Seminar SE 2 st. Uni Klagenfurt: 814. 005 und TU Wien: 187 Seminar SE 2 st. Uni Klagenfurt: 814.005 und TU Wien: 187.234 Mathematische Modellbildung und Simulation Ökonometrische, systemdynamische, Input-Output Modelle sowie agent-based systems http://peter.fleissner.org/MathMod/web.htm https://campus.aau.at/studien/lvliste.jsp?semester=11W&nobc=&diplomfachkey=3283 Peter Fleissner fleissner@arrakis.es

Termine immer mittwochs, ab 14:00-17:30 (pünktlich) Vorbesprechung: Mittwoch 5. Okt 2011, ab 15:00 Uhr 1. Block: Mittwoch, 19.10.2011 14:00 bis 18:00 Uhr, SR 4a 2. Block: Mittwoch, 09.11.2011 14:00 bis 18:00 Uhr, SR 6 3. Block: Mittwoch, 16.11.2011 14:00 bis 17:00 Uhr, SR 6 4. Block: Mittwoch, 14.12.2011 14:00 bis 18:00 Uhr, SR 6 5. Block: Mittwoch, 11.01.2012 14:00 bis 18:00 Uhr, SR 6 6. Block: Mittwoch, 18.01.2012, 14:00 bis 18:00 Uhr, SR 5 (Ersatztermin für 12. 10. 2011!) 7. Block: Mittwoch, 25.01.2012 14:00 bis 18:00 Uhr, SR 4a, Prüfung Alle Termine finden am IFF, Schottenfeldgasse 29, 1070 Wien, statt.

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

websites Allgemeines Laufende Ereignisse, Skripten, Termine https://campus.uni-klu.ac.at/studien/lvkarte.jsp?sprache_nr=35&rlvkey=63320 Laufende Ereignisse, Skripten, Termine http://peter.fleissner.org/MathMod/web.htm Meine persönliche website http://members.chello.at/gre/fleissner/default.htm

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

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”

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

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.

Link zum „Blinden Springer“ http://igw.tuwien.ac.at/peterf/springer/default.htm 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.

Projekt A:

Projekt B:

Projekt C:

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)

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

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

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

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

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

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

Simulation Models in Context 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

Teil 1 Grundzüge der mathematischen Modellierung (siehe Skriptum Sozialkybernetik http://peter.fleissner.org/MathMod/Skriptum_Sozkyb.pdf) Modellierungspraxis mit dem Softwarepaket STELLA anhand kleiner Projekte

Systemdynamik-Modell: Vier Grundelemente Simulationsmethoden Systemdynamik-Modell: Vier Grundelemente STELLA

Stufen des Modellierungsprozesses

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 Halbwertszeit für Differenzengleichung Halbwertszeit für Differentialgleichung

Causal Loop Diagrams Negative Rückkopplung Positive Rückkopplung

Causal Loop Diagram eines Unternehmens

Feedback Loops in STELLA Positive Rückkopplung

Feedback Loops in STELLA Negative Rückkopplung

Positive Rückkopplung: Differenzengleichung

Positive Rückkopplung: Differenzengleichung

Positive Rückkopplung: Differenzengleichung

Positive Rückkopplung: Differenzialgleichung

Positive Rückkopplung: Differenzialgleichung

Feedback Loops in STELLA Negative Rückkopplung

Negative Rückkopplung: Differenzengleichung

Negative Rückkopplung: Differenzengleichung

Negative Rückkopplung: Differenzengleichung

Negative Rückkopplung: Differenzialgleichung

Negative Rückkopplung: Differenzialgleichung

SMOOTH-Funktionen:SMTH1

SMOOTH-Funktionen:SMTH3

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

Simulationsmethoden Lineare Rückkopplung Erweiterte volkswirtschaftliche Reproduktion Siehe auch http://members.chello.at/gre/fleissner/documents/work/work.pdf

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

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

Simulationsmethoden 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

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

Grundeinkommen in Österreich Bedingungsloses Grundeinkommen durch Besteuerung eines bestimmten Prozentanteils des Lohnes und Umverteilung in gleichen Beträgen. Zunächst völlige Neutralität des C 2004 = 174.320 I 2004 = 50.717 Y = 237.039

„Am Steuerrad der Wirtschaft“ Simulationsmethoden „Am Steuerrad der Wirtschaft“

Demographische Daten Österreich 2008 männlich weiblich gesamt 0 - <15 650.380 619.176 1.269.556 15 -<65 2.604.844 2.581.667 5.186.511 65 - 1.034.822 1.507.899 2.542.721 Gesamt 8.042.293 Geburten 40.126 37.626 77.752 Verstorbene 35.156 39.927 75.083 Immigration 110.074 Emigration 75.638 Prognose 2050

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