基于进化博弈理论开发的灾后保障体系

基于进化博弈理论开发的灾后保障体系MohamedEid1;IslamEl-Adaway2;KalynCoatney31博士。候选人,土木与环境工程学院，田纳西大学，田纳西州。电子邮件:meid1@2副教授,土木工程和建筑工程部门和管理项目协调人,土木与环境工程学院,田纳西大学，田纳西州。电子邮件:eladaway@3助理教授,农业经济学院,密西西比州立大学,密西西比州。电子邮件:k.coatney@摘要自然灾害不断增加和规模扩大增加了原有居民的财务负担。本文创建了一种事前的灾难保险体系。基于此目的,本文利用进化博弈理论,提出了三个利益相关者:(1)业主采购灾难保险政策;(2)保险公司提供的不同保险政策;(3)政府提供不同的灾难事后补偿恢复计划。利用进化博弈理论方法可以通过原有居民的需求和目标函数减少他们的损失从而使总福利最大化。作者创建了一个由1000个不同收入水平的房屋所有者构成的假想样本,三个保险公司提供三个独特的保险计划和两个不同的事后政府灾害补偿计划。该模型的结果表明:(1)发展的业主对于保险计划的保险价值是最小的;(2)覆盖范围最全面的保险计划没有在进化过程中生存下来；(3)进化稳定策略对于选择计划是一个振荡线，保险公司具有危险事件的随机和动态性质。目前,作者将该模型集成到一个整体的决策工具，整合社会、环境和经济的脆弱性指标。这将形成一个更好的对于原有居民的救灾、福利和弹性的预测。介绍随着自然灾害的增加和规模加大,根据气候变化科学项目(2008)和美国保险监督官协会(2005),缓解与这种自然灾害相关的金融影响在国家和国际上都成为了一个焦点问题。最近在美国自然灾害的例子包括:(1)四个飓风：查理,伊万,弗朗西斯和珍妮在2004年造成219亿美元的保险损失;(2)威尔玛飓风和丽塔在2005年导致119亿美元的保险损失;(3)2005年卡特里娜飓风的破坏性造成经济损失接近1250亿美元;(4)在2008年飓风艾克导致193亿美元的财产损失；(5)2012年桑迪飓风发生损失超过680亿美元。目标和目标本文旨在运用进化博弈论的方法找到一个稳定平衡剖析对于灾后保险公司提供的保险计划,由业主购买,事后救灾计划由政府机构实现。这应该确定最优平衡:(1)许多保险公司提供的计划;(2)类型的计划,应该选择每种类型的业主根据他们的收入水平；(3)补偿比例,政府将支付每一个业主,以抵消灾后损失。这种方法的目的是通过原有居民的需求和目标函数减少他们的损失从而使总福利最大化。背景信息决策者在全国范围内,在这两个公共和私营部门,担心他们的经济和投资以自然灾害的脆弱性。他们面临投资选择随机环境中重叠的危险因素：风、洪水、火灾、地震以及气候变化。同时,随着人口的增加和经济继续增长,自然灾害的风险价值总额将增加(2008年气候变化科学项目)。另一方面,自然灾害损失已经达到创纪录的水平导致大约800000人死亡近十年以及基础设施的损失超过一万亿美元。这种效果,研究已经由政府、私人非营利组织和学术机构研究,评估和解决问题与金融减轻灾害有关。这些有价值的大部分努力通常可分为以下三大类:损失评估模型自1980年代以来,一批重大影响评估模型开发了支持备灾和恢复工作。例如,HAZUS-MH危险预测软件开发的联邦应急管理局合同与国家建筑科学研究所估计潜在损失从地震、飓风、洪水(HAZUS-MH2007;Pradhanetal.2007年)。损失评估模型提供越来越全面的估计区域风险,但不要利用缓解资源分配决策中的信息(Dodoetal.2005年)。计算工程方法计算工程方法被广泛用于研究和减轻自然灾害的金融影响包括:•确定的净现值(NPV):桑田,高田(2003)计算出避免损失之间的差异的损失估计有或没有实现减排的替代品。•随机净现值:Werneretal。(2002)相比,不同等级的抗震设计提出的均值和标准差或升级的损失。•多属性效用模型:OpricovicandTzeng后相比(2002)使用多标准决策分析地震重建计划的方法。•优化模型:国际应用研究所研究员系统分析(IIASA)开发了一个利用随机优化模型选择保险设计,最大化利润和最小化破产的风险保险公司(Ermolievaetal.2001年)，Dodoetal(2005)。开发资源配置的线性规划在地震中包含一组之间的空间相关性降低替代品,概率有关,和决策时机。风险缓解使用保险保险是用来分散金融风险造成的损失低frequency-high灾难性的事件(Kunreuther和Michel-Kerjan，2007)的影响。保险公司取得了重大变化的方法为自然灾害提供覆盖穆勒(2008)。资本市场参与者发展巨灾债券,机构投资者可以购买覆盖某些保险公司风险(Cardenas，2006)。已经提议国会和监管机构采取额外措施改变美国税法和会计准则允许保险公司将拨出资金在免税的基础上,建立储备(Cardenas，2006)的危害。然而,这些储备较低的联邦税收和不一定带来有意义的增加保险行业的能力。更多的分析,皮卡德(2008)调查了公平—效率权衡决策者所面临的不完全信息下个人预防成本。这项研究强调了个人激励减税和集体之间的互补关系激励授予当地地区的自然灾害保险计划执行。上述研究说明几个模型,评估灾害损失和如何在经济上减轻灾害的影响在现有环境和主机社区。然而,一些没有讨论社会和个人决策过程选择保险公司考虑到他们偏爱不同的灾害保险计划。为此,本研究旨在利用进化博弈理论来模拟住宅的灾难后学习,以更好地指导灾难保险计划选择。方法为了达到本文的目的和目标,作者开发了一个三步方法,考虑相关利益相关者的灾难事件。这种方法包括:(1)确定可能的行动和效用函数的集合相关的利益相关者管理策略配置文件;(2)利用进化稳定策略配置文件中提到的球员使用博弈论;和(3)应用该模型假设数据集的概念。这种方法考虑了利益相关者的偏好和需求。玩家:行动和效用函数在提出的模型中,相关的利益相关者是房主,保险公司和政府。业主和保险公司将由人口的球员虽然政府表示为一个球员。因此,值得注意的是,选择一个特定的保险计划将通过确定影响业主的钱花在保费和补偿获得保险,以防发生的一场灾难。这也会影响到保险公司的收入收入(即保费收集量)和补偿金额支付的一个灾难性的事件。此外,通过计算房屋所有者的灾后损失,考虑到保险公司的赔偿,政府补偿可以同样计算。业主每个住宅地产所有者有一组灾难保险计划可供选择。这样的计划被表示为一组可能的行动,a={(n,i)},一套是可能的行动,一个是选择联营公司提供的保险计划ni。当选择一个计划在每一个迭代步t,每个业主认为他们目前的财富,从保险公司获得的赔偿如果自然灾害导致损害住宅建筑,税收支付和补偿的金额由政府发布灾难如情商所示。(1)。(1)是货币财产所有者的效用j时t+1,是由业主支付的保险费,保险公司我使用计划n，T是由业主缴纳的税款，D是成本的自然灾害损害,由保险公司赔偿我如果业主使用计划n，同时值得注意的是,效用不治理行动。一般来说,房屋所有者的效用最大化选择最佳行动受到他们的信仰的竞争对手采取行动和周围的邻居。在进化的博弈中,玩家观察他人的回报,模仿那些卓越的结果。保险公司在灾后事件类型的报道提供的保险公司业主和高级结构影响的整体成功恢复工作和金融缓解(贾菲2008年)。然而,有两个主要的概念可能负面影响最优策略配置文件。首先,逆向选择的池将包含大部分高风险房屋所有者,所以保险公司保费保持在一个公平的速率(Jason和Karamychev2005)。它指出,保险公司可以改变利率克服逆向选择的问题。第二,道德风险损失将永远不是被保险人的池中,因此保险不会改变的情况或减轻损害投保方(布鲁尔2005)。这强调了需要一个最佳的灾后保险计划战略概要,选择性的价值溢价和覆盖范围值应该确定。因此,处理这些问题,当前模型允许保险人近视产品,向竞争对手学习每合同给定人口的分布类型。这种效果,每个公司的决定是确定的分配和定价计划提供房主的人口。因此,保险人效用函数Eq如(2)所示。(2)Wi(t+1)是保险公司我在时间t+1货币效用。R是由保险公司获得的总货币效用计算的区别和费用由业主支付的补偿金支付给业主的总和当自然灾害事件发生时。因此,R=，为每一个业主,从我公司购买的保险计划n。政府政府代理的行为模型是确定的灾害经济补偿后受损的住宅。政府效用函数简化为当前的财富通过纳税的区别和补偿支付给业主作为显示在Eq(3)。(3)进化博弈理论博弈论被定义为“研究数学模型的冲突和合作智能理性决策者”(1991年Myerson)。一般来说,博弈论是研究战略经济主体之间的交互的方式产生结果的偏好的代理人,结果在问题可能是没有目的的代理(萨缪尔森1997)。博弈论已经使用在许多不同的研究领域(如经济学、生物学、工程、政治科学、计算机科学和哲学),因为它的优势战略互动的自然和合理的表示个人、组织和国家(儿子和罗哈斯2011)。在进化的游戏中,人口众多的个体,各有自己的行为和策略,在一个环境来确定其最优策略配置文件根据他们的回报(萨缪尔森1997)。进化博弈理论允许不完美的球员从观察中学习。动力学是基于假设每个策略是由一定比例的个人在游戏的每一刻(Turocyetal.2001年)。受达尔文的适者生存理论,利益相关者拥有比平均回报会更成功,也更有可能生存下来的下一轮。因此,球员少于平均回报更新他们的战略选择复制那些收入高于平均回报(萨缪尔森1997)。复制因子动态管理游戏的运动定律,以及每个涉众组是独一无二的。因此,人们不会认为业主的最终回报等于保险公司或政府。进化游戏的基本要求是,一组进化稳定策略如果任何变异策略(扰动)在游戏中;non-mutates必须导致更高的回报比变异策略(威布尔1995)。进化博弈理论已经应用经济学(弗里德曼1998),和探索数学家(Hofbauer和西格蒙德2003)。然而,据作者的知识,没有实现进化博弈理论建设的研究。提出的模型解决方案在提出的模型中,解决方案过程考虑:(1)灾后保险计划的每个业主选择不同的保险公司,(2)每个保险公司为每个计划收取的保费价值(3)政府灾后损失的补偿。作为一个初始步骤,相关的数据三个主要的利益相关者是输入到模型。对业主来说,模型要求人口规模,不同收入的业主(即低、中、高),当前收入和财富,和一个随机的初始设置的选择计划和保险公司。保险公司数据关于不同数量的计划提供,保费,保险公司的赔偿比例,和财富是必需的。对政府来说,还应该设置税率以及初始收集税收金额的百分比以致力于自然灾害降低计划。最后,自然,作为一个伪的球员,还应该设置包括类型风险伴随着它的严重性等特征参数,频率,和回弹时期。这些信息将有助于创建一个初始的随机模型人口的球员有自己的行动,和测量他们的效用函数灾难性事件后,选择适当的父母对未来的人口进化。更新玩家效用函数在灾难发生的情况下,该模型可以计算每个居住建筑损毁程度。因此,该模型可以由保险公司和政府计算相关的赔偿比例。这将会影响业主的,保险公司和政府的效用功能。任何球员的总变化的效用等于的差异灾难发生后的效用函数之前,如下(4-6)所示:对于业主：（4）对于保险公司：（5）对于当地政府：（6）通过公式(4-6),每个玩家每一个利益相关者的相对适合度可用所示公式(7)和(8)计算。因此,较高的玩家积极的效用值的变化将有相对较高的适用价值,其他玩家将选择模仿他们——通过复制因子动态复制他们的决定在下次的步骤。值得注意的是，对当地政府而言没有相对合适度，因为只有一个政府球员在比赛。对于业主：相对合适度=（7）对于保险公司：相对合适度=（8）模型的实现作者创建了一个假想的样品包括：（1）1000的业主考虑到不同收入水平；（2）三家保险公司的三个不同的保险计划，可每个公司，每个不同的溢价率对住宅建筑的价值和不同的补偿率；和（3）对灾后损失缓解政府的补偿计划的两种不同类型。如何实现复杂三相关的利益相关者之间的进化博弈理论模型可以，为了更注重基础和基本的模型开发的步骤，对业主的游戏环境的主控制器和保险公司和政府支持的球员分析。该模型实现了NetBeansIDE7.4平台使用java编程语言。表一：保险公司计划的保费和覆盖率这种结果，随机创建20%的家庭拥有人口，低平均和高收入分别占20%的比例，共组成了60%。最初的保险人和保险人的计划是随机生成的，每个家庭三人，保险公司的保费收入产生的百分比以及保险补偿率在表1中给出。此外，政府为计划a提供高、中、低收入家庭业主的补偿百分比分别为10%、15%和20%或为计划B提供高、中、低收入家庭业主的补偿百分比分别为15%、20%及25%。同时，为了简单起见，在实施过程中发生的风暴，每个时间段的概率是95%损伤占10%以上的房屋价值高达完全损坏。此外，收敛检查每10年一次，以找到一个类似的稳定状态时，家庭业主的数量改变他们的计划不超过总人口规模的15%。一个完整的稳定状态的存在是不实际的，因为自然的不断变化的天气将继续困扰着该模型的尝试收敛。结果与分析所提出的模型输出方面的三个相关的球员提取分析，并确定进化稳定的战略配置文件。作为一个概述，图1说明了业主在他们的选择超过三个保险公司的演变过程。为此，很显然，业主往往避免保险人#3昂贵的溢价，即使它给覆盖率最高的甚至全覆盖。图2-4说明每个业主的收入水平在保险公司选择的变化。这是明显的从表2-4中可以得出，往往随着时间的推移贫穷和中等收入水平的家庭业主避免保险人#3，与保险人#2相比更喜欢#1，这是由于保险公司#3的计划，没有得到回报，以及由保险公司#1和#2的低成本很高。然而，高收入水平的业主是三保险人之间冷漠的地价成本（高或低）把他们收入的很小的一部分，都会付出同样的。为此目的。图5-7说明各保险公司有不同的计划，业主的选择。通过这些结果，它是观察到的保险计划，最全面的覆盖范围收到的最低需求。表2列出了每个保险公司的每个家庭拥有者类型的目标百分比。表2：业主选择保险公司的百分比上述结果说明了三个收入水平家庭业主类型的选择，对保险公司提出的保险计划。如图5-7所示，对于保险公司来说最明智的是为增加销售至少为穷人和中等收入家庭业主提出了更多的保费计划因为这是他们最需要的。至于政府，计划A和B计划之间的选择不同的时间段的前三分之二，并解决计划B作为进化稳定的战略配置文件，这是或多或少相同的时期，当业主的业主们越来越确定他们的计划。结论决策者在全国范围内,在这两个公共和私营部门,对经济的脆弱性和投资自然灾害。他们的情况是极其困难的,因为他们正面临着在一个投资选择不断变化的随机环境重叠的风险因素。本研究利用进化博弈理论来确定最优平衡:(1)许多保险公司提供的计划;(2)类型的计划,应该由每个选择类型的业主根据自己的收入水平,和(3)补偿的比例政府将支付每一个业主,以抵消灾后损失。这个最后,作者开发了一个计算机模型在NetBeansIDE7.4平台上使用JAVA编程语言,它适用于一个假设的案例研究包括房主、保险公司和政府。意识到复杂进化游戏相关的三个利益相关者之间,为了更关注与模型相关的基础和基本步骤发展,作者对待业主的主控制器游戏的环境和保险公司和政府支持的球员分析。这个概念验证分析表明：(1)业主倾向于保险计划最少的溢价价值和覆盖；(2)保险计划最全面的覆盖了至少需求；(3)进化稳定的战略路径选择计划和保险公司之间摇摆

的随机和动态特性的因素与灾难联系在一起管理。基于假设的案例研究的结果,作者将开发模型进一步考虑同时行动利益相关者以及社会变化的参数。此外,更多的调查将进行涉众的偏好以及他们如何方法的风险。同时,努力将指向输入从现有的集成自然灾害预测软件系统(例如,HAZUS-MH)与新进化博弈理论模型更准确的模拟的风险特征。此外,作者们正在将他们的模型应用到工作数据与汉考克县,密西西比州的方法进行更全面分析。参考文献布鲁尔.M.2005。“伞的政策的多重损失、事前道德风险和影响”《风险和保险》,72(4),525-538页。气候变化科学项目。(2008)。“极端天气和气候变化。焦点区域:北美、加勒比海,夏威夷和美国

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