07 预期效用理论.ppt
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1、第第7 7讲讲 预期效用理论预期效用理论所谓不确定性不确定性,通常是说人们不能确定某种经济行为必然会产生某种结果。经济学则对不确定性从概念上作了严格区分,提出了两种含义不同但相联系的不确定性:风险性与无常性。风险性风险性(risk)是指人们虽然不能确定某种行为一定会产生某种结果,但能够客观地确定产生某种结果的可能性大小。这就是说,经济行为产生某种结果的概率是客观存在的客观概率客观概率。无常性无常性(uncertainty)是指人们既不能确定某种经济行为一定会产生某种结果,又不能客观地确定产生某种结果的可能性大小。本讲研究不确定环境中,经济人的行为准则与目标函数,内容包括:1)风险选择理论预期效
2、用预期效用;2)无常选择理论主观概率主观概率。一、不确定性选择的事例一、不确定性选择的事例例例1 1 彩票彩票(lottery)发行彩票是一种常见的低成本筹资手段。购买彩票有可能获得奖品,甚至可能获得大奖。彩票种类很多,面对众多彩票,消费者究竟依据怎样的行为准则进行选择?这是我们关心的问题。例例2 2 赌博赌博(gamble)赌博是一种典型的靠随机因素决定收入的现象,用它可区别一个人对待风险的态度。我们关心的问题是,当消费者面对一种赌博的时候,他是依据什么准则来决定是参加还是拒绝赌博的?例例3 3 择业择业(job-choice)职业各种各样,有些职业具有稳定的收入,而有些职业的收入不稳定,与
3、绩效挂钩。因此,择业也是一种不确定选择问题。(一一)抽彩选择抽彩选择 现有两种彩票:福彩和足彩。奖品相同,中奖即得汽车一辆。福利彩票:中奖概率为p,不中奖的概率为1-p。足球彩票:中奖概率为q,不中奖的概率为1-q。抽彩者:中奖,获U1单位效用;不中奖,获U2单位效用。s 问题问题:抽彩者会购买哪一种彩票抽彩者会购买哪一种彩票?要回答这个问题,需要计算这两种彩票的预期效用效用的数学期望。用 EU、EV 分别表示福彩、足彩的预期效用:EU=pU1+(1-p)U2 EV=qU1+(1-q)U2 抽彩人究竟会购买哪一种彩票,取决于 EU 与 EV 的比较:如果 EU EV,则福彩的预期效用更大,因而
4、要选择购买福彩;如果 EU A,即 k A/a+1。否则,赚不到钱),故中奖概率 p 必然满足 p 1/k a/(A+a)。另外,要让消费者 i 购买彩票,预期增加的效用不能为负:pUi-(1-p)ui 0,即 p ui/(Ui+ui)。可见,设计出一种彩票,既不让发行者吃亏,又能让所有消费者都满意的条件是:A/a minUi/ui:i=1,2,m(m个消费者)。3.3.复合彩票复合彩票通过一个随机事件A,可以从两种彩票 p 和 q 设计出这样一种彩票 t:如果事件 A 发生,购买者将得到彩票 p;如果 A 没有发生,则购买者得到彩票q。彩票 t 称为 p 与 q 的复合彩票复合彩票。彩票 t
5、 的中奖概率分布为 a p+(1-a)q:a p+(1-a)q=(a p1+(1-a)q1,a p2+(1-a)q2,a pn+(1-a)qn)pp1p2pnqq1q2qna p+(1-a)qa p1+(1-a)q1a p2+(1-a)q2a pn+(1-a)qn 这样,复合彩票 t 可用它的概率分布向量 a p+(1-a)q 来表示:t=a p+(1-a)q假定把所有的彩票进行合类后,共有 n 个等级奖励。则所有可能的彩票的全体是集合 。显然,彩票集合 X 是是 的有界凸闭子集的有界凸闭子集,因而是凸紧集是凸紧集。4.4.彩票集合彩票集合 X 是凸集,是说 X 中的任何两种彩票p和q的加权平
6、均a p+(1-a)q 依然是 X 中的彩票:它就是 p和q 的复合彩票。X111彩票集合彩票集合 可以假定:1等奖让消费者获得的效用U1最大,2等奖的效用U2次之,n等奖的效用Un最小(此奖即无奖,只有付出,没有收获,效用为负:Un 1 p(甲认为巴西队赢),q u(50),即甲认为接受赌博的预期效用大于不赌的效用,那么甲会参加赌博。如果 EV v(50),即乙认为参加赌博的预期效用大于不赌的效用,那么乙会参加赌博。l一个人是否接受赌博一个人是否接受赌博,关键看他接受打赌的预期效用是否大于不关键看他接受打赌的预期效用是否大于不赌的效用赌的效用。l结论结论:只有当只有当 EU u(50)且且
7、EV v(50)时时,这场赌博才能开展起这场赌博才能开展起来来。否则,便有一方不愿意打赌。2.2.赌博行为的一般描述赌博行为的一般描述一般地描述一个赌博,可以这样来说:赌博是一种游戏,输者赢得W1 元(W1 0);输的概率为 p,赢的概率为1 p。这个赌博可表示为:G=(W1,p;W2,1 p)。某人现有收入W 元,货币收入效用函数为U(r)。如果他不接受赌博 G,则收入W 元不变,效用为U(W);如果他接受赌博G,则预期收入ER和预期效用EU分别为:ER =ER(G,W)=p(W+W1)+(1 p)(W+W2)=W+pW1+(1 p)W2 EU=EU(G,W)=pU(W+W1)+(1 p)U
8、(W+W2)2.2.赌博行为的一般描述赌博行为的一般描述n接受赌博接受赌博:EU(G,W)U(W)n拒绝赌博拒绝赌博:EU(G,W)W,即 pW1+(1 p)W2 0;亏性赌博亏性赌博(亏亏赌赌)指参赌的预期收入小于不赌的收入:ER(G,W)U(ER)=U(W)不赌:EU W赌:EU U(ER)U(W)可能不赌:EU U(W)赌:EU=U(ER)U(W)亏性赌博:ER U(ER)U(W)不赌:EU U(ER)U(W)不赌:EU=U(ER)2。那么,这个人究竟会选择哪一种工作呢?这就取决于该人对待风险的态度。2.2.风险态度决定职业选择风险态度决定职业选择 在这种预期收入相同,但风险不同的两种作
9、面前,一个人究竟选择哪一种工作,取决于他对待风险的态度。如果两种工作的预期收入不同,比如说第一种工作在“干得好”和“干不好”两种情况下的月收入都比上面所述的收入多 100 元,第二种工作的收入情况还是如上,则 ER1=1600(元),ER2=1500(元)。1=0.5(2100-1600)+0.5(1100-1600)=250000 2=0.99(1510-1500)+0.01(510-1500)=9900 第一种工作虽然比第二种具有更多的预期收入,但同时也比第二种工作承担更大的风险。富有挑战精神的人(即使为风险厌恶者)可能会选择第一种工作,保守的人可能会选择第二种工作。二、风险选择与预期效用
10、二、风险选择与预期效用v预期效用是平均值,并不是能够实际得到的效用,人们为什么要用这种效用值作为追求的目标?v表达同一篇好的效用函数无限多,不同效用函数下计算的预期效用不同,这是否会产生评价上的矛盾?v是不是在计算预期效用的时候不需要分辨效用函数,而只需要一个确定性意义下的效用函数(用来计算)就足够了?(一一)风险环境风险环境所谓风险环境风险环境是指这样的一种选择环境,其中人们究竟会选择到哪一种结果依赖于一些自然状态,而这些自然状态的出现与否是随机的。不过这种环境中,任何随机事件发生的概率都是客观确定的,不会因人而异。用 表示风险环境中影响人们选择结果的自然状态的集合,称为(自然)状态空间状态
11、空间。用 F 表示 上的事件域事件域,其中每个事件发生的概率都客观存在;用 P:F 0,1 表示事件域 F 上这个客观存在的概率测度概率测度。这样,(,F,P)就是风险环境中客观存在的、影响人们选择结果的概率空间。l概率空间概率空间(,F,P)准确表达了从而代表着人们所处的风险环境准确表达了从而代表着人们所处的风险环境。(二二)风险选择集合风险选择集合 假定商品空间为 ,且 X 为消费者在确定性环境中的选择集合(即消费集合),称为确定性选择集合确定性选择集合。假定 X 为凸闭集。消费者最终的选择结果虽然必然在 X 中,但在风险环境中,消费者的选择行为是概率空间(,F,P)上的一个随机向量:X。
12、表达风险环境中消费者的风险选择行为的空间是由所有的随机向量:X 组成的集合 X:X=|:X 是(,F,P)上的随机向量这个集合 X 就叫做消费者的风险选择集合风险选择集合或风险选择空间风险选择空间。l风险选择集合风险选择集合 X 是确定性选择集合是确定性选择集合 X 的扩充的扩充:X X。每个xX 都可看成是X中退化的随机向量退化的随机向量 x:()(x()=x)。1.1.风险行动的预期结果风险行动的预期结果 退化的随机向量退化的随机向量是指几乎处处为常值的随机向量。于是,风险选择集合X中退化的风险行动的全体正是确定性选择集合X。lX中几乎处处相同的风险行动是相同的行动中几乎处处相同的风险行动
13、是相同的行动。n定义定义 风险行动 的预期结果预期结果或预期向量预期向量,是指随机向量 的数学期望 。l退化风险行为退化风险行为xX 的预期结果就是的预期结果就是 x,即即 。l在确定性选择集合在确定性选择集合X 为凸闭集的假定下为凸闭集的假定下,E X 对一切对一切 X 成立成立,即任何风险行为的预期结果都是一种确定性的选择结果即任何风险行为的预期结果都是一种确定性的选择结果。n定义定义 给定实数 p0,1,与 的复合行为复合行为 p (1-p)是指这样的行为:以概率 p 采取风险行动,以概率1-p采取风险行动。n复合行为复合行为 p (1-p)的实际意义的实际意义:2.2.风险行为的复合风
14、险行为的复合设 A 为某个随机事件,其发生的概率为 p。记=p (1-p),则 代表这样的随机选择行动:若事件A发生,按照 进行选择;若 A未发生,按照 进行选择。也就是说,:X 是这样定义的随机向量:对任何,。l对任何对任何,X及任何及任何实数实数 p0,1,复合行为复合行为 p (1-p)都都是是X中的风险行为中的风险行为,并且并且 p (1-p)与与 p+(1-p)是不同的是不同的行为行为。3.3.复合行为的分布函数复合行为的分布函数n分布函数分布函数 风险行动X的分布函数分布函数 f 是商品空间 上的一个实值函数使得 。l定理定理 若 f 是风险行动X的分布函数,g 是风险行动X的分布
15、函数,则对任何实数 p0,1,pf+(1 p)g 是复合行为 p (1 p)的分布函数。3.3.复合行为的分布函数复合行为的分布函数 证明:任意给定实数 p0,1,并设 A 是概率为 p的随机事件。我们来计算 p (1-p)的分布函数。为此,任意给定 。为了书写方便,令=p (1-p),B=()x。根据全概公式,我们有:这就证明了 p f+(1 p)g 是复合行为 p(1 p)的分布函数。4.4.风险行为的分布函数表示风险行为的分布函数表示 风险选择集合 X 也可以用分布函数集合 D 来表示,并可直接把 D叫做风险选择集合风险选择集合:D=f:f 是X中的随机向量的分布函数 l对任何对任何xX
16、,可用退化分布函数可用退化分布函数 x 来表示来表示 x,从而从而 X D。xX 的退化分布函数退化分布函数 x:对任何 ,。事实上,前面的论述和定理已经证明了D为凸集这一事实,即(f,gD)(p0,1)(p f+(1-p)g D)这充分展现了经济活动的凸性表现的客观必然性。l用用D来表示风险选择集合来表示风险选择集合X 的好处在于的好处在于 D是凸集合是凸集合。(二二)预期效用函数预期效用函数 用确定性选择集合 X 上的效用函数U(x),来计算风险活动 f D的预期效用 EU(f):,便给出了D上的一个实值函数 EU:DR。这个函数就是通常意义上的预期效用函数。函数 EU(f)能否作为消费者
17、在风险选择集合D上的效用函数?要回答这个问题,必须从消费者在风险选择集合 D 上的偏好关系 出发,因为消费者的评价是依据偏好 进行的。如果 EU(f)能够成为偏好关系 的效用函数,那么问题就得到了圆满解决。1.1.风险偏好风险偏好 在风险选择环境中,理性消费者的理性体现依然是对任何两种风险行为 f,gD,都能作出谁优谁差的判断或评价:要么 f g,要么 f g,要么 f g,且只能是其中一种评价结果。这种评价便形成了消费者的偏好关系 :(f g)(f g)(f g),称为风险偏好风险偏好(risky preference)。消费者理性体现在偏好 上,就意味着 是 D 上自反、完全、传递的二元关
18、系。1.1.风险偏好风险偏好 既然 X D,风险偏好 便决定了消费者的确定性偏好,即规定好了 X 上的偏好关系:对任何 x,yX,x y 是指 x y。有些时候,为了明确起见,便用 表示由 确定的 X 上的偏好关系,并叫做偏好 在在 X 上的限制上的限制(constraint on X of preference )。一个函数u:DR叫做风险偏好 的效用函数效用函数,是指 u 满足这样的条件:(f,gD)(f g)(u(f)u(g)。现在的问题是:风险偏好的效用函数能否用通常的预期效用函数来给出?2.2.预期效用性质预期效用性质从确定性选择集合 X 上的效用函数 U(x)出发,给出的预期效用函
19、数EU:DR 具有凸线性性凸线性性:据此,我们把预期效用函数的概念加以扩大,凡是具有这个性质的实值函数,都可叫做预期效用函数。同时,把凸线性性叫做预期效用性质,作为对预期效用函数基本性质的刻画。n定义定义 凡是具有如下性质的函数 u:DR 都叫做预期效用函数预期效用函数:(f,gD)(p0,1)(u(pf +(1-p)g)=pu(f)+(1-p)u(g)这条性质也就叫做预期效用性质预期效用性质。3.3.预期效用公理预期效用公理那么,风险偏好究竟能不能用预期效用函数加以表示?即风险偏好的预期效用函数是否存在?为了得到了肯定的答案,人们对风险偏好提出了一些公理,通称为预期效用公理预期效用公理,主要
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