基于進化博弈理論開發(fā)的災后保障體系

基于進化博弈理論開發(fā)的災后保障體系MohamedEid1;IslamEl-Adaway2;KalynCoatney31博士。候選人,土木與環(huán)境工程學院，田納西大學，田納西州。電子郵件:meid1@2副教授,土木工程和建筑工程部門和管理項目協(xié)調人,土木與環(huán)境工程學院,田納西大學，田納西州。電子郵件:eladaway@3助理教授,農業(yè)經濟學院,密西西比州立大學,密西西比州。電子郵件:k.coatney@摘要自然災害不斷增加和規(guī)模擴大增加了原有居民的財務負擔。本文創(chuàng)建了一種事前的災難保險體系。基于此目的,本文利用進化博弈理論,提出了三個利益相關者:(1)業(yè)主采購災難保險政策;(2)保險公司提供的不同保險政策;(3)政府提供不同的災難事后補償恢復計劃。利用進化博弈理論方法可以通過原有居民的需求和目標函數(shù)減少他們的損失從而使總福利最大化。作者創(chuàng)建了一個由1000個不同收入水平的房屋所有者構成的假想樣本,三個保險公司提供三個獨特的保險計劃和兩個不同的事后政府災害補償計劃。該模型的結果表明:(1)發(fā)展的業(yè)主對于保險計劃的保險價值是最小的;(2)覆蓋范圍最全面的保險計劃沒有在進化過程中生存下來；(3)進化穩(wěn)定策略對于選擇計劃是一個振蕩線，保險公司具有危險事件的隨機和動態(tài)性質。目前,作者將該模型集成到一個整體的決策工具，整合社會、環(huán)境和經濟的脆弱性指標。這將形成一個更好的對于原有居民的救災、福利和彈性的預測。介紹隨著自然災害的增加和規(guī)模加大,根據(jù)氣候變化科學項目(2008)和美國保險監(jiān)督官協(xié)會(2005),緩解與這種自然災害相關的金融影響在國家和國際上都成為了一個焦點問題。最近在美國自然災害的例子包括:(1)四個颶風：查理,伊萬,弗朗西斯和珍妮在2004年造成219億美元的保險損失;(2)威爾瑪颶風和麗塔在2005年導致119億美元的保險損失;(3)2005年卡特里娜颶風的破壞性造成經濟損失接近1250億美元;(4)在2008年颶風艾克導致193億美元的財產損失；(5)2012年桑迪颶風發(fā)生損失超過680億美元。目標和目標本文旨在運用進化博弈論的方法找到一個穩(wěn)定平衡剖析對于災后保險公司提供的保險計劃,由業(yè)主購買,事后救災計劃由政府機構實現(xiàn)。這應該確定最優(yōu)平衡:(1)許多保險公司提供的計劃;(2)類型的計劃,應該選擇每種類型的業(yè)主根據(jù)他們的收入水平；(3)補償比例,政府將支付每一個業(yè)主,以抵消災后損失。這種方法的目的是通過原有居民的需求和目標函數(shù)減少他們的損失從而使總福利最大化。背景信息決策者在全國范圍內,在這兩個公共和私營部門,擔心他們的經濟和投資以自然災害的脆弱性。他們面臨投資選擇隨機環(huán)境中重疊的危險因素：風、洪水、火災、地震以及氣候變化。同時,隨著人口的增加和經濟繼續(xù)增長,自然災害的風險價值總額將增加(2008年氣候變化科學項目)。另一方面,自然災害損失已經達到創(chuàng)紀錄的水平導致大約800000人死亡近十年以及基礎設施的損失超過一萬億美元。這種效果,研究已經由政府、私人非營利組織和學術機構研究,評估和解決問題與金融減輕災害有關。這些有價值的大部分努力通?？煞譃橐韵氯箢?損失評估模型自1980年代以來,一批重大影響評估模型開發(fā)了支持備災和恢復工作。例如,HAZUS-MH危險預測軟件開發(fā)的聯(lián)邦應急管理局合同與國家建筑科學研究所估計潛在損失從地震、颶風、洪水(HAZUS-MH2007;Pradhanetal.2007年)。損失評估模型提供越來越全面的估計區(qū)域風險,但不要利用緩解資源分配決策中的信息(Dodoetal.2005年)。計算工程方法計算工程方法被廣泛用于研究和減輕自然災害的金融影響包括:?確定的凈現(xiàn)值(NPV):桑田,高田(2003)計算出避免損失之間的差異的損失估計有或沒有實現(xiàn)減排的替代品。?隨機凈現(xiàn)值:Werneretal。(2002)相比,不同等級的抗震設計提出的均值和標準差或升級的損失。?多屬性效用模型:OpricovicandTzeng后相比(2002)使用多標準決策分析地震重建計劃的方法。?優(yōu)化模型:國際應用研究所研究員系統(tǒng)分析(IIASA)開發(fā)了一個利用隨機優(yōu)化模型選擇保險設計,最大化利潤和最小化破產的風險保險公司(Ermolievaetal.2001年)，Dodoetal(2005)。開發(fā)資源配置的線性規(guī)劃在地震中包含一組之間的空間相關性降低替代品,概率有關,和決策時機。風險緩解使用保險保險是用來分散金融風險造成的損失低frequency-high災難性的事件(Kunreuther和Michel-Kerjan，2007)的影響。保險公司取得了重大變化的方法為自然災害提供覆蓋穆勒(2008)。資本市場參與者發(fā)展巨災債券,機構投資者可以購買覆蓋某些保險公司風險(Cardenas，2006)。已經提議國會和監(jiān)管機構采取額外措施改變美國稅法和會計準則允許保險公司將撥出資金在免稅的基礎上,建立儲備(Cardenas，2006)的危害。然而,這些儲備較低的聯(lián)邦稅收和不一定帶來有意義的增加保險行業(yè)的能力。更多的分析,皮卡德(2008)調查了公平—效率權衡決策者所面臨的不完全信息下個人預防成本。這項研究強調了個人激勵減稅和集體之間的互補關系激勵授予當?shù)氐貐^(qū)的自然災害保險計劃執(zhí)行。上述研究說明幾個模型,評估災害損失和如何在經濟上減輕災害的影響在現(xiàn)有環(huán)境和主機社區(qū)。然而,一些沒有討論社會和個人決策過程選擇保險公司考慮到他們偏愛不同的災害保險計劃。為此,本研究旨在利用進化博弈理論來模擬住宅的災難后學習,以更好地指導災難保險計劃選擇。方法為了達到本文的目的和目標,作者開發(fā)了一個三步方法,考慮相關利益相關者的災難事件。這種方法包括:(1)確定可能的行動和效用函數(shù)的集合相關的利益相關者管理策略配置文件;(2)利用進化穩(wěn)定策略配置文件中提到的球員使用博弈論;和(3)應用該模型假設數(shù)據(jù)集的概念。這種方法考慮了利益相關者的偏好和需求。玩家:行動和效用函數(shù)在提出的模型中,相關的利益相關者是房主,保險公司和政府。業(yè)主和保險公司將由人口的球員雖然政府表示為一個球員。因此,值得注意的是,選擇一個特定的保險計劃將通過確定影響業(yè)主的錢花在保費和補償獲得保險,以防發(fā)生的一場災難。這也會影響到保險公司的收入收入(即保費收集量)和補償金額支付的一個災難性的事件。此外,通過計算房屋所有者的災后損失,考慮到保險公司的賠償,政府補償可以同樣計算。業(yè)主每個住宅地產所有者有一組災難保險計劃可供選擇。這樣的計劃被表示為一組可能的行動,a={(n,i)},一套是可能的行動,一個是選擇聯(lián)營公司提供的保險計劃ni。當選擇一個計劃在每一個迭代步t,每個業(yè)主認為他們目前的財富,從保險公司獲得的賠償如果自然災害導致?lián)p害住宅建筑,稅收支付和補償?shù)慕痤~由政府發(fā)布災難如情商所示。(1)。(1)是貨幣財產所有者的效用j時t+1,是由業(yè)主支付的保險費,保險公司我使用計劃n，T是由業(yè)主繳納的稅款，D是成本的自然災害損害,由保險公司賠償我如果業(yè)主使用計劃n，同時值得注意的是,效用不治理行動。一般來說,房屋所有者的效用最大化選擇最佳行動受到他們的信仰的競爭對手采取行動和周圍的鄰居。在進化的博弈中,玩家觀察他人的回報,模仿那些卓越的結果。保險公司在災后事件類型的報道提供的保險公司業(yè)主和高級結構影響的整體成功恢復工作和金融緩解(賈菲2008年)。然而,有兩個主要的概念可能負面影響最優(yōu)策略配置文件。首先,逆向選擇的池將包含大部分高風險房屋所有者,所以保險公司保費保持在一個公平的速率(Jason和Karamychev2005)。它指出,保險公司可以改變利率克服逆向選擇的問題。第二,道德風險損失將永遠不是被保險人的池中,因此保險不會改變的情況或減輕損害投保方(布魯爾2005)。這強調了需要一個最佳的災后保險計劃戰(zhàn)略概要,選擇性的價值溢價和覆蓋范圍值應該確定。因此,處理這些問題,當前模型允許保險人近視產品,向競爭對手學習每合同給定人口的分布類型。這種效果,每個公司的決定是確定的分配和定價計劃提供房主的人口。因此,保險人效用函數(shù)Eq如(2)所示。(2)Wi(t+1)是保險公司我在時間t+1貨幣效用。R是由保險公司獲得的總貨幣效用計算的區(qū)別和費用由業(yè)主支付的補償金支付給業(yè)主的總和當自然災害事件發(fā)生時。因此,R=，為每一個業(yè)主,從我公司購買的保險計劃n。政府政府代理的行為模型是確定的災害經濟補償后受損的住宅。政府效用函數(shù)簡化為當前的財富通過納稅的區(qū)別和補償支付給業(yè)主作為顯示在Eq(3)。(3)進化博弈理論博弈論被定義為“研究數(shù)學模型的沖突和合作智能理性決策者”(1991年Myerson)。一般來說,博弈論是研究戰(zhàn)略經濟主體之間的交互的方式產生結果的偏好的代理人,結果在問題可能是沒有目的的代理(薩繆爾森1997)。博弈論已經使用在許多不同的研究領域(如經濟學、生物學、工程、政治科學、計算機科學和哲學),因為它的優(yōu)勢戰(zhàn)略互動的自然和合理的表示個人、組織和國家(兒子和羅哈斯2011)。在進化的游戲中,人口眾多的個體,各有自己的行為和策略,在一個環(huán)境來確定其最優(yōu)策略配置文件根據(jù)他們的回報(薩繆爾森1997)。進化博弈理論允許不完美的球員從觀察中學習。動力學是基于假設每個策略是由一定比例的個人在游戲的每一刻(Turocyetal.2001年)。受達爾文的適者生存理論,利益相關者擁有比平均回報會更成功,也更有可能生存下來的下一輪。因此,球員少于平均回報更新他們的戰(zhàn)略選擇復制那些收入高于平均回報(薩繆爾森1997)。復制因子動態(tài)管理游戲的運動定律,以及每個涉眾組是獨一無二的。因此,人們不會認為業(yè)主的最終回報等于保險公司或政府。進化游戲的基本要求是,一組進化穩(wěn)定策略如果任何變異策略(擾動)在游戲中;non-mutates必須導致更高的回報比變異策略(威布爾1995)。進化博弈理論已經應用經濟學(弗里德曼1998),和探索數(shù)學家(Hofbauer和西格蒙德2003)。然而,據(jù)作者的知識,沒有實現(xiàn)進化博弈理論建設的研究。提出的模型解決方案在提出的模型中,解決方案過程考慮:(1)災后保險計劃的每個業(yè)主選擇不同的保險公司,(2)每個保險公司為每個計劃收取的保費價值(3)政府災后損失的補償。作為一個初始步驟,相關的數(shù)據(jù)三個主要的利益相關者是輸入到模型。對業(yè)主來說,模型要求人口規(guī)模,不同收入的業(yè)主(即低、中、高),當前收入和財富,和一個隨機的初始設置的選擇計劃和保險公司。保險公司數(shù)據(jù)關于不同數(shù)量的計劃提供,保費,保險公司的賠償比例,和財富是必需的。對政府來說,還應該設置稅率以及初始收集稅收金額的百分比以致力于自然災害降低計劃。最后,自然,作為一個偽的球員,還應該設置包括類型風險伴隨著它的嚴重性等特征參數(shù),頻率,和回彈時期。這些信息將有助于創(chuàng)建一個初始的隨機模型人口的球員有自己的行動,和測量他們的效用函數(shù)災難性事件后,選擇適當?shù)母改笇ξ磥淼娜丝谶M化。更新玩家效用函數(shù)在災難發(fā)生的情況下,該模型可以計算每個居住建筑損毀程度。因此,該模型可以由保險公司和政府計算相關的賠償比例。這將會影響業(yè)主的,保險公司和政府的效用功能。任何球員的總變化的效用等于的差異災難發(fā)生后的效用函數(shù)之前,如下(4-6)所示:對于業(yè)主：（4）對于保險公司：（5）對于當?shù)卣海?）通過公式(4-6),每個玩家每一個利益相關者的相對適合度可用所示公式(7)和(8)計算。因此,較高的玩家積極的效用值的變化將有相對較高的適用價值,其他玩家將選擇模仿他們——通過復制因子動態(tài)復制他們的決定在下次的步驟。值得注意的是，對當?shù)卣詻]有相對合適度，因為只有一個政府球員在比賽。對于業(yè)主：相對合適度=（7）對于保險公司：相對合適度=（8）模型的實現(xiàn)作者創(chuàng)建了一個假想的樣品包括：（1）1000的業(yè)主考慮到不同收入水平；（2）三家保險公司的三個不同的保險計劃，可每個公司，每個不同的溢價率對住宅建筑的價值和不同的補償率；和（3）對災后損失緩解政府的補償計劃的兩種不同類型。如何實現(xiàn)復雜三相關的利益相關者之間的進化博弈理論模型可以，為了更注重基礎和基本的模型開發(fā)的步驟，對業(yè)主的游戲環(huán)境的主控制器和保險公司和政府支持的球員分析。該模型實現(xiàn)了NetBeansIDE7.4平臺使用java編程語言。表一：保險公司計劃的保費和覆蓋率這種結果，隨機創(chuàng)建20%的家庭擁有人口，低平均和高收入分別占20%的比例，共組成了60%。最初的保險人和保險人的計劃是隨機生成的，每個家庭三人，保險公司的保費收入產生的百分比以及保險補償率在表1中給出。此外，政府為計劃a提供高、中、低收入家庭業(yè)主的補償百分比分別為10%、15%和20%或為計劃B提供高、中、低收入家庭業(yè)主的補償百分比分別為15%、20%及25%。同時，為了簡單起見，在實施過程中發(fā)生的風暴，每個時間段的概率是95%損傷占10%以上的房屋價值高達完全損壞。此外，收斂檢查每10年一次，以找到一個類似的穩(wěn)定狀態(tài)時，家庭業(yè)主的數(shù)量改變他們的計劃不超過總人口規(guī)模的15%。一個完整的穩(wěn)定狀態(tài)的存在是不實際的，因為自然的不斷變化的天氣將繼續(xù)困擾著該模型的嘗試收斂。結果與分析所提出的模型輸出方面的三個相關的球員提取分析，并確定進化穩(wěn)定的戰(zhàn)略配置文件。作為一個概述，圖1說明了業(yè)主在他們的選擇超過三個保險公司的演變過程。為此，很顯然，業(yè)主往往避免保險人#3昂貴的溢價，即使它給覆蓋率最高的甚至全覆蓋。圖2-4說明每個業(yè)主的收入水平在保險公司選擇的變化。這是明顯的從表2-4中可以得出，往往隨著時間的推移貧窮和中等收入水平的家庭業(yè)主避免保險人#3，與保險人#2相比更喜歡#1，這是由于保險公司#3的計劃，沒有得到回報，以及由保險公司#1和#2的低成本很高。然而，高收入水平的業(yè)主是三保險人之間冷漠的地價成本（高或低）把他們收入的很小的一部分，都會付出同樣的。為此目的。圖5-7說明各保險公司有不同的計劃，業(yè)主的選擇。通過這些結果，它是觀察到的保險計劃，最全面的覆蓋范圍收到的最低需求。表2列出了每個保險公司的每個家庭擁有者類型的目標百分比。表2：業(yè)主選擇保險公司的百分比上述結果說明了三個收入水平家庭業(yè)主類型的選擇，對保險公司提出的保險計劃。如圖5-7所示，對于保險公司來說最明智的是為增加銷售至少為窮人和中等收入家庭業(yè)主提出了更多的保費計劃因為這是他們最需要的。至于政府，計劃A和B計劃之間的選擇不同的時間段的前三分之二，并解決計劃B作為進化穩(wěn)定的戰(zhàn)略配置文件，這是或多或少相同的時期，當業(yè)主的業(yè)主們越來越確定他們的計劃。結論決策者在全國范圍內,在這兩個公共和私營部門,對經濟的脆弱性和投資自然災害。他們的情況是極其困難的,因為他們正面臨著在一個投資選擇不斷變化的隨機環(huán)境重疊的風險因素。本研究利用進化博弈理論來確定最優(yōu)平衡:(1)許多保險公司提供的計劃;(2)類型的計劃,應該由每個選擇類型的業(yè)主根據(jù)自己的收入水平,和(3)補償?shù)谋壤畬⒅Ц睹恳粋€業(yè)主,以抵消災后損失。這個最后,作者開發(fā)了一個計算機模型在NetBeansIDE7.4平臺上使用JAVA編程語言,它適用于一個假設的案例研究包括房主、保險公司和政府。意識到復雜進化游戲相關的三個利益相關者之間,為了更關注與模型相關的基礎和基本步驟發(fā)展,作者對待業(yè)主的主控制器游戲的環(huán)境和保險公司和政府支持的球員分析。這個概念驗證分析表明：(1)業(yè)主傾向于保險計劃最少的溢價價值和覆蓋；(2)保險計劃最全面的覆蓋了至少需求；(3)進化穩(wěn)定的戰(zhàn)略路徑選擇計劃和保險公司之間搖擺

的隨機和動態(tài)特性的因素與災難聯(lián)系在一起管理?；诩僭O的案例研究的結果,作者將開發(fā)模型進一步考慮同時行動利益相關者以及社會變化的參數(shù)。此外,更多的調查將進行涉眾的偏好以及他們如何方法的風險。同時,努力將指向輸入從現(xiàn)有的集成自然災害預測軟件系統(tǒng)(例如,HAZUS-MH)與新進化博弈理論模型更準確的模擬的風險特征。此外,作者們正在將他們的模型應用到工作數(shù)據(jù)與漢考克縣,密西西比州的方法進行更全面分析。參考文獻布魯爾.M.2005?！皞愕恼叩亩嘀負p失、事前道德風險和影響”《風險和保險》,72(4),525-538頁。氣候變化科學項目。(2008)?！皹O端天氣和氣候變化。焦點區(qū)域:北美、加勒比海,夏威夷和美國

太平洋島嶼?！庇擅绹鴼夂蜃兓茖W計劃和報告全球變化研究小組委員會,商務部門、國家海洋和大氣管理局(NOAA),華盛頓特區(qū)。

Ermolieva,T.,Y.Ermoliev,J,Linnerooth-Bayer和I.Galambos2001在集成災難性的洪水管理中金融工具的角色。發(fā)表于第八屆跨國金融協(xié)會的年度會議上,意大利加爾達湖。

弗里德曼，D.1998。在經濟演化博弈論的應用。演化經濟學雜志,8(1),15-43頁。HAZUS-MH2007?！癏AZUS-MH概述?！?2008年1月8日)。Hofbauer,約瑟夫和西格蒙德·卡爾。2003年,“進化博弈動力學”,公告美國數(shù)學學會。40卷,頁479-519。賈菲,德懷特霍華德Kunreuther,Erwann米歇爾Kerjan，2008年,“長