میتوان نشان داد که هر دوی این روشها به نتیجه واحدی منجر میشوند و تنها در روش محاسبات با هم متفاوتند.
در ادامه به پیش نیازهای ریاضی لگاریتم-خطی سازی پرداخته شده و سپس بسته پیشنهادی اوهلیگ معرفی می شود و در نهایت به معرفی کارکرد بسط تیلور در لگاریتم سازی معادلات پرداخته می شود.
الف-۲-۱- پیشنیازهای ریاضی لگاریتم-خطی سازی
برای فهم منطق ریاضی لگاریتم-خطی سازی باید در مورد مشتق توابع نمایی و لگاریتمی و همچنین بسطهای سریهای تیلور مطلع بود. از قبل میدانیم که:
(الف-۱)
بسط تیلور مرتبه اول تابعی همچون حول نقطه به صورت زیر است:
(الف-۲)
به عنوان مثال تابع را میتوان حول تقریب مرتبه اول تیلور زد:
(الف-۳)
الف-۲-۲- بلوکهای سازنده روش پیشنهادی اوهلیگ و نحوه استخراج آن ها
روشی که اوهلیگ برای لگاریتم-خطی سازی پیشنهاد می کند قبل از وی توسط کینگ و همکاران[۳۴۰] (۱۹۸۸) و کمپل[۳۴۱] (۱۹۹۴) در چارچوب مدلهای ادوار تجاری حقیقی مطرح شده بود و اوهلیگ با جمعبندی بحثهای آن ها روش مدونی را برای عملیات اجرایی لگاریتم-خطی سازی پیشنهاد می کند. این روش تقریب را میتوان برای شرط مرتبه اول هم بر حسب معادله اولر و هم شرط استخراج شده از لاگرانژین به کار برد.
فرض کنید بردار متغیرها و مقادیر متناظر پایای آن ها باشد. به عنوان انحراف لگاریتمی[۳۴۲] از تلقی می شود. به طور خاص، ، درصد انحراف از است. ایده کلی این روش جایگزینی تمام معادلات لازم در مدل با تقریبهای آن ها است که به شکل انحراف-لگاریتمی، خطی هستند. سپس با داشتن سیستم تقریب لگاریتم-خطی، از روش ضرایب غیر معین[۳۴۳] برای حل قاعده تصمیم استفاده می شود که این قاعده نیز به شکل انحرافات لگاریتم-خطی است[۳۴۴].
اوهلیگ (۱۹۹۹)[۳۴۵] جعبه ابزاری را برای بهکارگیری چنین روشی در حل یک مدل عمومی بهینهیابی پویا ارائه می کند که در حال حاضر یکی از محبوبترین ابزارهای مورد استفاده اقتصاددانانی است که به مدلهای تعادل عمومی پویا علاقمند هستند.
رویه عمومی این روش شامل مراحل ذیل است:
مرحله اول: معادلات ضروری که قانون حرکت تعادلی سیستم را نشان میدهد[۳۴۶]، بیابید.
مرحله دوم: وضعیت پایای مدل را استخراج میکنیم. این کار ابتدا نیازمند کالیبره کردن مدل و سپس ارزیابی مدل در شکل معادله اطمینان[۳۴۷] آن است.
مرحله سوم: معادلات ضروری که قانون حرکت تعادلی سیستم را مشخص می کند، لگاریتم خطی میکنیم.
اوهلیگ (۱۹۹۹) بلوک سازنده ذیل را برای لگاریتم-خطی سازی پیشنهاد می کند:
(الف-۴)
مرحله چهارم: سیستم لگاریتم-خطی شده را برای قاعده تصمیم (که آن نیز به شکل لگاریتم-خطی است) با روش ضرایب نامعین حل میکنیم.
در ادامه به نحوه استخراج تقریبهای اصلی بلوک سازنده اوهلیگ میپردازیم.
لگاریتم-خطی سازی به مفهوم گرفتن تفاضل-لگاریتمی از مقدار وضعیت تعادلی بلندمدت است. فرض کنید مقدار تعادلی بلندمدت متغیر باشد. در ادامه تفاضل لگاریتمی متغیر را از وضعیت تعادلی بلندمدت به صورت زیر تعریف میکنیم:
(الف-۵)
سمت راست معادله (الف-۵) را میتوان به صورت زیر بازنویسی کرد:
(الف-۶)
عبارت لگاریتمی فوق را میتوان حول وضعیت پایدار تقریب مرتبه اول تیلور زد:
(الف-۷)
بنابراین:
(الف-۸)
معادله (الف-۸) نشان میدهد که تفاضل لگاریتمی از مقدار تعادلی بلندمدتش تقریباً برابر درصد تفاوت و فاصله بین از مقدار تعادلی بلندمدتش است. این تقریب فقط برای فواصل کوچک از وضعیت تعادلی بلندمدت برقرار است که نشاندهنده این است که لگاریتم-خطی سازی یک روش تقریب محلی[۳۴۸] است.
بسته به اینکه بخواهیم چه معادلهای را به شکل انحراف لگاریتمی بنویسیم، معادله (الف-۸) را میتوان به صورت عبارات مختلفی که معادل هم هستند، بازنویسی کرد:
(الف-۹)
(الف-۱۰)
با بهره گرفتن از معادله (الف-۱۰) میتوان معادلات را بر حسب را به معادلاتی بر حسب یعنی به شکل انحراف لگاریتمی از وضعیت تعادلی بلندمدت تبدیل کرد.
زمانی که در معادلات متغیرهایی با توان یا نسبت متغیرها وجود داشته باشد باید از روش دیگری استفاده شود. مجدداً معادله (الف-۵) را در نظر بگیرید. از این معادله را با به توان رساندن در پایه عدد نپر بدست میآوریم:
(الف-۱۱)
با تقسیم دو طرف معادله (الف-۱۱) بر داریم:
(الف-۱۲)
حال اگر را در نقطه تقریب مرتبه اول بزنیم، داریم:
(الف-۱۳)
با به کار گرفتن تقریب فوق در معادله (الف-۱۱) خواهیم داشت:
(الف-۱۴)
که به ترتیب با معادلات (الف-۱۰) و (الف-۹) برابر هستند.
روشی دیگر برای لگاریتم-خطی سازی که مختص معادلات ضربی یا تقریباً ضربی[۳۴۹] است به صورت زیر میباشد:
-
- از طرفین معادله مورد نظر لگاریتم میگیریم؛
-
- این معادله لگاریتمی را در وضعیت تعادلی بلندمدت مینویسیم؛
-
- طرفین معادله حاصل شده در گام دوم را از طرفین متناظر معادله حاصل در گام اول کم میکنیم.
یک مثال مشخص در این زمینه تابع تولید کاب داگلاس میباشد.
(الف-۱۵)
به طور کلی تکنیک لگاریتم گرفتن از طرفین معادله و کم کردن مقادیر وضعیت تعادلی بلندمدت همین معادله از طرفین در معادلاتی که حاوی عبارات انتظاری هستند کاربرد ندارد. حتی زمانی که معادله ما به صورت ضربی باشد. به دلیل که امید ریاضی یک عبارت لگاریتمی با لگاریتم امید ریاضی آن عبارت یکی نیست[۳۵۰]. با این حال میتوان از معادلات (الف-۱۱) و (الف-۱۳) استفاده کرد.
الف-۲-۳- لگاریتم-خطی سازی از طریق بسط تیلور
روش معمول دیگری که برای خطی کردن یک مدل غیرخطی به کار میرود استفاده از بسط مرتبه اول تیلور میباشد. به عنوان مثال فرض کنید که یک تابع غیرخطی به صورت زیر داشته باشیم:
(الف-۱۶)
فرایند لگاریتم خطی کردن عبارت فوق این است که ابتدا از طرفین معادله لگاریتم گرفته و سپس از بسط مرتبه اول تیلور استفاده میکنیم. پس: