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Kammerer Rating von Volkswirtschaften mit künstlich-neuronalen Netzen GABLER EDITION WISSENSCHAFT Stephan C. Kammerer Rating von Volkswirtschaften mit künstlich-neuronalen Netzen Mit einem Geleitwort von Prof. Dr. Roland Fahrion Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH Die Deutsche Bibliothek · CIP·Einheitsaufnahme Kammerer, Stephan C.: Rating von Volkswirtschaften mit kunstlich·neuronalen Netzen / Stephan C. Kammerer. Mit einem Geleitw. von Roland Fahrion. (Gabler Edition Wissenschaft) Zugl.: Heidelberg, Univ., Diss., 19 99 ISBN 978-3-8244-7041-9 ISBN 978-3-663-08904-9 (eBook) DOI 10.1007/978-3-663-08904-9 Alle Rechte vorbehalten © Springer Fachmedien Wiesbaden 1999 Ursprünglich erschienen bei Betriebswirtschaftlicher Verlag Dr. Th. Gabler GmbH, Wiesbaden, und Deutscher Universitäts·Verlag GmbH, Wiesbaden, 1999 Lektorot: Ute Wrasmann / Moniko Miilhausen Dos Werk einschlief31ich oller seiner Teile ist urheberrechtlich geschutzt. Jede Verwertung auf3erhalb der engen Grenzen des Urheberrechtsgesetzes ist ohne Zustimmung des Verlage.~ unzulăssig und strafbar. Dos gilt insbeson· dere fur Vervielfăltigungen, Ubersetzungen, Mikroverfilmungen und die Einspeicherung und Verarbeitung in elektronischen Systemen. http:/ /www.gabler.de http:/ /www.duv.de Hochste inhaltliche und technische Qualităt unserer Werke ist unser Ziei. Bei der Produktion und Verbreitung unserer Werke wollen wir die Umwelt schonen. Dieses Buch ist desholb oul săure freiem und chlorfrei gebleichtem Popier gedruckt. Die Einschweil3folie besteht ous Polyăthylen und dam it aus organischen Grundstoffen, die weder bei der Herstellung noch bei der Verbren nung Schadstoffe freisetzen. Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnomen, Warenbezeichnungen usw. in diesem Werk berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, dass solche Namen im Sinne der Warenzeichen- und Markenschutz-Gesetzgebung als frei zu betrachten woren und daher von jedermann benutzt werden durften. Layout: Matthias Kammerer, Karlsruhe ISBN 978-3-8244-7041-9 Für Bertel und Hartmut Geleitwort Die wesentliche Zielsetzung dieses Buchs ist die Übertragung von Rating-Bewertungsstruk turen auf das Standing von Volkswirtschaften. Auf der Grundlage eines Magischen Vielecks werden mit den Merkmalen sogenannte Zielerreichungsgrade assoziiert, die im Sinne einer Mehrzieleoptimierung einer Energiefunktion, wie man sie von den Rechenprinzipien künst lich-neuronaler Netze kennt, zu minimieren sind. Methodisch wird der Rating-Ansatz mit künstlich-neuronalen Netzen durchgeführt, wobei die Minimierung der Energiefunktion mit den aus der kombinatorischen Optimierung bekannten Verfahren des Simulated Annealing und mit dem Threshold Accepting Algorithmus erfolgt. Formal wird ein Datenmarkt einge führt, der zur Präzisierung bisheriger Verbaldefinitionen führt und vor dessen Hintergrund ei ne mikroökonomisch fundierte Analyse möglich ist. Auf der Basis von Kardinalitätsvektoren wird eine Präferenzordnung festgelegt, für die wichtige Eigenschaften aus der Wohlfahrts theorie verlangt werden. Mit einem Rating kann die Wirtschaftspolitik eines Landes bzw. einer Volkswirtschaft beurteilt werden. Das Rating wird für spezielle Ausprägungen wirtschaftspolitischer Aspekte diskutiert. Aus den Kriterien zur Beurteilung eines Ratings erfolgt eine Abstufung der Ra tingmerkmale, außerdem wird die Bedeutung der Datenerhebung und der Datenanalyse für Rating-Verfahren aus statistischer Sicht verdeutlicht. Nach der Besprechung der Grundlagen zu neuronalen Netzen wird das fUr die Simula tionsrechnungen verwendete neuronale Netz vorgestellt. Das weitere Vorgehen besteht in der Konzeption eines Magischen Vielecks und in der Fassung der zugehörigen Datenbasis. Eine Zielhierarchie flir das Magische Vieleck wird als umkehrbare Determinanzrelation definiert, mit der ein Determinantengraph gebildet werden kann. Auf der Grundlage von Determinanten 2. Ordnung werden flir das Starrding einer Volkswirtschaft eine Reihe von Thesen diskutiert. Hierbei erfolgt die Typologisierung der Indikatoren portfolio-analytisch nach Risikogruppen. Wegen der Komplexität des Magischen Vielecks wird eine Teilbetrachtung für das Rating des Merkmals Beschäftigungsgleichgewicht für drei Volkswirtschaften einer Simulation un terzogen. Für die Jahre 1991-1996 werden die Erklärungsteilgraphen auf der Basis von natio nal und international indexierten Daten ausgewiesen. Die Verfahren für die KNN-Simulatio nen wurden eigenständig programmiert. Die Programmierleistung zeigt die Fähigkeit des Ver fassers zur Umsetzung der KNN-Simulationsverfahren in funktionsfähige Software. Das Buch ist für den methodisch und empirisch orientierten Wissenschaftler auf dem Ge biet des Einsatzes neuronaler Netze ftir Ratingbewertungen von Interesse, aber auch für Prak tiker in Research-Abteilungen, die empirische Untersuchungen volkswirtschaftlicher Frage stellungen auf der Grundlage neuronaler Netze durchführen. Prof. Dr. Roland Fahrion Danksagung Es ist mir ein Bedürfnis, an dieser Stelle all jenen Dank zu sagen, die zum Gelingen dieser Arbeit beigetragen haben: Zunächst sind zu nennen Prof. Dr. ROLAND FAHRION, der mich be treute, und Prof. Dr. GUNTER DUECK, der freundlicherweise das Co-Referat übernahm. Dar über hinaus möchte ich den Mitarbeitern der Abteilung Optimierung und Statistik vorn WIS SENSCHAFTSZENTRUM HEIDELBERG DER ffiM DEUTSCHLAND danken, von denen ich viel Un terstützung während meiner dortigen Tätigkeit erfahren durfte. Insbesondere sei hier Dr. ANDREAS RUDOLPH erwähnt, der mir wertvolle Literaturhinweise und Anregungen im Bereich der künstlich-neuronalen Netze und des Simulated Annealing gab. Für interessante und fruchtbare Diskussionen möchte ich auch Dipl.-Inform. ANDREAS FuRRER sowie MATIHIAS KAMMERER (M. A.) danken, der mir außerdem bei der Erstellung der Druckvorlage geholfen hat. Stephan C. Kammerer Inhalt Geleitwort ............................................................................................................................................................ VII Danksagung ........................................................................................................................................................... .IX Verzeichnis der Abbildungen .............................................................................................................................. XIII Verzeichnis der Definitionen ............................................................................................................................ XVII Verzeichnis der Tabellen ................................................................................................................................... JUX Verzeichnis der Abkürzungen und Siglen .......................................................................................................... .XXI Vorbemerkungen ............................................................................................................................................... ! 2 Rating ................................................................................................................................................................ 5 2.1 Grundlegungen ......................................................................................................................................... 5 2.2 Rating im Kontext der Entscheidungstheorie ........................................................................................... 8 2.3 Mikroökonomische Analyse des Nachfrageverhaltens auf dem Datenmarkt ......................................... 15 2.3.1 Präferenzordnung ........................................................................................................................ 16 2.3.2 Direkte Nutzenfunktion ............................................................................................................... 22 2.3.3 Optimale Marktnachfrage ........................................................................................................... 24 2.3.4 Empirische Relevanz ................................................................................................................... 30 2.4 Ziele eines Ratings ................................................................................................................................. 31 2.4.1 Ziele eines Credit-Ratings ........................................................................................................... 31 2.4.2 Ziele eines Volkswirtschaftsratings ............................................................................................ 32 2.4.2.1 Volkswirtschaftsrating unter wettbewerbspolitischen Aspekten ................................ 32 2.4.2.2 Volkswirtschaftsrating unter sozio-politischen Aspekten .......................................... 37 2.4.2.3 Volkswirtschaftsrating unter weltpolitischen Aspekten ............................................. 39 2.4.2.4 Volkswirtschaftsrating unter finanzmarktpolitischen Aspekten ................................ .41 2.4.2.4.1 Kapitalangebot ........................................................................................................... 42 2.4.2.4.2 Kapitalnachfrage ........................................................................................................ 44 2.4.2.4.3 Internationale Finanzmärkte ....................................................................................... 45 2.5 Kriterien zur Beurteilung eines Ratings ................................................................................................ .46 2.6 Rating in der Praxis ................................................................................................................................ 51 2.6.1 Ratingagenturen .......................................................................................................................... 5 I 2.6.2 Ratingsymbole bei Moody's und Standard & Poor's .................................................................. 53 2.6.3 Ratingverfahren ........................................................................................................................... 55 2.6.3.1 Ablauf .............................. , ......................................................................................... 55 2.6.3.2 Analytische Verfahren ............................................................ ,. ................................. 57 2.6.3.3 Kritische Würdigung .................................................................................................. 62 3 Künstlich-neuronale Netze .............................................................................................................................. 67 3 .I Grundlagen ............................................................................................................................................. 67 3.1.1 Allgemeine Grundlagen .............................................................................................................. 67 3.1.2 Neurophysiologische Grundlagen ............................................................................................... 69 3.1.3 Historischer Abriß ....................................................................................................................... 71 3.2 Aufbau künstlich-neuronaler Netze ........................................................................................................ 72 3.2.1 Modellierungsansätze .................................................................................................................. 72 3.2.2 Datenfluß .................................................................................................................................... 80 3.2.2.1 Input ........................................................................................................................... 80 3.2.2.2 Aktivierung ................................................................................................................ 81 3.2.2.3 Output ........................................................................................................................ 81 XI 3.2.3 Lemverfahren .............................................................................................................................. 82 3.2.4 Topologie .................................................................................................................................... 83 3.3 Künstlich-neuronale Netze in der Ökonomie ......................................................................................... 84 3.4 Prognose versus Klassifikation .............................................................................................................. 87 4 Konzeption eines Magischen Vielecks und Entwicklung einer Datenbasis .................................................... 99 4.1 Grundlegungen und Vorgehensweise ..................................................................................................... 99 4.2 Theoretisches Grundgerüst. .................................................................................................................. !Ol 4.3 Konzeption eines Magischen Vielecks ................................................................................................. !05 4.4 Ländertypologie und Datenbasis .......................................................................................................... 123 4.4.1 Ländertypologie ........................................................................................................................ 123 4.4.1.1 Systematik ................................................................................................................ l23 4.4.1.2 Bewertung ................................................................................................................ 126 4.4.2 Datenbasis ................................................................................................................................. 127 4.4.2.1 Wirtschaftswachstum ............................................................................................... 128 4.4.2.2 Lebensstandard ......................................................................................................... l29 4.4.2.3 Umweltschutz ........................................................................................................... l30 4.4.2.4 Wirtschaftliche lndependenz .................................................................................... !30 4.2.2.5 Wettbewerbsfähigkeit .............................................................................................. 134 4.4.2.6 Geldwertstabilität ..................................................................................................... 135 4.4.2.7 Außenwirtschaftliches Gleichgewicht. ..................................................................... l36 4.4.2.8 Soziale und politische Stabilität ............................................................................... 137 4.4.2.9 Beschäftigungsg1eichgewicht ................................................................................... 138 5 Rating mit künstlich-neuronalen Netzen ....................................................................................................... 143 5.1 Auswahl geeigneterVerfahren ............................................................................................................. l43 5.1.1 Lokale Suchstrategie ................................................................................................................. l43 5.1.2 Sirnotated Annealing ................................................................................................................. 146 5.1.3 Threshold Accepting ................................................................................................................. 151 5.2 Künstlich-neuronale Realisierung und Simulation ............................................................................... 152 5.2.1 Design ....................................................................................................................................... !52 5.2.2 Simulation ................................................................................................................................. 166 5.3 Analyse der Ergebnisse ........................................................................................................................ l75 5.4 Kritische Würdigung ............................................................................................................................ l95 5.5 V alidierung mittels multivariater Diskriminanzanalyse ....................................................................... 198 6 Resümee ........................................................................................................................................................ 207 Anhang I Semantik der Ratingsymbole .............................................................................................................. 209 Anhang II Standard International Trade Classification (SITC) .......................................................................... 213 Anhang 111 Datenmaterial ................................................................................................................................... 215 Anhang IV Der LJAPUNOV-Exponent ................................................................................................................. 221 Anhang V Tests ................................................................................................................................................... 223 Anhang VI Diskriminanzfunktionen ................................................................................................................... 227 Literatur ............................................................................................................................................................... 229 Namenregister ...................................................................................................................................................... 239 Sachregister .......................................................................................................................................................... 241 XII
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