[論文レビュー] Physicists' approach to studying socio-economic inequalities: Can humans be modelled as atoms?

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

Complex Systems and Time Series Analysis参考文献 25被引用数 5

ひとこと要約

この論文は、経済社会的システムに統計物理学のモデル——特に運動的交換モデル——を適用し、個々の人物を相互に富を交換する粒子として扱う。このモデルでは、異種の貯蓄傾向が、観察された実証的対数正規分布の本体とパワーロー尾を再現することを示し、統計力学の原理を用いた、経済的格差の最小限の説明を提供する。

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.

研究の動機と目的

• 経済的・社会的所得および富の分布が、物理的系と同様に普遍的な統計的パターンを示すかどうかを調査すること。
• 最小限の物理的インスピレーションを持つモデルが、実証的な所得および富の分布の特徴を再現できるかどうかを検討すること。
• 実世界のデータで観察される富の分布におけるパワーロー尾の生成に、異種性が果たす役割を理解すること。
• 統計力学の概念を経済的不平等に応用することで、物理学に基づくモデルと社会経済現象を結びつけること。

提案手法

• 気体におけるエネルギー交換に類似した、2者間の富交換を行う代理行動者を用いた運動的交換モデル（KEM）を用いる。
• 個々の富の保持傾向の違いをモデル化するため、KEMフレームワークに異種の貯蓄傾向を導入する。
• 最大エントロピーおよびボルツマンに類似した方程式を用いて、微視的交換ルールから平衡状態における富の分布を導出する。
• 複数の国および年次における実証データにモデルをキャリブレーションし、分布の適合度を検証する。
• 時間的・地理的要因に関係なく不変の分布的特徴を同定するために、個別単位の消費支出データを分析する。
• エントロピー最大化や普遍性の概念を含む統計物理学的手法を経済システムに適用する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 所得および富の経済的・社会的分布は、物理的系と同様に普遍的な統計的形態で記述可能か？
• RQ2 エージェントベースモデルにおけるどのようなメカニズムが、現実の所得および富データで観察される対数正規分布の本体とパワーロー尾を再現するのか？
• RQ3 特に貯蓄傾向の差異として現れる個々の行動の異種性が、富の分布におけるパワーロー尾の出現にどのように寄与するのか？
• RQ4 エントロピー最大化や普遍性といった統計力学の原則が、経済的不平等をモデル化するためにどの程度適用可能か？
• RQ5 最小限の物理的インスピレーションを持つモデルは、異なる国および時間周期においても消費分布パターンの頑健性を説明できるか？

主な発見

• 複数の国および年次における実証データから、消費分布が本体では対数正規分布に従い、上位側ではパワーロー尾を示すことが判明し、不変の特徴が示された。
• 所得および富の分布は、一貫して本体で対数正規分布またはガンマ分布を示し、最も裕福な層ではパレート型のパワーロー尾を示す。
• 異種の貯蓄傾向を持つ運動的交換モデルは、対数正規分布の本体とパワーロー尾の両方を成功裏に再現するが、均一なバージョンでは指数分布やガンマ型分布にしかならない。
• 異種性、特に貯蓄傾向の差異の導入が、実際の富の分布における観察されたパワーロー尾の生成に不可欠である。
• モデルは微視的経済学の原則に基づいており、富の交換ダイナミクスが効用最大化およびエントロピー最大化の枠組みから導出可能であることを示している。
• 富の交換と気体中の粒子衝突との類似性は、統計力学を用いた経済的格差の理解に、堅牢で最小限の枠組みを提供する。