Економіко-математичне моделювання стійкого та збалансованого розвитку національної економіки

Abstract

Дисертаційна робота присвячена вирішенню актуальної наукової проблеми удосконалення теоретико-методологічних і практичних засад моделювання стійкого та збалансованого розвитку національної економіки країни з урахуванням економічних, соціальних, політичних, кібербезпекових, екологічних, поведінкових детермінант та детермінанти якості медичної сфери. У дисертаційній роботі на основі таксономічного методу дослідження систематизовано підходи до понятійно-категоріального апарату «стійкий»/«сталий розвиток», «збалансований розвиток». Запропоновано власний підхід щодо розуміння дефініції «стійкий»/«сталий розвиток», як стан, при якому показник стійкості знаходиться в рівновазі та продовжує розвиток під впливом різних чинників, що передбачає якісні зміни. Поняття «збалансований розвиток» визначено як баланс між різними складовими національної економіки, при поліпшенні/погіршенні стану однієї з яких не відбувається погіршення/поліпшення іншої. Проведено трендовий та бібліометричний аналіз наукових публікацій за темою дослідження, опублікованих у журналах, індексованих в міжнародній базі даних Scopus. Встановлено, що невирішеними є питання розвитку національної економіки з урахуванням економічних, соціальних, політичних та інших детермінант, що підтвердило актуальність дисертаційної роботи. На основі побудованої за допомоги аналітичного додатку VOSviewer карти авторських термінів публікацій досліджень, присвяченим питанням «сталого розвитку» національної економіки, було виділено три кластери за предметною областю: економічне зростання, соціальна сфера та аграрно-екологічний сектор. Результати проведеного бібліометричного аналізу можуть бути корисними для подальших емпіричних досліджень в розрізі економіко-математичного моделювання збалансованого розвитку національної економіки. Набула подальшого розвитку розробка на основі методу аналізу ієрархій Сааті методичного інструментарію ідентифікації та оцінювання економічних, соціальних та політичних ризиків, які впливають на забезпечення стійкого розвитку національної економіки. В процесі дослідження було виділено два кластери ризиків: економічні та соціально-політичні. На основі експертних оцінок побудовано матрицю пріоритетів, що являє собою відносну вагомість впливу кожного фактору на ризики. Це дозволило встановити пріоритетність економічних та соціально-політичних ризиків. В результаті було визначено ті, які негативно впливають на стійкість національної економіки країни, а саме ризик ведення військових дій на території країни, втрати іміджу (авторитету) країни на світовій арені, ризики, по’вязані з кризою влади, збільшення внутрішньої та зовнішньої боргової залежності країни, залежності національної економіки від кон’юнктури коливань на світовому ринку, тінізації економіки. Проведене дослідження сприятиме раціональній пріоритезації таргетів реформування національної економіки з урахуванням найбільш критичних ризиків з метою майбутнього членства України в ЄС. В дисертації набуло подальшого розвитку методичне підґрунтя щодо прогнозування економічного, соціального та політичного розвитку країн з розвиненою економікою та тих, що розвиваються, на основі побудови тренд циклічних економетричних моделей. В рамках методики на основі методу Ірвіна було виявлено аномальні рівні часових рядів економічних, соціальних та політичних детермінант для України, Італії, Франції. Досліджено обраних часових рядів на стаціонарність за критеріям Фішера та Стьюдента. Оскільки більшість часових рядів виявилася нестаціонарними, було проведено подальшу апроксимацію трендової компоненти за допомогою нелінійних рівнянь. Аналіз декомпозиції рядів на основі корелограм дозволив ідентифікувати трендову та циклічну складові та в результаті побудувати мультиплікативну тренд-циклічну модель, що характеризує економічний, соціальний та політичний розвиток України, Італії та Франції. В результаті було зроблено прогнози основних тенденцій розвитку національної економіки України, Італії та Франції з урахуванням їх економічних, соціальних та політичних детермінант. Результати дослідження дозволять Уряду країн прогнозувати основні тенденції розвитку національної економіки країн та передбачати трансформаційні процеси у змінах показників економічного, політичного та соціального напрямку. Удосконалено науково-методичний підхід ідентифікації рівня стійкості розвитку національної економіки залежно від економічних, соціальних та політичних детермінант. Запропонований підхід базується на побудові трикутника стійкості економічного, соціального та політичного стану розвинених країн та країн, що розвиваються. Розрахунки проведено на прикладі України, Італії та Франції в контексті їх взаємодії. Відібрано релевантні параметри моделі використовуючи факторний аналіз та метод головних компонент. Побудова діаграм динаміки економічних, соціальних та політичних детермінант, зведених до значень в проміжку [0;1] методом Харрінгтона, дозволила знайти відхилення кожної складової від її максимального або мінімального рівня, виявити кризові періоди розвитку національної економіки аналізованих країн. В результаті побудовано модель стійкого соціо-економіко політичного стану країни, в основі якої лежить трикутник, сторонами якого є нормалізовані узагальнені економічні, соціальні та політичні детермінанти. Стійкий стан країни визначається як центроїд трикутника, який кількісно визначається через радіус описаного навколо трикутника кола. Запропонована методика дозволила надати комплексну оцінку стійкості соціо-політико економічного стану України, Італії та Франції. Результати моделювання можуть бути використані для визначення оптимальних значень індикаторів розвитку національної економіки України. Було розроблено науково-методичний підхід щодо оцінювання рівня біфуркаційних змін в розвитку національних економік країн з урахуванням економічних, політичних та соціальних детермінант. В його основі знаходиться побудова фазових портретів соціально-економічного, соціально-політичного, політико-економічного площин фазового простору розвинених країн та країн, що розвиваються. Для її реалізації сформовано матрицю інтегральних показників за трьома складовими (економічний розвиток, соціальна безпека, політичний стан) та радіусом описаного кола, який кількісно визначає стійкий стан країни. Побудовано диференціальні рівняння, як проекції фазових траєкторій на вибрану площину фазового простору. Виявлено «фазові портрети» показника стійкості Італії: економіко-політичний стан країни – «стійкий пучок» (система знаходиться в рівновазі); соціально-політична сфера - «фокус» (нестабільна тенденція розвитку); соціально-економічна складова - чітко виражене «сідло» (нерівноважний стан системи). Для Франції характерні наступні стани «фазових портретів»: соціально- політична, економіко політична, соціально-економічна складові – «чіткий пучок» з елементами типу «сідло» (стійкий розвиток, рівновага). Аналогічно досліджено «фазові портрети» показника стійкості України: економіко-політична сфера та соціально-економічний розвиток - «стійкий пучок» з елементами «сідло» (устаткований стан системи); соціально-політична складова - «пучок» з яскраво вираженим типом «сідло» (нестабільна динамічна система). Результати використаної методики дозволяють аналізувати подальшу динаміку розвитку національної економіки країни при впливі зовнішніх факторів. Набув подальшого розвитку методичний підхід інтегрального оцінювання оптимальних значень економічних, соціальних та політичних детермінант країни в контексті забезпечення стійкого розвитку її національної економіки. Проведено регресійний аналіз залежностей інтегральних показників і визначено узагальнюючою детермінантою нормалізоване значення радіуса описаного кола навколо правильного трикутника, де сторонами виступають економічні, соціальні та політичні детермінанти. Розраховано їх оптимальні інтегральні значення та побудовано регресійні моделі залежності окремих детермінант від узагальнених значень. В результаті це дозволило визначити оптимальні значення узагальненого показника соціо-політико-економічного розвитку України. Результати проведеного дослідження слугують для подальшого визначення напряму розвитку національної економіки України, подальшої взаємодії економічної, соціальної та політичної сфер, з метою забезпечення виходу України на траєкторію стійкого зростання, запровадження діючої Державної стратегії удосконалення економічних, соціальних та політичних відносин в державі. Удосконалено науково-методичні засади кількісної оцінки взаємозв’язків у збалансованій системі «екологічна безпека – соціальна сфера – економічна сфера» на основі структурного моделювання детермінант економічного розвитку, екологічної безпеки та соціальної сфери України. Проведено нормалізацію відповідних показників екологічної безпеки та соціо економічного розвитку країни, ідентифіковано релевантні детермінанти, використовуючи факторний аналіз та побудовано загальну модель структурних рівнянь причинно-наслідкових взаємозв’язків. Отримані результати структурного моделювання було перевірено на адекватність та статистичну значущість. Це дозволило виявити характер та силу зав’язків між екологічною безпекою та соціо-економічним розвитком країни. Результати дослідження дозволять Уряду країни реалізувати цілі концепції сталого розвитку шляхом знаходження балансу між соціо-економічним прогресом та збереженням довкілля. Удосконалено методичне підґрунтя для оцінювання ефективності збалансованої взаємодії соціальних, економічних, політичних та кібербезпекових детермінант. Проведено нормалізацію показників з використанням природньої нормалізації та нормалізації Севіджа та виконано їх згортку на основі формули Кіні для отримання їх інтегральних значень. Виконано селекційний вибір регресійних моделей з використанням методів Lasso, Ridge та ElasticNet, що дозволило оцінити рівень впливу економічних, соціальних та політичних детермінант на розвиток національної системи кіберзахисту країни. Кластеризація на основі методу самоорганізованих карт Кохонена дозволила сформувати чотири кластери за рівнем збалансованості країн – високий, помірний, середній та низький. Аналіз охоплення даних кластерів країн, побудова оптимізаційних моделей CCR, BCC та фронтірних графіків дозволили оцінити ефективність збалансованості національної економіки країн з урахуванням економічної, соціальної політичної та кібербезпекової сфер. Результати дослідження дозволять ряду міністерств та відомств країн врахувати досвід інших країн та удосконалити стратегії та концепції сталого розвитку відповідних сфер національної економіки. В роботі розглянуто науково-методичний підхід щодо моделювання «Портрету здоров’я» країни, який базується на визначенні рівня збалансованості розвитку економічної та соціальної сфер, поведінкових аспектів населення та якості сфери охорони здоров’я країни. Було побудовано та візуалізовано у програмному додатку GeoGebra еталонну барицентричну чотириполюсну модель інтегрованих таргетів досліджуваних сфер, що визначають розвиток національної економіки країни. Модель ідентифікує країну з високим рівнем соціально-економічного розвитку, якісною медичною сферою та низьким рівнем показників, що формують негативну поведінкову модель суспільства. В результаті було розроблено та проаналізовано профілі здоров’я країн світу на основі різниць між визначеними центроїдами чотириполюсних барицентричних моделей та еталонною. Результати дослідження дозволять удосконалити світові та національні стратегії сталого розвитку та виявити найбільш перспективні таргети розвитку національної економіки країн.

The dissertation is devoted to solving the current scientific problem of improving the theoretical, methodological, and practical foundations of modelling the sustainable and balanced development of the country's national economy, considering economic, social, political, cyber secure, environmental, behavioural determinants and determinants of the medical sphere quality. The conceptual-categorical apparatus "sustainable"/"sustainable development" and "balanced development" are systematized in the PhD thesis based on the taxonomic research method. An approach to understanding the definition of "sustainable"/"sustainable development" is proposed as a state in which the sustainability indicator is in balance and continues to develop under the influence of various factors, which implies qualitative changes. The concept of "balanced development" is defined as a balance between different components of the national economy when the condition of one of them improves/deteriorates without the deterioration/improvement of the other. A trend and bibliometric analysis of scientific publications on the research topic, published in journals indexed in the international Scopus database, was conducted. It was established that the issues of the development of the national economy, considering economic, social, political, and other determinants, are unresolved, which confirmed the relevance of the dissertation work. Based on the author's term map of research publications devoted to issues of "sustainable development" of the national economy, built with the help of the analytical application VOSviewer, three clusters were identified by subject area: economic growth, social sphere, and agrarian-ecological sector. The results of the bibliometric analysis can be helpful for further empirical research in economic mathematical modelling of the balanced development of the national economy. The development of methodological tools based on the method of Saati hierarchies’ analysis for the identification and assessment of economic, social and political risks which affect the sustainable development of the national economy was further developed. During the research, two clusters of risks were identified: economic and socio-political. Based on expert assessments, a priorities matrix was built, representing the relative importance of the impact of each factor on risks. This made it possible to prioritize economic and socio-political risks. As a result, those that have a negative effect on the stability of the country's national economy were identified, namely the risk of conducting military operations on the country's territory, loss of the country's image (authority) on the world stage, risks associated with the crisis of power, an increase in internal and external debt dependence country, the dependence of the national economy on the conjuncture of fluctuations in the world market, shadowing of the economy. The research will contribute to the rational prioritization of national economy reform targets, considering the most critical risks with the aim of Ukraine's future membership in the EU. In the PhD thesis, the methodological basis for forecasting the economic, social, and political development of countries with a developed economy and those that are developing, based on the construction of trend-cyclic econometric models, was further developed. As part of the methodology based on the Irwin method, abnormal levels of time series of economic, social, and political determinants for Ukraine, Italy, and France were revealed. Selected time series were examined for stationarity according to the Fisher and Student's criteria. As most time series turned out to be non-stationary, the trend component was further approximated using non-linear equations. The analysis of series decomposition based on correlograms made it possible to identify trend and cyclical components and, as a result, build a multiplicative trend-cyclical model characterizing the economic, social, and political development of Ukraine, Italy and France. As a result, forecasts of the main trends in the development of the national economy of Ukraine, Italy and France were made, considering their economic, social and political determinants. The study's results will allow the Governments of the countries to forecast the main trends in the development of the countries' national economy and to predict the transformational processes in the changes of the economic, political, and social direction. The scientific and methodological approach to identifying the level of sustainability of the national economy's development, depending on economic, social, and political determinants, has been improved. The proposed approach is based on constructing a triangle of stability of the economic, social, and political state for developed and developing countries. Calculations were made on the example of Ukraine, Italy, and France in the context of their interaction. Relevant parameters of the model were selected using factor analysis and the method of principal components. The construction of diagrams of the dynamics of economic, social, and political determinants, reduced to values in the interval [0;1] by the Harrington method, made it possible to find the deviation of each component from its maximum or minimum level to identify crisis periods in the development of the national economy for the analysed countries. As a result, a model of a stable socio-economic and political state of the country was built based on a triangle, the sides of which are normalized generalized economic, social, and political determinants. The steady state of the country is defined as the triangle centroid, which is quantified by the radius of the circle circumscribed around the triangle. The proposed methodology made it possible to provide a comprehensive assessment of the stability of the socio-political and economic state of Ukraine, Italy, and France. The modelling results can be used to determine the optimal values of indicators of the national economy's development in Ukraine. A scientific-methodical approach was developed to assess the level of bifurcation changes in the national economies' development of countries, considering economic, political, and social determinants. It is based on constructing phase portraits of the socio-economic, socio-political, and political-economic planes of the phase space for developed and developing countries. For its implementation, a matrix of integral indicators was formed based on three components (economic development, social security, political state) and the radius of the described circle, which quantitatively determines the stable state of the country. Differential equations are constructed as projections of phase trajectories onto the selected plane of the phase space. The "phase portraits" of Italy's stability indicator were revealed: the economic and political state of the country is a "stable beam" (the system is in equilibrium); the socio-political sphere is a "focus" (unstable development trend); the socio-economic component is a clearly expressed "saddle" (unbalanced state of the system). The following conditions of "phase portraits" are characteristic of France: socio-political, economic-political, and socio-economic components are a "clear bundle" with elements of the "saddle" type (sustainable development, balance). Similarly, the "phase portraits" of Ukraine's sustainability indicator were studied: the economic, political spheres and socio-economic development are a "sustainable bundle" with "saddle" elements (the established state of the system); the socio political component is a "bundle" with a pronounced "saddle" type (unstable dynamic system). The results of the used methodology allow for analysing the further dynamics of the country's national economy's development under the influence of external factors. The methodical approach of integral assessment of the optimal values of the country's economic, social, and political determinants in the context of ensuring the sustainable development of its national economy has gained further development. A regression analysis of the dependencies of integral indicators was carried out, and the normalized value of the radius of the circumscribed circle around a right triangle, where economic, social, and political determinants act as sides, was determined as a generalizing determinant. Their optimal integral values were calculated, and regression models of the dependence of individual determinants on the generalized values were constructed. As a result, this made it possible to determine the optimal values of the generalized indicator of the socio-political and economic development of Ukraine. The results of the conducted research serve to define further the direction of the national economy's development of Ukraine, further interaction of the economic, social, and political spheres, to ensure Ukraine's exit to the path of sustainable growth, the introduction of a compelling State Strategy for the improvement of economic, social, and political relations in the state. The scientific and methodological principles of a quantitative assessment of relationships in the balanced system "ecological safety - social sphere - economic sphere" have been improved based on structural modelling of the economic, social, and political determinants of Ukraine. Normalization of relevant indicators of environmental safety and socio-economic development of the country was carried out. Relevant determinants were identified using factor analysis, and a general model of structural equations of causal relationships was built. The obtained results of structural modelling were checked for adequacy and statistical significance. This made it possible to reveal the nature and strength of the relationship between environmental security and the socio-economic development of the country. The study's results will allow the country's government to implement the entire concept of sustainable development by finding a balance between socio-economic progress and environmental protection. The methodological basis for evaluating the effectiveness of the balanced interaction of social, economic, political, and cyber secure determinants has been improved. The indicators were normalized using natural normalization and Savage normalization, and their convolution was performed based on Keeney's formula to obtain their integral values. A selective selection of regression models using the Lasso, Ridge and ElasticNet methods was carried out, which made it possible to assess the influence of economic, social, and political determinants on developing the country's national cyber defence system. Clustering based on Kohonen's method of self-organized maps made it possible to form four clusters according to the level of countries' balance - high, moderate, medium, and low. Data analysis of countries' clusters and construction of CCR, BCC optimization models and frontier graphs made it possible to assess the effectiveness of the countries' national economy balance, considering the economic, social, political, and cyber secure spheres. The study's results will allow several ministries and departments of the countries to take into account the experience of other countries and improve the strategies and concepts of sustainable development in the relevant spheres of the national economy. The scientific-methodical approach to modelling the country's "Portrait of Health" has been considered, which is based on determining the level of balance in the development of the economic and social spheres, behavioural aspects of the population, and the quality of the country's health care sector. A benchmark barycentric four-pole model of integrated targets of the researched spheres that determine the development of the country's national economy was built and visualized in the GeoGebra software application. The model identifies a country with a high level of socio-economic development, a high-quality medical field and a low level of indicators that form a negative behavioural model of society. As a result, the health profiles of the world's countries were developed and analysed based on the differences between the determined centroids of the four-pole barycentric models and the reference one. The research results will allow to improve the world and national strategies of sustainable development and identify the most promising targets for the development of the national economy of the countries.