Prof. Dr. H. Rommelfanger: Entscheidungstheorie, Kapitel 3 38

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1 Prof. Dr. H. Rommelfanger: Entscheidungstheorie, Kapitel 3 38 Offene Fragen Warum ist ein ET bereit, für eine Feuerversicherung mit einer Versicherungshöhe von 1 Million und einer Jahreseintrittswahrscheinlichkeit von 0,0001 eine Jahresprämie von 250 zu zahlen, die bedeutend höher als der Erwartungswert 100 ist? Warum spielen Woche für Woche Millionen Menschen Zahlenlotto, obwohl die Teilnahme zu einem kleineren Erwartungswert (nur ca. 50% Ausschüttung) führt als die Nichtteilnahme? DAS BERNOULLI-Prinzip Beurteilung von Glücksspielen nicht durch Erwartungswert der möglichen Gewinne, sondern durch Erwartungswert des aus den Gewinnen resultierenden Nutzens

2 Prof. Dr. H. Rommelfanger: Entscheidungstheorie, Kapitel 3 39 Grundgedanke des BERNOULLI-Prinzips: Existenz einer Nutzenfunktion u, die Ergebniswerte entsprechend der subjektiven Einschätzung eines Entscheidungsträgers in Nutzenwerte umwandelt: 1. Allen Ergebnissen x ij einer Handlungsalternative a i wird mittels einer Nutzenfunktion u(x) ein Nutzenwert u ij = u(x ij ) zugeordnet. 2. Der entscheidungsrelevante Präferenzwert Φ(a i ) einer Handlungsalternative a i wird als Erwartungswert dieser Nutzenwerte ermittelt. Maximierung der Nutzenerwartungswerte a b E[u(Xa)] E[u(Xb)]. Dabei ist E[u(X)] = u(xi ) pi mit pi = P(X = xi) i bei diskret verteiltem X und E[u(X)] = u (x)f (x)dx bei kontinuierlich verteiltem X mit der Wahrscheinlichkeitsdichte f(x). UTILITY-Funktion, BERNOULLI-Nutzen, Risiko- Nutzen, V. NEUMANN-MORGENSTERN-Nutzen oder Risikopräferenzfunktion

3 Prof. Dr. H. Rommelfanger: Entscheidungstheorie, Kapitel 3 40 Bernoulli: Die zu einem Entscheidungsträger gehörende Funktion u ist eine kardinale Nutzenfunktion, die bis auf steigende lineare Transformationen eindeutig bestimmt ist. D.h. eine Nutzenfunktion u und eine aus u durch lineare Transformation hervorgegangene Nutzenfunktion û = au + β für a > 0, β beliebig, liefern die gleiche Präferenzordnung der zur Auswahl stehenden Alternativen. D.h. Die Nutzenfunktion selbst liegt erst dann numerisch eindeutig fest, wenn für zwei Konsequenzen x und y die Nutzenwerte willkürlich fixiert werden. Bei monetären Auszahlungen i.d.r. Normierung u(0) = 0 und u(1) = 1 Nutzenfunktionen sind personen- und situationsabhängig. BERNOULLI-Prinzip ist nicht auf Risikosituationen mit monetären Auszahlungen beschränkt. unterschiedlichste Ergebniswerte lassen sich in vergleichbare abstrakte Nutzenwerte transformieren und die Präferenzordnung ist dann einfach bestimmbar.

4 Prof. Dr. H. Rommelfanger: Entscheidungstheorie, Kapitel 3 41 Grund für hohe Verbreitung des Konzepts in der Literatur Problem in der Praxis: Bestimmung der Nutzenfunktion Empirische Ermittlung des BERNOULLI-Nutzens Grundidee nach RAMSEY [1931] Vorlage von relativ einfach strukturierten, hypothetischen Indifferenzsituationen a 1 1 x a 2 mit c x d p 1-p c d Die Wahrscheinlichkeit p wird solange variiert, bis der Entscheidungsträger zwischen a 1 und a 2 indifferent wird, d.h. beide Alternativen stiften den gleichen Nutzen "x ist das Sicherheitsäquivalent (SÄ) der zufallsabhängigen Auszahlung a2 "

5 Prof. Dr. H. Rommelfanger: Entscheidungstheorie, Kapitel 3 42 Über Wiederholungen und aus dem registrierten Verhalten des Entscheidungsträgers läßt sich die Nutzenfunktion u berechnen: Konkrete Vorgehensweise 1. Normierung der Nutzenfunktion u(x min ) = 0 und u(x max ) = 1 2. hypothetische Indifferenzsituation sichere Alternative a 1 = SÄ: Auswahl eines weiteren bekannten Ergebnisses x zufallsabhängige Alternative a 2 mit p für besten Wert und (1-p) für schlechtesten Wert der Ergebnismatrix a 1 1 x a 2 p 1-p x max x min

6 Prof. Dr. H. Rommelfanger: Entscheidungstheorie, Kapitel 3 43 ET muss nun nach subjektivem Ermessen die Wahrscheinlichkeit p(x max ) so benennen, daß er indifferent zwischen beiden Alternativen ist. Orientierungshilfe: prinzipielle Risikoeinstellung risikoneutraler ET Indifferenz bei SÄ = EW risikofreudiger ET SÄ > EW risikoscheuer ET SÄ < EW Für diese p(x max ) stimmen Nutzenerwartungswerte von a 1 und a 2 überein!! d.h. u(x) = u(x max ) p + u(x min ) (1-p) = 1 p + 0 (1-p) u(x) = p der Nutzenwert des Sicherheitsäquivalents entspricht der subjektiven Indifferenzwahrscheinlichkeit!!

7 Prof. Dr. H. Rommelfanger: Entscheidungstheorie, Kapitel p x min EW x max 3. Für übrige Werte der Ergebnismatrix analog hypothetische Indifferenzsituation und Bestimmung der Nutzenwerte Möglichkeit der Bestimmung der Nutzenfunktion durch (beliebige) Variation der Ergebniswerte u(x) = p(x) 4. Bestimmung des Erwartungsnutzens der Handlungsalternativen Maximierung des Nutzenerwartungswertes! Beispiel Empirische Bestimmung der Nutzenwerte Entscheidungssituation bei Risiko 0,5 s 1 0,3 s 2 0,2 s 3 E(a)

8 Prof. Dr. H. Rommelfanger: Entscheidungstheorie, Kapitel 3 45 a a

9 Prof. Dr. H. Rommelfanger: Entscheidungstheorie, Kapitel 3 46 a a 2 Für x = : 1-p p ,5 s 1 0,3 s 2 0,2 s 3 E(a) a 1 a 2

10 Prof. Dr. H. Rommelfanger: Entscheidungstheorie, Kapitel Begründung des Bernoulli-Prinzips BERNOULLI: "Der Entscheidungsträger besitzt eine Nutzenfunktion u, so daß er in allen Risikosituationen seine Aktionen anhand des zugehörigen Nutzenerwartungswertes beurteilt." empirische Bestätigung??!! Experimentelle Nutzenmessungen z. B. [FRIEDMAN, SAVAGE 1948]; [MOSTELLER, NOGEE 1951]; [DAVIDSON, SIEGEL, SUPPES 1957]; [BECKER, de GROOT, MARSCHAK 1963]; [KAHNEMANN, TVERSKY 1979]; [ HERSHEY, KUNREUTHER, SCHOEMAKER 1982]; [SCHAUENBERG 1990]. Empirisch orientierte Arbeiten, die sich kritisch über die Tragfähigkeit des BERNOULLI-Prinzips zur Erklärung des Verhaltens in Risikosituationen äußert, stammen z. B. [ALLAIS 1953] und [KAHNEMAN, TVERSKY 1979]. BERNOULLI-Nutzen ist eindeutig festgelegt, denn er impliziert immer eine Risikosituation und zieht seine inhaltliche Rechtfertigung aus der Anwendung des Bernoulli-Prinzips. Mit der Transformation von Ergebnis- in Nutzenwerte verleiht der ET simultan seiner Risiko- und seiner Höhenpräferenz Ausdruck. Anders W. Krelle [1968]: Zunächst Höhenpräferenz, dann Unsicherheitspräferenz.

11 Prof. Dr. H. Rommelfanger: Entscheidungstheorie, Kapitel 3 48 Axiomatische Begründung des Bernoulli-Prinzips: Formulierung einfacher Forderungen, die ein Entscheidungsprinzip erfüllen muß, um als rationale Handlungsempfehlung akzeptiert werden Akzeptanz der Plausibilität der Axiome begründet dann Rationalität des Bernoulli-Kriteriums! Axiomensystem von V. NEUMANN/MORGENSTERN [1944] Axiomensystem von LUCE/RAIFFA [1957] Axiomensystem von SCHNEEWEIß [1967] 1. Ordinales Prinzip 2. Stetigkeitsaxiom 3. Substitutionsaxiom 1. Ordinales Prinzip Die Präferenzrelation ist transitiv und vollständig, d. h. a) Für je drei Zufallsvariablen X, Y, V gilt: X Y und Y V X V Transitivität b) Für je zwei Zufallsvariablen X und Y gilt: X Y oder Y X Vollständigkeit

12 Prof. Dr. H. Rommelfanger: Entscheidungstheorie, Kapitel 3 49 d.h. widerspruchsfreie und vollständige Präferenzen 2. Stetigkeitsaxiom Drei Auszahlungen x, y und v mit y x v, es existiert ein p ]0, 1[, so daß die feste Auszahlung x der Zweipunktverteilung y p v gleichwertig wird: x ~ y p v Das Stetigkeitsaxiom ist eine notwendige Voraussetzung für das BERNOULLI-Prinzip, denn bei Gültigkeit des BER- NOULLI-Prinzips folgt aus der Indifferenz x ~ y p v die Gleichung u(x) = p u(y) + (1 - p) u(v). Die Auflösung nach p ergibt p = u(v) u(x) u(v) u(y) Grundlage der Lotterie zur praktischen Bestimung einer Nutzenfunktion Problem: Warum lassen sich ETs in der Praxis nicht auf diese Art Nutzenfunktionsbestimmung ein???

13 Prof. Dr. H. Rommelfanger: Entscheidungstheorie, Kapitel Substitutionsaxiom Ist V eine beliebige zufallsabhängige Auszahlung und p [0, 1] eine beliebige Wahrscheinlichkeit, so gilt X Y X p V Y p V. die geforderte Äquivalenz besagt für die Nutzenerwartungswerte: E[u(X)] E[u(Y)] p E[u(X)] + (1 - p) E[u(V)] p E[u(Y)] + (1 - p) E[u(V)] Die Bezeichnung Substitutionsaxiom rührt daher, daß es gestattet, von einer zusammengesetzten zufallsabhängigen Auszahlung Y p V zu einer gleichwertigen oder präferierten zufallsabhängigen Auszahlung X p V zu gelangen, indem man Y durch das gleichwertige oder präferierte X substituiert. Fortsetzbarkeit der Erwartungswertbildung Obwohl das Substitutionsaxiom plausibel ist, wurde es besonders heftig diskutiert und kritisiert. Es war auch

14 Prof. Dr. H. Rommelfanger: Entscheidungstheorie, Kapitel 3 51 nicht in dieser Form im V. NEUMANN-MORGENSTERNschen Axiomensystem enthalten, sondern wurde dort durch andere Axiome ersetzt.

15 Prof. Dr. H. Rommelfanger: Entscheidungstheorie, Kapitel Diskussion ausgewählter Nutzenfunktionen Lineare Nutzenfunktionen Konvexe Nutzenfunktionen Konkave Nutzenfunktionen Nutzenfunktionen mit konvexen und konkaven Stücken Annahme: monetäre Auszahlungen Normierung der Nutzenfunktion gemäß u(0) = 0 und u(1) = 1 Punkte (0, 0) und (1, 1). monoton steigende Nutzenfunktion Weitere Eigenschaften hängen von den speziellen Vorstellungen des ET ab.

16 Prof. Dr. H. Rommelfanger: Entscheidungstheorie, Kapitel 3 53 Lineare Nutzenfunktion u(x) = x Entscheider orientiert sich nur am Erwartungswert Erwartungswert der Auszahlg. = Nutzenerwartungswert SÄ = EW u(x) Entscheider ist risikoneutral x Bsp.: Er wird Versicherungsabschlüssen gegenüber indifferent sein, wenn Prämie = Schadenserwartungswert; er ignoriert die Streuung