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Interdisciplinary application of relaxation dynamics on networks
Jan Hurt
Art der Arbeit
Masterarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Physik
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Masterstudium Physik
Betreuer*in
Peter Klimek
DOI
10.25365/thesis.69554
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-11092.53315.898177-1
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Viele Systeme können als ein Netzwerk von Komponenten, und wie diese miteinander interagieren, dargestellt werden. Wie ein System auf einen externen Schock reagiert, hängt stark von diesem Netzwerk ab. Input-Output Analysen modellieren nationale Ökonomien als Netzwerk. Die verschiedenen industriellen Sektoren, representieren die Knotenpunkte, die Waren- beziehungsweise Geldflüsse, die Kanten dieses Netzwerks. Die statistische und computergestützte Physik hat ähnliche Herangehensweisen. Diese modellieren (makroskopische) Systeme indem sie sie in ihre (mikroskopischen) Bausteine zerlegen. Unter der Annahme, dass sich Preise nicht verändern, und deshalb Produzenten nur durch Mengenanpassungen auf ökonomische Schocks reagieren, wurde das dynamische Leontief Modell schon erfolgreich verwendet, um vorherzusagen wie die Wirtschaft auf ökonomische Schocks reagiert. Dieses Modell wird durch Differentialgleichungen beschrieben, die die der Brownschen Bewegung gleichen. Deshalb können bekannte Ergebnisse aus der statistischen Physik, wie die Green-Kubo Gleichungen, an dieses Modell angewandt werden. Die Rolle der stochastischen Langevin Kraft, war jedoch bis jetzt unklar. In dem ersten Teil der Arbeit, wird gezeigt das drei konzeptuell verschiedene Erwartungswerte die selbe Zeitentwicklung ergeben. Dadurch wird erklärt, zu welchem Ausmaß die konzeptuell verschiedenen Herangehensweisen zur Schockreaktion des Netzwerksystems zu gleichen Verhalten führt. Bis jetzt konnte das dynamische Leontief Modell Schockanpassungen nur in der Form von Mengenanpassungen abbilden. Im zweiten Teil dieser Arbeit werden Agenten basierte Updategleichungen abgeleitet, die sowohl Mengen- als auch Preisanpassungen erlauben. Ähnlich wie bei der Molekulardynamik wird hier das gesamte System simuliert, indem die Updategleichungen für jeden Agenten/Teilchen definiert und numerisch integriert werden. In dem abgeleiteten Modell bestimmen Verhaltensparameter wie stark die Anpassung in der Preis- oder Mengendimension erfolgt. Diese werden dann an Input-Output-Daten der österreichischen Wirtschaft für die Jahre 2008-2016 gefittet. Es wird festgestellt, dass die Marktteilnehmer in diesem Zeitraum auf Schocks sowohl in Form von Mengen- als auch Preisanpassung gleichzeitig reagieren. Indem die Verhaltensparameter als Vektoren und nicht als Skalare betrachtet werden, könnten zukünftige Arbeiten dieses agentenbasierte Modell verwenden, um abzuschätzen, ob es sektorale Unterschiede in den Preis- und Mengenanpassungen gibt.
Abstract
(Englisch)
Many systems can be described by networks of interacting components. How the system responds to an external shock often depends strongly on how these components interact with each other. In input-output economics, national economies are modelled as a network in which nodes correspond to industrial sectors and the edges to monetary or quantity flow between those. This approach is similar to approach in statistical and computational physics, where a whole (macroscopical) system is also modelled by disecting it into its (microscopical) constituents. The dynamic Leontief model has already been applied to predict how an economy reacts to a shock by assuming that prices stay constant and producers adjust to the shock by changing the quantity of what they produce. The differential equations of this model have the same form as the ones describing the Brownian Motion. Therefore, known results from statistical Physics, like the Green-Kubo equations, can also be applied to this model. However, which role the stochastic Langevin force plays in these models, has been unclear. By showing that three conceptually different expectation values yield the same time evolution, the first part of this work clarifies the extent to which different conceptual approaches to the shock response of networked systems lead to similar behaviour. Until now, these dynamic Leontief models have only allowed shock absorption via quantity adjustments. In the second part, agent based update equations will be derived that allow both, adjustment of quantity and price. Similar to molecular dynamics, here the whole system is simulated by defining and numerically integrating the update equations for each agent/particle. Behavioural parameters determine how much adjustment happens in price or quantity dimension. These are then fitted to input-output data of the Austrian economy for the years 2008-2016. From this, it is concluded that market participants react to shocks in terms of both quantity and price adjustment simultaneously during this timeframe. By considering the behavioural parameters as vectors, not as scalars, future work might use this Agent Based Model to estimate whether there are sector wise differences in adjustment of price and quantity.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Englisch)
linear response theory Langevin Equation agent-based modelling Leontief Model Ghosh Model Input-Output Model econophysics complex systems
Schlagwörter
(Deutsch)
lineare Antwortfuntktion Langevin Gleichung agentenbasierte Modellierung Leontief Modell Ghosh Modell Input-Output Analyse Ökonophysik komplexe Systeme
Autor*innen
Jan Hurt
Haupttitel (Englisch)
Interdisciplinary application of relaxation dynamics on networks
Paralleltitel (Deutsch)
Interdisziplinäre Anwendungen von Relaxationsdynamiken auf Netzwerken
Publikationsjahr
2021
Umfangsangabe
iii, 40 Seiten : Diagramme
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Peter Klimek
AC Nummer
AC16381129
Utheses ID
59003
Studienkennzahl
UA | 066 | 876 | |