계역학 원리에 기반한 사회경제적 불평등에 대한 최소한의 설명을 제공한다.

ABSTRACT

A brief overview of the models and data analyses of income, wealth, consumption distributions by the physicists, are presented here. It has been found empirically that the distributions of income and wealth possess fairly robust features, like the bulk of both the income and wealth distributions seem to reasonably fit both the log-normal and Gamma distributions, while the tail of the distribution fits well to a power law (as first observed by sociologist Pareto). We also present our recent studies of the unit-level expenditure on consumption across multiple countries and multiple years, where it was found that there exist invariant features of consumption distribution: the bulk is log-normally distributed, followed by a power law tail at the limit. The mechanisms leading to such inequalities and invariant features for the distributions of socio-economic variables are not well-understood. We also present some simple models from physics and demonstrate how they can be used to explain some of these findings and their consequences.

연구 동기 및 목표

• 사회경제적 소득 및 재산 분포가 물리 시스템과 유사한 보편적인 통계 패턴을 보이는지 조사하기.
• 최소한의 물리학 기반 모델이 실증적인 소득 및 재산 분포의 특징을 재현할 수 있는지 탐색하기.
• 실제 데이터에서 관측된 재산 분포의 힘의 법칙 꼬리 부분을 생성하는 데 있어 이질성이 어떻게 기여하는지 이해하기.
• 통계역학의 개념을 경제 불평등에 적용함으로써 물리 기반 모델링과 사회경제 현상 간의 다리를 놓기.

제안 방법

• 기체에서 에너지 교환과 유사하게 쌍별 상호작용을 통해 재산을 교환하는 에이전트를 포함하는 운동적 교환 모델(KEM)을 사용하기.
• 개개인의 재산 유지를 위한 이질적인 저축 성향을 KEM 프레임워크에 도입하여 개인 간의 차이를 모델링하기.
• 최대 엔트로피 및 볼츠만 유사 방정식을 사용하여 미세한 교환 규칙에서 평형 재산 분포를 유도하기.
• 다양한 국가와 연도의 실증 데이터를 캘리브레이션하여 분포 적합도를 검증하기.
• 시간과 지리적 범위를 초월해 일관된 분포적 특징을 식별하기 위해 단위 수준의 소비 지출 데이터 분석하기.
• 엔트로피 최대화 및 보편성 개념과 같은 통계역학 기법을 경제 시스템에 적용하기.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 소득 및 재산의 사회경제적 분포가 물리 시스템과 유사한 보편적인 통계 형태로 기술될 수 있는가?
• RQ2 에이전트 기반 모델에서 실증적으로 관측된 로그정규 주체부와 힘의 법칙 꼬리 부분을 재현하는 메커니즘은 무엇인가?
• RQ3 특히 저축 성향의 이질성이 재산 분포의 힘의 법칙 꼬리 부분을 어떻게 생성하는가?
• RQ4 엔트로피 최대화 및 보편성과 같은 통계역학 원리가 경제 불평등을 모델링하는 데 얼마나 적용될 수 있는가?
• RQ5 최소한의 물리학 기반 모델이 다양한 국가와 시간 간격에서 소비 분포 패턴의 강건성을 설명할 수 있는가?

주요 결과

• 다양한 국가와 연도의 실증 데이터에서 소비 분포가 주로 로그정규 분포를 보이며, 상위 부분에서는 힘의 법칙 꼬리 부분을 보이며, 이는 일관된 특징을 나타낸다.
• 소득 및 재산 분포는 일관되게 주로 로그정규 또는 감마 분포를 보이며, 가장 부유한 집단에 대해서는 페레토 유형의 힘의 법칙 꼬리 부분을 보인다.
• 이질적인 저축 성향을 포함한 운동적 교환 모델은 로그정규 주체부와 힘의 법칙 꼬리 부분을 성공적으로 재현하지만, 동질적인 버전은 오직 지수 또는 감마 유사 분포만 생성한다.
• 특히 저축 성향의 이질성 도입이 재산 분포의 관측된 힘의 법칙 꼬리 부분 생성에 필수적이다.
• 모델들은 마이크로이코노믹 원리에 기반하여, 재산 교환 동역학이 효용 최적화 및 엔트로피 최적화 프레임워크로부터 유도될 수 있음을 보여준다.
• 재산 교환과 기체 내 입자 충돌 간의 유사성은 통계역학 원리를 활용한 사회경제적 불평등 이해를 위한 강력하고 최소한의 프레임워크를 제공한다.