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Seminar SE 2 st. Uni Klagenfurt: 814.005 und TU Wien: 187.234 Mathematische Modellbildung und Simulation Ökonometrische, systemdynamische, Input-Output.

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1 Seminar SE 2 st. Uni Klagenfurt: und TU Wien: Mathematische Modellbildung und Simulation Ökonometrische, systemdynamische, Input-Output Modelle sowie agent-based systems https://campus.aau.at/studien/lvliste.jsp?semester=11W&nobc=&diplomfachkey=3283 Peter Fleissner

2 Termine immer mittwochs, ab 14:00-17:30 (pünktlich) Vorbesprechung: Mittwoch 5. Okt 2011, ab 15:00 Uhr 1. Block: Mittwoch, :00 bis 18:00 Uhr, SR 4a 2. Block: Mittwoch, :00 bis 18:00 Uhr, SR 6 3. Block: Mittwoch, :00 bis 17:00 Uhr, SR 6 4. Block: Mittwoch, :00 bis 18:00 Uhr, SR 6 5. Block: Mittwoch, :00 bis 18:00 Uhr, SR 6 6. Block: Mittwoch, , 14:00 bis 18:00 Uhr, SR 5 (Ersatztermin für !) 7. Block: Mittwoch, :00 bis 18:00 Uhr, SR 4a, Prüfung Alle Termine finden am IFF, Schottenfeldgasse 29, 1070 Wien, statt.

3 Inhalt des Seminars (optional) Teil 1 Grundzüge der mathematischen Modellierung (Sozialkybernetik) Modellierungspraxis mit dem Softwarepaket STELLA anhand kleiner Projekte Teil 2 Datensammlung/Parameterschätzung (Ökonometrie; neuronale Netze) Praktische Übungen anhand ökonometrischer Modelle Teil 3 Grundzüge der Input-Output-Analyse, Mehrebenenökonomie Anwendungen auf volkswirtschaftliche Modelle, Stoffstromrechnung Teil 4 Agent-based modelling Praktische Beispiele Abschluss Prüfung

4 websites Allgemeines https://campus.uni-klu.ac.at/studien/lvkarte.jsp?sprache_nr=35&rlvkey=63320 Laufende Ereignisse, Skripten, Termine Meine persönliche website

5 Einige Literatur Forrester, Jay (1994) Road Maps - A Guide to Learning System Dynamics Forrester, Jay (1971) World Dynamics. Wright-Allen Press, Cambridge Forrester, Jay (1991) Industrial Dynamics. Pegasus Communications Forreste, Jay (1977) Urban Dynamics. Wright-Allen Press, Cambridge Bruckmann, Gerhart, und Peter Fleissner (1989) Am Steuerrad der Wirtschaft. Springer, Wien Fleissner, Peter, und Udo Ludwig (1992) Ostdeutsche Wirtschaft im Umbruch. Vieweg, Braunschweig Wiesbaden Fleissner, Peter et al (1993) Input-Output-Analyse. Springer, Wien New York Gilbert, N and K G Troitzsch (2005) Simulation for the Social Scientist, Open University Press, McGraw-Hill Education, Berkshire, England Gilbert, N (2007) Agent-Based Models, Series: Quantitative Applications in the Social Sciences, Sage Pubn Inc, Thousand Oaks. Miller J H, S E Pager (2007) Complex Adaptive System – An Introduction to Computational Models of Social Life, Princeton University Press, Princeton. Bossel, H (2004) Systeme Dynamik Simulation, Modellbildung, Analyse und Simulation komplexer Systeme, Books on Demand Gmbh, Norderstedt. Colella, V S, E Klopfer, M Resnick (2001) Avdentures in Modeling, Exploring Complex, Dynamic Systems with StarLogo, Teachers College Press, New York. Resnick, M (2001) Turtles, Termites, and Traffic Jams, 7th Edition, The MIT Press, Cambridge. Diverse STELLA-Manuals, Anylogic-Manual (2007), MASS-FABLES Unterlagen

6 Fachgebiete/Projektvorschläge der TeilnehmerInnen (2009) Thomas: Internat Entwicklung 8.Sem, Sozök IFF, Klimawandel polRahmen, globale Gerechtigkeit und Nachhaltigkeit Uli: Soziologie fertig, Sozial + Humanökol (1/2) Studiengeld Barbara: Soziologie unfertig, Sozial + Humanökol (Anylogic) Regina: Sozial + Humanökol + Publizistik + Biologie I-O Analyse Raffael: Informatik Sim Opt ? Christian: Gastronom Wiss Sozial + Humanökol (keine math) Klimawandel polRahmen, globale Gerechtigkeit und Nachhaltigkeit Andi: Biologie Humanökologie (SERI) Energieverbrauch Erlebniskonzept: Haushalte Energieverbrauchstypen Leo: Ökologie/Humanökologie Uni. Diplomarbeit ev. zu Wirtschaftskrise als Chance

7 Fachgebiete/Projektvorschläge der TeilnehmerInnen (2010) Stefan: Sozök, Soziologie, Polwiss; Biomasse-Handel Irene: Sozök, Publizistik, Kommw Polwiss: mit Alexander_R und Johannes: Pensionsmodell Alexander_R: Soziologie, Diss Sozök: Pensionsmodell Markus: Physik, Diss Sozök Modellierung Materialflüsse: Urbane Transportmodelle Peter: Techn Math: mit Andrea Kommunikationsnetzwerke Johannes: Wirtschaftsinformatik: Pensionsmodell Alexander_H: Soziologie: Pensionsmodell Nikolaus: ?? Andrea: Kommunikationsnetzwerke Julian: Inst f Elektrische Anlagen + Boku Energiewirtschaft: Biomasse-Handel

8 Fachgebiete/Projektvorschläge der TeilnehmerInnen (2011) Ulli: Wiss Mitarb SOZOEK, I-O Analyse, Einblick in AB, Materialfluss, Nachhaltigkeitsmonitoring f Krankenhausstationen, sektoral matflussanalyse, Carbon footprint des Osterr. Gesundheitswesens. Diss Nachh und Gesundheit Kristine: Wiss Mitarb SOZOEK, Ökonomin, Wirtschaftsstat, Globales Modell Fleischproduktion und Landnutzung. Maria: Wiss Mitarb SOZOEK, Historische Landnutzung für Italien, 1861 (Einigung des KG Italiens), Michael: Soz- und Humanökologie, Landschaftsplanung, Stoffkreisläufe, Caroline: Bachelor Soz, Master Sozoek, Umwelt- und Bioressourcenmanagement. Volker: Bach Soz, Master Sozoek, Landnutzung, Landwirtschaft Bernadette: Master Sozoek, Theor. Modellbildung unklar, Landnutzung, lokale biophyse Studien Philip: bach Soz, Master Soz humanök, mathem Modellbildung in der Praxis fehlt, Julia: Master Soz humanök, Bach Kultur und Technik, Landnutzungkonflikt.

9 Link zum Blinden Springer Beschreibt die syntakischen und pragmatischen Möglichkeiten der elektronischen Datenverarbeitung anhand des Beispiels der Entstehung einer Sprache, die sich durch trial and error zwischen zwei Individuen (dem Blinden und dem Lahmen) herausbildet.

10 Projekt A:

11 Projekt B:

12 Projekt C:

13 Outline An outline of the theory of reflection (Widerspiegelungstheorie) Methods for generating knowledge: Experiment and Simulation (Basic elements of mathematical simulation Examples Classification of simulation models)

14 Cycle of Change 1 the world §x?+ * Portraying and Designing the world ~$}[% Reifying the concepts °^^#*.:->>| Reification Reflection Diffusion Four fundamental interactions (forces): gravitation electromagnetism the weak interaction the strong interaction. The world is given to us in various "levels of the movement of matter": physics chemistry biology ….

15 Stages of change nature changes nature directly human beings interact with nature by work human beings explore nature by experiment and by simulation

16 Cycle of Change 2 the world §x?+ * Reflection = Portraying and Designing the world ~$}[% Reifying the concepts °^^#*.:->>| Reification Interaction Diffusion

17 Die Welt §x?+ Widerspiegelung = Abbildung und Entwurf der Welt ~$}[% °^^#*.:->>| Vergegenständlichung Interaktion Diffusion

18 Cycle of Change –Refers to human/e practice, striving for survival –More than mere cognition –Perception always guided by human interest –Based on mirroring and inventing the world (Widerspiegelungstheorie) and changing it –Dialectics of portraying and designing the world –Cooperative evaluation/selection/decision processes –Implementation of results into practice

19 Cycle of Change 3 the world §x?+ * ~$}[% Reification °^^#*.:->>| Reification Reflection Diffusion Reflecting = Portraying and Designing

20 Simulation Models in Context Simulation models –Based on human thinking and projection –In a social framework –Symbolic or physical reification/codification –More than induction –More than deduction –More than reduction –Between theory and application –Types of simulation models: Econometric Input-output Neural networks Systems dynamics models Agent based models/microsimulation

21 Teil 1 Grundzüge der mathematischen Modellierung (siehe Skriptum Sozialkybernetik Skriptum Sozialkybernetik Modellierungspraxis mit dem Softwarepaket STELLA anhand kleiner Projekte

22 Systemdynamik-Modell: Vier Grundelemente Simulationsmethoden STELLA

23 Stufen des Modellierungsprozesses

24 Modellierung mit STELLA Rückkopplungen –Causal Loop Diagrams Positive und negative Rückkopplung –STELLA-Diagramme Mathematische Darstellung von Systemen mit einer Bestandsgröße –Positive Rückkopplung Differenzengleichung Verdopplungszeit bei Differenzengleichung Differentialgleichung Verdopplungszeit bei Differentialgleichung –Negative Rückkopplung Differenzengleichung Halbwertszeit für Differenzengleichung Differentialgleichung Halbwertszeit für Differentialgleichung

25 Causal Loop Diagrams Positive Rückkopplung Negative Rückkopplung

26 Causal Loop Diagram eines Unternehmens

27 Feedback Loops in STELLA Positive Rückkopplung

28 Negative Rückkopplung Feedback Loops in STELLA

29 Positive Rückkopplung: Differenzengleichung

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32 Positive Rückkopplung: Differenzialgleichung

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34 Negative Rückkopplung Feedback Loops in STELLA

35 Negative Rückkopplung: Differenzengleichung

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38 Negative Rückkopplung: Differenzialgleichung

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40 SMOOTH-Funktionen:SMTH1

41 SMOOTH-Funktionen:SMTH3

42 Beispiele Simulationsmethoden Exponentielles Wirtschaftswachstum Differenzialgleichungen höherer Ordnung Systeme von Differentialgleichungen Verhulst-Dynamik (Eintagsfliegenpopulation) Das Aussterben der Passagiertaube Ein Modell der Österreichischen Wirtschaft World Dynamics

43 Lineare Rückkopplung Erweiterte volkswirtschaftliche Reproduktion Siehe auch ments/work/work.pdf Simulationsmethoden

44 Erweiterte Reproduktion einer Volkswirtschaft Arbeitskraft Investitionsgüter Kapitalgüter Intermed. Güter Konsumgüter Intermed. Güter Simulationsmethoden

45 Einfaches Wachstumsmodell in Formeln Produktionsfunktion (Erzeugung des BIP) Y = alfa L beta K (1-beta) Investitionsfunktion I = dK/dt = (1-beta) Y = (1-beta) alfa L beta K (1-beta) Konsumfunktion C = beta Y Pro-Kopf Lohn ProKopfLohn = C/L Simulationsmethoden

46 Beispiel: Ein Modell der Österreichischen Wirtschaft Kombiniertes ökonometrisch-systemdynamisches Simulationsmodell zum Studium der Auswirkungen politischer Massnahmen und technischer Veränderungen Datenbasis 1964 – 1987, etwa 350 Gleichungen Das Gesamtmodell enthält die komplette Volkswirtschaftliche Gesamtrechnung auf hochaggregierter Ebene und umfasst die Sektoren: –Produktion (Kapazität, Kapital, Arbeit und ihre Remuneration) –Binnennachfrage (Konsum, Investitionen) –Außenhandel (Waren- und Dienste) –Staat (Einnahmen, Ausgaben, Schulden) –Arbeitsmarkt Simulationsmethoden

47 System dynamik- Modell Beispiel: Produkt- ions- sektor Simulationsmethoden

48 Grundeinkommen in Österreich Bedingungsloses Grundeinkommen durch Besteuerung eines bestimmten Prozentanteils des Lohnes und Umverteilung in gleichen Beträgen. Zunächst völlige Neutralität des C 2004 = I 2004 = Y =

49 Am Steuerrad der Wirtschaft Simulationsmethoden

50 Demographische Daten Österreich 2008 männlich weiblich gesamt 0 - < < Gesamt Geburten Verstorbene Immigration Emigration Prognose 2050

51 Danke für Ihre Aufmerksamkeit! Nächster Termin: 19. Oktober, 14:00 Uhr am IFF, SR6 Bitte pünktlich kommen


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