קבלת החלטות בתנאי אי וודאות גישת תוחלת התועלת
Transcription
קבלת החלטות בתנאי אי וודאות גישת תוחלת התועלת
קבלת החלטות בתנאי אי וודאות גישת תוחלת התועלת 1 נושאי השיעור • • • • הגרלות ותכניות תצרוכת מותנות העדפות על הגרלות גישת תוחלת התועלת ופונקצית תועלת VNM תרחיש הביטוח – מישור העושר – מישור מצבי הטבע 2 הגרלות • • בחירות של פרטים מתבצעות בדרך כלל תחת תנאים של אי וודאות. לעיתים קרובות אנו בוחרים בין הגרלות שונות ,או באופן יותר מדויק בין משתנים מקריים שונים. דוגמאות: לבעלי תואר ראשון בכלכלה יש: הסתברות 20%לקבל משרה של ₪ 5,000 והסתברות 80%לקבל משרה של ₪ 9,000 לבעלי תואר ראשון במדעי המחשב יש: הסתברות 30%לקבל משרה של ₪ 3,000 והסתברות 70%לקבל משרה של ₪ 11,000 • רכישת כל תואר כזה הינה למעשה רכישת הגרלה. 3 תרחיש הביטוח דוגמתביטוח נניחכילפרט יש רכוששל ₪ . 40 ,000 כירכושו ירדל – ישנההסתברותשל 0.01 ₪ . 30 ,000 כלומרהפרטעומדבפניהגרלה ) , 0.99 ; 0.01 נניחכעת תשלום γK למשלאם ₪ 5,000 ₪ . 100 , 40 ,000 . (30 ,000 כיהפרט יכוללקנותביטוחב סך K על ידי כפרמיה . ,γ=0.02 להשיגפיצוישל הפרט יכול במקרהשהרכוש ירדתמורתתשלוםשל יעשהזאתהוא יעמודבפניההגרלה אםה פרט ) (34 ,900 , 39 ,900 ; 0.01 ,0 .99 ₪ תמורתתשלוםשל . 100 הפרט יכוללהשיגהגרלותמהצורה : ובאופןכללי ) (30 ,000 +K-γK , 40 ,000 -γK ; 0.01 ,0 .99 החלטתו משתנה כמהביטוח יקנהפרט ו איך כפונקציהשל ?γ 4 העדפות על הגרלות אי תנ םב תהפרטי תהעדפו כיצדנראו תלגבי תסבירו הנחו מהן ת ? או איווד ת? תעלהגרלו העדפו ת שונו תה תוצאו תןלהניחשה מדנומולהגרלהני בע ם. תמצביטבעשוני שלההגרלהמייצגו ת תתצרוכ אתכני םהי תהפרסי מ שי תןלהגידשר ני . (co n tin g en tco n su m p tio np lan ת) תני מו שור : מי תב תגראפי ארזא ת תןל יטוחני םנחזורלב א מצבטבע ) 1רע ( ) מצבטבע ) 2טוב () ם ) K≥0 ( א צירה – ) X צירה –) Y תשהפרטיכוללבחורביניהן תצרוכ תה אוסףתכניו תןעלידי : ני , 4 0 ,0 0 0 0 תחילמהנקודה ) מ שרה קוי םשיפוע ). γ/( 1-γ אלהע מ שךש מ ונ הפרט תביטוח . קניי (3 4 ,9 0 0 , 3 9 ,9 0 ) 0 מצבטבע 1ו – ב 3 4 ,9 0 0 (3 0 ,0 0 0 מצבהטובלרעעלידי יכוללהעבירכסףמה תמצבבוהפרטצורך תאר מ מצבטבע .2 ב 3 9 ,9 0 0 5 העדפות על הגרלות 1 - תצרוכתמותנית( נתארהגרלהאו ) תכנית על ידי : )(c1,…cn;p 1,…,p n מהגרלהכזו ? מהיהתועלת V יתכן ו ... )1,c 2) (P>0 )(1 )1,c 2 )(2 in(c 1,c 2;p 1,p 2)=m V(c p1 c2p2 1,c 2;p 1,p 2)=c 1 V(c )(4 1,c 2;p 1,p 2)=p 1c1+p 2c2 V(c )2 n(c 1,c 2;p 1,p 2)=p 1ln(c 1)+p 2L V(c )(3 )(5 )(6 אם V נאמר ה תועלת . V(c 1,c 2;p 1,p 2)=max(c 2 2c2 V(c 1,c 2;p 1,p 2)=p 1c12 +p כלומרקיימתפונקציה היאמהצורה 4עד ,6 שלתועלתמפרסיםשלוקחיםאתהממוצעשלה שהעדפותהפרטמקיימותאת גישת תוחלת 6 7 John Louis von Neumann 1903-1957 Oskar Morgenstern 1902-1976 העדפות -גישת תוחלת התועלת נסמן את הפונקציה שלוקחים את הממוצע שלה ב – .u במקרה u(c)=c 4 במקרה u(c)=Ln(c) 5 במקרה u(c)=c2 6 uתיקרא פונקצית תועלת .VNM כלומר אם אומרים שלפרט פונקצית תועלת VNM uעל מרחב הפרסים ,פירושו שהתועלת מהגרלה ניתנת על ידי תוחלת התועלת לפי .u יש הנחות סבירות שמבטיחות שהעדפות על פרסים ניתנות על ידי תוחלת תועלת. 8 גישת תוחלת התועלת -האקסיומות העדפותיושלהפרטמקיימות תחתההנחותהבאות , כלומרקיימתפונקצית את גישתתוחלתהתועלת , עלהפרסיםכךשההגרלותמדורגותעל ידי תועלת u תוחלתהתועלתלפי . u )( i קיים י ) ( ii חסהעדפהשלם וטרנזיטיביעלההגרלות . הפרטיםמעונייניםרקב " שורההתחתונה" ביןשתיהגרלותשבסיכומושלדבר נותנות כלומרהפרטאדיש אותםפרסיםבאותןהסתברויות . ה הג ר לה ) (c1,c 2;0.3 ,0 .7 זוההגרלה ) (120 ,100 ;0.4 ,0 .6 כאשר c1=100ו – c2 שקולה להגרלה ) .(100 ,120 ;0.72 ,0 .28 ) ( iii רציפות כלשלושהגרלות עבור ששקולהל . Q )( iv P>R P>Q>R ישנההגרלה )(P,R; α,1-α איתלותבאלטרנטיבותלארלוונטיות אמ" מ )(Q,P; α,1-α)>(Q,R, α,1-α 9 גישת תוחלת התועלת -הערות האםפונקציותהתועלתהבאות ) אתגישתתוחלתהתועלת ? מקיימות מהגרלות ( V(c1,c 2;p 1,p 2)= c1p1c2p2 V(c1,c 2;p 1,p 2)= p1Ln (c1)+ p2c20.5 במיליםאחרות , כתוצאה האםהן יכולותלהתקבל מתוחלתהתועלתשלאיזושהיפונקציתתועלתעל פרסים ? לא. השונים, בראשונה ישקשרביןתועלותשו ליות התועלתהשוליתבמצבטבע 1 מהתועלתהשוליתבמצבטבע . 2 יהזולאאותהפונקציהבכלמצב בשני במצביהטבע מושפעת טבע . אנותמידנניחשההעדפותעלהגרלותניתנותעל ידי תוחלתהתועלת . הנתוניםהבסיסיים יהיוהסתברויותלמצביםהשונים ופונקציתתועלתהמוגדרתעלפרסים. 10 גישת תוחלת התועלת – פרסים כלליים באופן כללי פרסים לא חייבים להיות רק במונחים כספיים ,וניתן לחשוב על תכניות תצרוכת מותנית של סלים שונים. למשל אם פרט יוצא מהבית עם מטריה ומעיל קל ומזג האוויר יכול לקבל אחד מארבעה ערכים: גשום וקר גשום וחם יבש וקר יבש וחם יש ארבעה מצבי טבע והפרט בוחר בעצם בהגרלה של . ... 11 העדפות ופונקציית תועלתVNM • פרטים שיש להם אותה פונקציית תועלת ,VNMעד כדי טרנספורמציה אפינית עולה ממש ,ידרגו הגרלות באותו אופן. • uהינה טרנספורמציה אפינית עולה ממש של vאם u=a*v+b a>0 • לדוגמה אם לפרט 1יש פונקציית תועלת u=c0.5 ולפרט 2יש פונקציית תועלת ,v=3c0.5-10תהיינה לשני הפרטים אותן העדפות על הגרלות. • אם לפרט 2תהיה פונקציית תועלת v=c0.8 העדפות הפרטים על ההגרלות לא תתלכדנה. 12 Maurice Allais 191113 Daniel Ellsberg 1931- פרדוקס ALLAIS בהינתן שתי ההגרלות הבאות: )A=(1,000,000,0;1,0 )מיליון ₪בוודאות( או )B=(1,000,000,5,000,000,0;0.89,0.1, 0.01 )מיליון ₪בהסתברות 5 , 89%מיליון ₪בהסתברות 10% ו ₪ 0 -בהסתברות (.1% אחוז ניכר מהפרטים מעדיף את Aעל B 14 פרדוקס ALLAIS - 1 בהינתן שתי ההגרלות הבאות: )C=(5,000,000,0;0.1,0.9 ) 5מיליון ₪בהסתברות (10% או )D=(1,000,000,0;0.11,0.89 )מיליון ₪בהסתברות (11% אחוז ניכר מהפרטים מעדיף את Cעל D 15 פרדוקס ALLAIS - 2 אם הפרט מתנהג לפי אקסיומות תוחלת התועלת כלומר יש לו פונקציית תועלת uעל פרסים והוא מדרג הגרלות על פי תוחלת התועלת לפי uאזי: Aעדיף על Bגורר כי: )u(1)>0.1*u(5)+0.89*u(1)+0.01*u(o Cעדיף על Dגורר כי: )u(5)+0.9*u(0)>0.11*u(1)+0.89*u(0*0.1 לא יתכן !!! 16 פרדוקס אלסברג • ישנו כד המכיל 90כדורים – 30כדורים הינם צהובים – 60כדורים הינם אדומים או כחולים – אחוז הכדורים האדומים מתוך 60הכדורים יכול להיות בין 0ל .100% • אנו נוציא כדור מהכד והפרט יוכל להמר על הצבע שלו. 17 • מצב A פרדוקס אלסברג 1- – הפרט יכול להמר על צבע צהוב או צבע אדום .הימור נכון יזכה אותו ב ₪ 100והימור מוטעה יזכה אותו ב – .₪ 0 • מטריצת התשלומים עבור שני ההימורים ניתנת על ידי: רוב הפרטים מעדיפים להמר .Y 18 פרדוקס אלסברג 2 - • מצב B – הפרט יכול להמר על צבע )אדום או כחול( או על צבע )צהוב או כחול( .הימור נכון יזכה אותו ב ₪ 100והימור מוטעה יזכה אותו ב – .₪ 0 • מטריצת התשלומים עבור שני ההימורים ניתנת על ידי: רוב הפרטים מעדיפים להמר על )אדום או כחול( 19 פרדוקס אלסברג 3 - אם הפרט מתנהג לפי אקסיומות תוחלת התועלת כלומר יש לו פונקציית תועלת uעל פרסים והוא מדרג הגרלות על פי תוחלת התועלת לפי uאזי: ההימור במצב Aגורר כי: )>P(Y)*u(100)+P(R)*u(0)+p(B)*u(0 )P(Y)*u(0)+P(R)*u(100)+p(B)*u(0 ההימור במצב Bגורר כי: )>P(Y)*u(0)+P(R)*u(100)+p(B)*u(100 )P(Y)*u(100)+p(R)*u(0)+p(B)*u(100 לא יתכן !!! 20 מושגים שונים • נניח כי תצרוכתו )רכושו( של הפרט ניתנת על ידי ההגרלה ).(C1,C2;P1,P2 • העדפות הפרט ניתנות על ידי פונקציית תועלת .VNM, u • תוחלת התצרוכת ניתנת על ידי: Cbar= P1C1+P2C2 • התועלת מההגרלה )תכנית התצרוכת המותנית( ניתנת על ידי: )P1u(C1)+P2u(C2 • )זו למעשה תוחלת התועלת מההגרלה( • שווה הערך הוודאי להגרלה הינו רכוש Ceהמקיים: 21 מושגים שונים – המשך תרחיש הביטוח ב"מישור העושר" • פרמיית סיכון – Cbar-Ce – הפער בין תוחלת ההגרלה לשווה הערך הוודאי שלה. • פרמייה הוגנת )ביטוח הוגן( – C2-Cbar – תוחלת התשלום של חברת הביטוח עבור ביטוח מלא ברמה .C2 • פרמייה מקסימלית – C2-Ce – התשלום המקסימלי שהפרט מוכן לשלם תמורת ביטוח הסיכון. • ובאופן גראפי ... 22 הצגה גראפית במישור רכוש -תועלת U )U(C2 )U(Cbar EU )U(C1 W C2 Cbar CE C1 אדום – פרמיית סיכון ,כחול – פרמייה הוגנת ,ירוק – פרמיה מקסימלית 23 דוגמה מספרית • נניח כי תצרוכת הפרט ניתנת על ידי )(0.2,0.8;100,600 והעדפותיו ניתנות על ידי u=c0.6 Cbar=500, u(500)=41.63 התועלת מההגרלה(( Eu=0.2*1000.6+0.8*6000.6=40.32 )Ce=474.13 (474.130.6=40.32 פרמיית הסיכון 25.87- פרמייה הוגנת(( )100 – ((600-100)*0.2 אם העדפות הפרט ניתנות על ידי c0.3הן יותר קעורות ואכן מתקבל שווה ערך וודאי נמוך יותר ,ולכן פרמיית סיכון גבוהה יותר. 24 התייחסות לסיכון • הפרט הינו שונא סיכון אם פרמיית הסיכון הינה חיובית. • הפרט אדיש לסיכון אם פרמיית הסיכון הינה אפס. • • הפרט אוהב סיכון אם פרמיית הסיכון שלילית. כאשר פונקציית התועלת VNMקעורה "ממש" הפרט שונא סיכון. )כאשר (u’’<0 • פונקציה Uקעורה "ממש" אם: )U(γx+(1-γ)y)> γU(x)+(1- γ)U(yעבור γ<1<0 • כאשר פונקציית התועלת VNMאפינית כלומר U(x)=ax+b a>0הפרט אדיש לסיכון. • פרט אדיש לסיכון מדרג את ההגרלות לפי תוחלת ההגרלה. • כאשר פונקציית התועלת VNMקמורה "ממש" הפרט אוהב סיכון. )כאשר (u’’>0 25 • באופן אינטואיטיבי ככל שפונקציית התועלת קעורה יותר הפרט תרחיש הביטוח במישור מצבי הטבע • נניח כי בהסתברות P1קורה "אסון" ורכושו של הפרט במקרה זה הינו ,C1ובהסתברות P2האסון אינו קורה ורכושו של הפרט הינו .C2 • מצב 1יקרא המצב הרע ומצב 2יקרא המצב הטוב. תמורת פרמיה של Kניתן לקנות ביטוח בגובה ,Kכך שאם יקרה מצב הטבע הרע יקבל הפרט .Kנניח ש K≤C2-C1≥0 • הפרט יכול לכן להשיג כל תכנית תצרוכת )מותנית( מהצורה: • ()C1- γK+K,C2- γK;P1,P2 במישור בו מודדים על הציר האופקי את התצרוכת במקרה הרע ועל הציר האנכי את התצרוכת במקרה הטוב נמצאות נקודות אלו על קו המתחיל בנקודה ) (C1,C2ששיפועו (γ/(1- γ -ומסתיים על קו ה . 450 26 הצגה גראפית של ביטוח במישור "מצבי הטבע" GOOD )(X2 K=C2-C1 C2 )γ/(1-γ- )BAD (X1 C1 27 קו תקציב והעדפות במישור מצבי הטבע • קו התקציב של הפרט ניתן על ידי: ()X2-C2)=(- γ/(1- γ))*(X1-C1 או (γ/(1- γ))*X1+X2=(γ/(1- γ))*C1+C2 כל נקודה במישור מייצגת הגרלה ,התועלת מכל נקודה ניתנת לכן על ידי תוחלת התועלת מההגרלה שהיא מייצגת. נסמן את התועלת מכל נקודה ב – ,Vונקבל כי העדפות הפרט ניתנות על ידי: )V(X1,X2)=p1U(X1)+p2U(X2 לאור זאת שיפוע עקומות האדישות ניתן על ידי: 28 קו הוודאות במישור מצבי הטבע • קו הוודאות הינו הקו שלאורכו . X1=X2 • זהו קו ה .450 • שיפוע עקומות האדישות לאורך קו זה )למעשה אינו תלוי בפונקציית התועלת VNMשל הפרט( ניתן על ידי.p1/p2 : 29 בחירה אופטימאלית במקרה של פרמייה הוגנת • תוחלת התשלום של חברת הביטוח הינה p1K • הפרמייה שהחברה מקבלת הינה K • כאשר הפרמייה הוגנת p1= γ • שיפוע קו התקציב במקרה זה הינוp1/p2 : • לכן ההשקה לעקומת האדישות מתרחשת על קו ה – .450 • כאשר הפרמייה הוגנת בוחר הפרט לקנות ביטוח מלא ).(K=C2-C1 30 הבחירה האופטימאלית במקרה של פרמייה הוגנת good K=C2-C1 C2 )γ/(1-γ- bad C1 31 בעיית הביטוח – פתרון אלגברי ב "מישור העושר" בעייתהמקסימיזציהשהפרטפותרהינה : (10 -γK +K )+p (40 -γK ) 1u 2u M ax p K שוואה וה שוןמתקבלמגזירהלפי K תנאיהסדרהרא וכןהלאה . במצבטבע 1 נסמןב– X1תצ ' (1 -γ)p 1u'( X1)- γp2u'( X2)=0 לאפס ( . ) u ' ( X1 ) γ ( p2 = ) u' ( X 2 (1 − γ ) p1 or ) p1u ' ( X 1 γ = ) p2 u ' ( X 2 ) (1 − γ אנושוברואיםכי γ=p1 מכיווןש – p2=1-p1 ש . c1=c2 - שותיותרתלולהמקו אזיעקומתהאדי אםγ<p 1 0 שובקונים ו התקציבבנקודתהחיתוךעםקוה , 45 ביטוחמלא . שותיותרשטוחהמקו אזיעקומתהאדי אםγ>p 1 0 במקרהזה התקציבבנקודתהחיתוךעםקוה , 45 גדולמספיקכלללאנקנה קוניםכיסויחלקי .אםγ קטןמ Mבנק ' ה – C R שרה S זהיקרהכא ביטוח ( . γ ) (1 − γ (. גורר 32