Economic Collective Motions 経済集団運動

V

Economic Collective Motions

経済集団運動


“An Interacting Agent Model of Economic Crisis”

Y. Ikeda,
arXiv:2001.11843,
2020/01 (Chapter 11 of the book titled by "Complexity, Heterogeneity and the Methods of Statistical Physics in Economics", Springer, 2020)

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Most national economies are linked by international trade. Consequently, economic globalization forms a massive and complex economic network with strong links, that is, interactions arising from increasing trade. Various interesting collective motions are expected to emerge from strong economic interactions in a global economy under trade liberalization. Among the various economic collective motions, economic crises are our most intriguing problem. In our previous studies, we have revealed that the Kuramoto's coupled limit-cycle oscillator model and the Ising-like spin model on networks are invaluable tools for characterizing the economic crises. In this study, we develop a mathematical theory to describe an interacting agent model that derives the Kuramoto model and the Ising-like spin model by using appropriate approximations. Our interacting agent model suggests phase synchronization and spin ordering during economic crises. We confirm the emergence of the phase synchronization and spin ordering during economic crises by analyzing various economic time series data. We also develop a network reconstruction model based on entropy maximization that considers the sparsity of the network. Here network reconstruction means estimating a network's adjacency matrix from a node's local information. The interbank network is reconstructed using the developed model, and a comparison is made of the reconstructed network with the actual data. We successfully reproduce the interbank network and the known stylized facts. In addition, the exogenous shock acting on an industry community in a supply chain network and financial sector are estimated. Estimation of exogenous shocks acting on communities of in the real economy in the supply chain network provide evidence of the channels of distress propagating from the financial sector to the real economy through the supply chain network.

ほとんどの国の経済は国際貿易によって結ばれている。その結果、経済のグローバル化は、強力な結びつきを持つ巨大で複雑な経済ネットワーク、すなわち、貿易の拡大に伴う相互作用を形成している。貿易自由化の下では、グローバル経済における強い経済的相互作用から、様々な興味深い集団運動が生まれることが期待されています。その中でも、経済危機は最も興味深い問題である。これまでの研究では、倉本の結合限界周期振動子モデルやネットワーク上のイジングのようなスピンモデルが経済危機を特徴づけるための貴重なツールであることを明らかにしてきた。本研究では、倉本モデルとIsing-likeスピンモデルを適切な近似を用いて導出した相互作用エージェントモデルを記述するための数学的理論を開発した。本研究では、経済危機時に位相同期とスピンの秩序化が起こることを示唆している。本研究では、経済危機時における位相同期とスピン秩序の出現を、様々な経済時系列データを解析することで確認した。また、ネットワークのスパース度を考慮したエントロピー最大化に基づくネットワーク再構成モデルを開発した。ここで、ネットワーク再構成とは、ノードの局所情報からネットワークの隣接行列を推定することを意味する。開発したモデルを用いて銀行間ネットワークを再構築し、再構築したネットワークと実データとの比較を行う。その結果、銀行間ネットワークと既知の定型化された事実を再現することに成功した。また、サプライチェーン・ネットワークと金融セクターにおける産業コミュニティに作用する外生的ショックを推定した。サプライチェーン・ネットワークにおける実体経済のコミュニティに作用する外生的ショックの推定は、サプライチェーン・ネットワークを介して金融セクターから実体経済に伝播する苦境のチャネルの証拠を提供する。

https://arxiv.org/abs/2001.11843

“Macroprudential Modeling Based on Spin Dynamics in a Supply Chain Network”

Y. Ikeda, H. Yoshikawa,
RIETI Discussion Paper Series 18-E-045, 1-25,
2018/07

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The economic crisis of 2008 showed that conventional microprudential policy to ensure the soundness of individual banks was not sufficient, and prudential regulations to cover the whole financial sector were desired. Such regulations attract increasing attention, and policy related to those regulations is called macroprudential policy, which aims to reduce systemic risk in the whole financial sector by regulating the relationship between the financial sector and the real economy. In this paper, using a spin network model, we study channels of distress propagation from the financial sector to the real economy through the supply chain network in Japan from 1980 to 2015 and discuss good indicators for macroprudential policy. First, an estimation of the exogenous shocks acting on the communities of real economy in the supply chain network provides us evidence of the channels of distress propagation from the financial sector to the real economy through the supply chain network. Furthermore, causal networks between exogenous shocks and macroeconomic variables clarified the characteristics of the lead–lag relationship between exogenous shocks and macroeconomic variables as the bubble burst. In summary, monitoring temporal changes of exogenous shocks and the causal relationship among the exogenous shocks and macroeconomic variables will provide good indicators for macroprudential policy.

2008年の世界的な経済危機を通して、個別の金融機関の健全性を確保するための通常のミクロなプルデンシャル政策では不十分であり、金融システム全体に関するプルデンシャル政策(マクロ健全性政策)が必要であると指摘されている。マクロ健全性政策の目的は、膨大な数の事業会社から成る実体経済と金融システム全体の関係性の規制による金融システミックリスクの削減にある。本研究では、スピンネットワークモデルを用いて、日本におけるサプライチェーンネットワークを通した金融セクターから実体経済の危機伝播を調べて、マクロ健全性政策のための良い指標を検討する。まず、サプライチェーンネットワーク上の実体経済のコミュニティに働く外場を推定し、金融セクターから実体経済への危機伝播が存在することが明らかになった。さらに、外場とマクロ経済変数の因果ネットワークを構築して、バブル破裂時の外場とマクロ経済変数の間の先行遅行関係を明らかにした。以上より、金融セクターとその他のコミュニティに働く外場の時間変化や、外場とマクロ経済変数の間の先行遅行関係は、マクロ健全性政策のための良い指標であることが分かった。

https://www.rieti.go.jp/jp/publications/summary/18070005.html


“Econophysics Point of View of Trade Liberalization: Community dynamics, synchronization, and controllability as example of collective motions”

Y. Ikeda,
RIETI Discussion Paper Series 16-E-026, 1-35,
2016/03

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In physics, it is known that various collective motions exist. For instance, a large deformation of heavy nuclei at a highly excited state, whichsubsequently proceeds to fission, is a typical example. This phenomenon is a quantum mechanical collective motion due to strong nuclear force between nucleons in a microscopic system consisting of a few hundred nucleons. Most national economies are linked by international trade and consequently economic globalization forms a giant economic complex network with strong links, i.e., interactions due to increasing trade. In Japan, many small and medium enterprises could achieve higher economic growth by free trade based on the establishment of an economic partnership agreement (EPA), such as the Trans-Pacific Partnership (TPP). Thus, it is expected that various interesting collective motions will emerge in the global economy under trade liberalization. In this paper, we present collective motions in trade liberalization observed in the analysis of the industry sector-specific international trade data from 1995 to 2011 and production index time series from 1998 to 2015 for G7 countries. We discuss the results and implications for three collective motions: (i) synchronization of international business cycle, (ii) immediate propagation of economic risk, and (iii) difficulty of structural controllability during economic crisis.

物理学では、様々な集団運動が存在することが知られています。例えば、重い原子核が高励起状態で大きく変形して核分裂に至る現象はその典型的な例です。この現象は、数百個の原子核からなるミクロな系の中で、原子核間の強い核力による量子力学的な集団運動である。多くの国の経済は国際貿易で結ばれており、その結果、経済のグローバル化は、貿易の増加による相互作用と強い結びつきを持つ巨大な経済複合ネットワークを形成しています。日本においても、TPP(環太平洋パートナーシップ)などの経済連携協定(EPA)の締結を前提とした自由貿易により、多くの中小企業がより高い経済成長を遂げることが可能となっています。このように、貿易自由化の下では、世界経済に様々な興味深い集団運動が出現することが期待されている。本論文では、1995年から2011年までの産業部門別国際貿易データと1998年から2015年までの生産指数時系列の分析から、貿易自由化における集団的な動きを提示する。その結果と3つの集団的な動きの意味合いについて議論する。(i)国際的な景気循環の同期化、(ii)経済リスクの即時伝播、(iii)経済危機時の構造制御性の困難性である。

https://ideas.repec.org/p/eti/dpaper/16026.html

“Direct Evidence for Synchronization in Japanese Business Cycles”
Y. Ikeda, H. Aoyama, H. Iyetomi, and H. Yoshikawa,
Evolutionary and Institutional Economic Review, 10, 2, 315–327, 2013


“Synchronization and the Coupled Oscillator Model in International Business Cycles”
Y. Ikeda
RIETI discussion paper, October 13-E-089,
2013/11


“Coupled oscillator model of the business cycle with fluctuating goods markets”
Y. Ikeda, H. Aoyama, Y.I. Fujiwara, H. Iyetomi, K. Ogimoto, W. Souma, H. Yoshikawa
Progress of Theoretical Physics Supplement, 194, 111-121,
2012


“Correlated performance of firms in a transaction network”
Y. Ikeda, H. Aoyama, H. Iyetomi, Y. Fujiwara, W. Souma,
Journal of Economic Interaction and Coordination, 3, 1, 73-80, 2008/06


“Response of firm agent network to exogenous shock”
Y. Ikeda, H. Aoyama, H. Iyetomi, Y. Fujiwara, W. Souma, T. Kaizoji, Physica A: Statistical Mechanics and its Applications, 382, 1, 138-148,
2007/08


“Quantitative agent-based firm dynamics simulation with parameters estimated by financial and transaction data analysis”
Y. Ikeda, W. Souma, H. Aoyama, H. Iyetomi, Y. Fujiwara, T. Kaizoji, Physica A: Statistical Mechanics and its Applications, 375, 2, 651-667, 
2007/03

I

Commodity Flow

商品の流れ

II

Monetary Flow

貨幣の流れ

III

Human Flow

人の流れ

IV

Decarbonized energy system

脱炭素化
エネルギーシステム

V

Economic Collective Motions

経済集団運動