- 區塊鏈的數學原理:認識市場引力與市場智能
- 謝楚鵬
- 7713字
- 2019-11-15 20:36:07
2.1 網狀協作與市場引力
個體之間的網狀協作,包括商品的互通有無,勞動的雇傭協作和金融的互聯互通。在歷史上,農產品、工業品、勞動和資金都依次被商品化,從而成為個體之間協作的基礎。在市場的條件下,每個人不再單打獨斗,而是能不斷地利用他人的物質、勞動和資金成果。這種協作不是由某個至高無上的中心來安排的,而是由市場這個無形的手在價格信號的基礎上進行推動的。這個推動力被稱為市場引力。
讀者們都非常熟悉物理場的萬有引力現象(見圖2.1),但是對人類市場中的引力現象卻可能熟視無睹。在物理場中,萬有引力是任意兩個質點或兩個粒子間的、與質量成正比、與距離的平方成反比的吸引力,是自然界中最普遍的力。量子力學也認為,引力是由于兩個粒子交換引力子所導致的。事實上,在人類市場中也普遍存在著類似的吸引力。在一個擁有很多賣家和買家的市場上,為何商品會被一個賣家交換給某一個買家,而不是被賣家保留或被交換給其他買家?為何一個買家最終會向某一個賣家購買,而不是向其他賣家購買?為何我們選擇目前的工作單位,而不是跳槽?這些現象表明,市場引力普遍存在于市場之中。
每個人交易的動機都是追求最大效用,追逐利益的動機導致了動力的產生并驅動人的行為。某種商品的任意兩個買家和賣家之間應該存在對于交換的吸引力。這個吸引力的大小也應該與買家和賣家的某個經濟度量和某個距離度量有關,市場被生動地描述為“看不見的手”。下文中將在定量度量的基礎上,對這種“看不見的手”進行數學形式化。
在數字資產時代,經濟和財富越來越依賴于大量的和有效的網狀協作關系。例如,Airbnb(AirBed and Breakfast,愛彼迎房東短租平臺)就是一個新創建的人工市場,它依賴于Airbnb系統平臺中大量的網狀協作關系。這種協作關系不僅適用于消費關系,也適用于雇傭關系(例如豬八戒平臺)和投資關系(例如眾籌平臺)。這些協作關系是由算法程序驅動的,并最終表現為大量的交易關系,即節點之間的各種合同關系。通信和網絡技術實現了賬戶和使用人之間的充分、高效和實時的聯系。海量的、自動化的和智能化的交易將極大地提高協作的數量和質量,并且將直接體現為社會的經濟財富。

圖2.1 物理場中的萬有引力
同樣,菜鳥網絡能夠連接大量的物流公司、快遞人員和倉庫,實現海量的價值流轉。這是一個分布式的、信息可以同步共享的結構,讓所有人的商業信息在參與方之間可以適時、多方、多角度地互動溝通,而不需要一個中央機構在中間做計劃和安排。菜鳥網絡背后的阿里巴巴只是一個搭臺和保障的機構。這是網狀協作相對于傳統的封閉式供應鏈的最大優勢。
如果運用區塊鏈技術對這些人工市場進行改進,提升監管和保障能力,那么這些人工市場將形成一個全面開放的網絡結構,構建充分的信用,并在市場引力的驅動下產生協作的大爆發和交易的大爆炸,實現價值的海量交易和迅速流轉。
總之,網狀的實時協作需要以利益為基礎。市場引力描述了這個利益驅動機制,并度量了協同所需要的共贏程度。作為市場的動力機制,市場引力是市場衍生和發展的基本動力。同樣,市場引力也將是區塊鏈這個人工市場的基本動力。
2.1.1 市場中的引力
在歷史上,亞當?斯密深受經典力學大師牛頓的影響,他把牛頓力學方法應用到經濟學、倫理學和政治學之中,以此來設計經濟社會運行的框架模型。與牛頓的“絕不做假設”的格言相對應,亞當?斯密在他的《國富論》(1776)中強調,人的自私決非經濟學家的一種理論構造,而是經驗的事實,人的自私行為被假定為經濟學的根本推動力。與牛頓的萬有引力定律相對應,亞當?斯密提出了引導微觀利益的“看不見的手”,借助于這只“看不見的手”來實現供給與需求的宏觀平衡和微觀利益的最大化。
哈雷在牛頓《自然哲學的數學原理》的序言中寫道:“請看天空的布局,神圣物質的平衡,請看朱庇特(宙斯)的計算和造物主的規則,他在初創萬物時制訂,連他也不會違反,這是他工作的基礎。天空最深處的秘密被揭示,使最外面的天球旋轉的力不再隱藏。”亞當?斯密在《國富論》中也寫道:“他們被(朱庇特)這只看不見的手引導著……”亞當?斯密的體系建立在“人的動機就是利己”這樣一種觀察上。他把利己當作社會理論中的“運動原理”,就像吸引力是牛頓物理學中的運動原理一樣。在牛頓的著作中,萬有引力被稱為物體和天體運動和變化的第一原因(見圖2.2)。

圖2.2 萬有引力與太陽、地球和月亮的三體運動
萬有引力定律的發現是17世紀自然科學最偉大的成果之一,也是近代科學形成的標志,但引力產生的原因卻是至今未解開的謎(見圖2.3)。牛頓和愛因斯坦都曾潛心研究,但至今仍無人能完全破解。量子力學也相信,引力是由于兩個粒子交換引力子所導致的:量子引力理論中電磁波的傳播可以用光子來解釋,而光子導致引力子概念的提出。因此,萬有引力也不再是超距作用,而以引力子為媒介。引力子在物理學中是一個傳遞引力的假想粒子,兩個物體之間的引力可以歸結為組成這兩個物體的粒子之間交換引力子。但是,引力子是否存在仍是物理學界的一個神圣話題。有許多學者試圖用儀器來探測它存在的真實性,最終都沒有得到理想的結果,它的存在仍然是一個謎。

圖2.3 萬有引力產生的原因仍是未解之謎
過去五十年來,貿易引力模型的實證研究非常引人注目。首屆諾貝爾經濟學獎獲得者丁伯根等人最早將引力模型用于研究國際貿易。多個研究者分別獨立地使用引力模型研究分析了雙邊貿易流量,并得出了相同的結果:兩國雙邊貿易規模與它們的經濟總量成正比、與兩國之間的距離成反比。
自20世紀60年代以來,引力模型廣泛地用于雙邊貿易流量的實證研究,但因缺乏必要的理論基礎,其作為政策分析工具的功能經常受到質疑,因而在相當長的一段時間里沒有得到主流經濟學的關注。從過去的經濟學文獻中看,雖然引力模型很好地符合貿易的實際情況,但人們尚未發現合適的理論解釋。
市場的“看不見的手”和牛頓的萬有引力一樣,都是一種吸引力,而且都是基于效用(前者基于貨幣效用,后者基于能量效用),遵循著相同的原理和規律。本書從經濟現象的角度出發,構建市場引力的微觀和宏觀模型。雖然初衷只是借鑒經典物理學的概念和語言,后續卻逐漸取得超出預期的發現和結果。本書將三大人類市場(商品市場、勞動力市場和金融市場)與三大物理場(引力場、電場和磁場)進行對比研究,發現了各種微妙而精細的一一對應關系,并由此導出了對應的公式。這個非傳統的角度能很好地理解在自然世界和經濟社會中都普遍存在的引力現象,并為萬有引力提供一種合理的解釋。
1.貨幣型效用
效用是經濟學中最常用的概念之一,是指對于消費者通過消費或享受閑暇等使自己的需求、欲望等被滿足的一個度量。效用最初被假設能夠被定量地度量,即被假設為一個數字。顯然,每一種度量,或者說每一種可度量性,必定最終基于某種直覺,這一直覺無法且肯定沒有必要被進一步分析。對不同產品和服務的喜好程度的個性化偏好,源自于消費者的直接感覺,可以用效用來度量,是影響市場需求的重要因素。
但是,常用的消費者效用函數U=U(x,y,z,…)僅僅被允許表示,對同一個消費者在同一時刻某件物品的效用大于另一件物品的效用。它無法把效用的數值累加起來,更無法進行不同消費者之間的效用比較。這是因為,對于同一個消費者來說,不存在任何在直覺上和時間上有意義的方法,能夠把兩個效用相加,而且不同消費者之間的效用也缺乏比較的基準,所以常見的效用函數不具有數值特征,也沒有計量單位。同時,常用的效用函數通常被假設為給定的和不變的,這顯然是不現實的。新的體驗會產生新的直覺和感受,消費者偏好和效用函數自身應該可以隨著消費體驗的積累而隨時變化。
現代經濟的核心是市場,而市場的核心是交換。作為交換的媒介,貨幣是聯系過去與未來、買家與賣家的橋梁。因此,在構建動態模型時,不采用常用的消費者效用函數,而采用貨幣計量的預期價值。首先,只要存在耐久性的資產,它就可能具有貨幣的性質:即使在以物易物的原始時期,預期價值也可以用小麥或牛羊等單位來進行計量。其次,除非使用貨幣,否則不可能討論變動的預期價值對當期經濟行為的精確影響:在現實世界里,過去的預期在今天不一定應驗,但現在對將來的預期會影響我們現在的行為。
對買方來說,他占有某個產品或服務的預期貨幣價值,記為v;對賣方來說,他保留該產品或服務的預期貨幣價值,記為u。v是買家的價值估值,它依賴于買家掌握的知識、理解力和當時的特定情境,取決于特定賣家的信譽、特定商品的稀缺性和質量(包括功能、用途、可替代性等),以及買家的收入、借貸和預算等因素。u是賣家對特定商品的庫存、生產周期、技術革新、需求、資金等因素進行考量后的函數值,它也依賴于賣家掌握的知識、理解力和當時的特定情境。其中,稀缺性綜合了商品在數量、質量和種類的稀缺性。與人類的無窮需要相比,商品的數量、質量和種類總是不足的。
2.交易距離
交易成本理論是由諾貝爾經濟學獎得主科斯在1937年提出的。他在《企業的性質》一文中認為交易費用是“通過價格機制來組織生產的最明顯成本,就是發現相對價格的成本”和“每一筆交易的談判和簽約的費用”等。
交易成本是含糊但不可或缺的概念。交易成本指的是一項交易所需花費的時間、精力和費用。顯然,任何交易活動都有交易成本。在交易過程中,費用可以分為三類:搜尋成本,即搜集商品和交易對象信息的成本;信息傳遞成本,即獲取交易對象信息和與交易對象進行信息交換的成本;交易過程中的成本,即議質和議價的成本、決策和簽約的成本、事后監督的成本和違約成本等。
傳統的交易成本是從信息的角度來定義的。但在實際的商品交換中,不僅有信息成本,還有克服買賣雙方物理距離的成本。因此要定義交易距離為賣家和買家之間預計的交易費用,用r來表示。顯然,任何r都大于零。如果區分信息距離和物理距離,那么交易費用可以劃分為克服信息距離的成本(d1)和克服物理距離的成本(d2)。
若不考慮信息距離,而僅考慮克服物理距離而花費的費用,則構成交易距離的一個特例——物質實體的空間。若不考慮物理距離,而僅考慮克服信息距離而花費的費用,則構成交易距離的另一個特例——信息產品的交換。生物體的基因也具有類似的雙重屬性,即物質性(體現存在方式)和信息性(體現根本屬性)。
3.交易的過程
交易過程可以分解為三個子過程。首先是消費者的搜索和評價過程:產生消費需求之后,如果沒有確定的購買方案,他就必須去搜尋相關的商品和生產者。其次是生產者的定價與信息傳遞過程:這個過程主要通過價格機制進行。再次是買賣雙方的協商和簽約過程:商品的買賣交易、勞動的雇傭交易及資金的借貸交易都存在買賣雙方之間的討價還價和簽訂合同的過程。
2.1.2 典型的點對點交易場景
按與買家的物理距離大小排序,所有的賣家都可被排列在實軸上,縱軸是信息距離(見圖2.4)。物理距離和信息距離都以克服該距離所需的貨幣費用來度量。有的賣家雖然與買家的物理距離較遠,但是賣家可以通過更加醒目的廣告來減少搜尋成本,從而顯著減少信息距離和總的交易距離。
用復平面來表示這種場景如圖2.5所示。

圖2.4 典型的點對點交易場景

圖2.5 用復平面描述交易場景
具體場景(例如賣家的庫存數量、議價空間、商家信譽和商品匹配程度等)時刻都在變化,因此,獲取信息的難度有難易之分,費用有大小之分。復平面被發明的二百多年來,很難合理地被賦予實際含義。本書認為從商業活動的角度來定義這個復平面是有道理的,而且在歷史上,商業活動經常賦予數學以實際意義:例如負數最初能找到的實際意義是表示虧錢或欠款,而常數e最初能找到的實際意義是計算復利,這些都與商業活動有關。
在信息和電子商務時代,本地的實體店經常競爭不過外地的實體店,甚至也競爭不過沒有實體店的網店,這是因為某些實體店和網店的信息傳遞更及時、成本更小,而物理距離的遠近則被快遞的便捷性所彌補。橫跨一個國家的物流距離所需的快遞費用常常少于在同一個城市購物的交通費用(比如打出租車的費用)。
在搜索交易對象的過程中,每一個買家或賣家以其在復平面的位置為中心畫半徑為r的圓,則這個圓盤內是所有交易距離小于r的賣家或買家的集合。
2.1.3 交易的數學表達
每一個買家或賣家,在交易距離r內,能夠考慮的賣家或買家集合都是有限的。如果買家或賣家想要考慮更多的賣家或買家,他們必須增加自己的交易成本支出。對復數的虛部的解釋是:信息的增加可以減小預期的物理距離,并可能提高總效率(即減小r)(見圖2.6)。例如,在多個備選賣家中,如果買家知道某個賣家總是能給出最優惠的價格,那就不用貨比三家了,因而減少了物理距離。而且賣家和買家隨時都在相對地運動,如果買家恰好運動到賣家附近,那么賣家及時獲知該信息將有助于銷售。例如,滴滴打車之所以能創造新的市場,就在于它讓司機能及時獲知乘客的需求和位置信息。另外,信息的增加雖然能減小預期的物理距離,但不一定能減小總的交易距離,而最終能否有效減小r取決于市場環境的情況。

圖2.6 信息的增加可以減小預期的物理距離
對每一個買家或賣家來說,等交易距離的線成為一組同心圓。每個同心圓內都有相應的賣家或買家集合(見圖2.7),他們的數量往往是不均勻的,存在密度上的差別。這種差別在很大程度上決定了交易成功的可能性。

圖2.7 買家與賣家之間的相鄰關系
在數學上,可以把復平面的坐標原點理解為市場交易點的位置,兩個向量相減得到的向量為交易向量(見圖2.8)。市場交換的本質即通過信息傳遞和物理位置的移動使兩個點重合,并產生賣家的貨幣收入和買家的貨幣支出(類似于能量轉移),以及商品或服務的交接。

圖2.8 交易的數學表達
信息位移是指買方的信息搜索和賣方的信息傳遞,而物理位移是指自己和對方的物理移動。其中,信息商品的交換不需要物理位移,而物質商品的交換則既需要物理位移,也需要信息位移。因此,對于某對買家和賣家來說,要完成交易所需要進行的總位移為。
交易是普遍存在的,它們是市場運行的基礎和最小單位。市場系統總是在“傾向于均衡”轉移到“均衡”、然后出現“均衡狀態被打破和遠離均衡”、然后再轉移到“傾向于均衡”的過程中不斷循環。
2.1.4 市場的決策空間
物質、信息和能量是組成物質世界的三個基本要素,三者中物質是基礎,而能量和信息都源于物質。類似于物質空間,本節定義了市場的決策空間(見圖2.9)。該空間分別由物理距離、信息距離和貨幣收支這三個軸組成,并由交易形成買賣雙方的貨幣收入或支出。同時,由于時間戳標記和數據不可篡改等特性,區塊鏈中形成了決策空間的第四個軸,也就是時間軸。

圖2.9 市場的決策空間
2.1.5 最簡單的商品交易
考慮一個最簡單的商品市場,只有一個賣家和一個買家,也就是雙邊壟斷的場景(見圖2.10),且只考慮商品的單次交易。u和v分別是對于賣家和買家來說占有某商品的價值。為了使該次交易有意義,買家購買該商品的價值必須超過保留該商品對于賣家的價值,即必須有u<v。

圖2.10 最簡單的商品交易
當沒有交易發生時,假設賣家的初始效用為u,而買家的初始效用是0。賣家和買家都可以選擇是否完成交換。如果任意一家選擇不交換,那么他們的效用保持不變,仍然是u和0。如果賣家選擇交換,他必須向買家提供一個價格p,如果買家接受,那么賣家和買家分別得到的效用是p和v-p(在交易前,產品已經被生產出來,u為不可收回的沉沒成本,決策中不考慮該歷史成本,而且賣家在定價時已經使p>u)。一般情況下這一博弈的結果是:價格p將落在賣家和買家的價值之間,即u<p≤v。
因此,初始的效用分別為0(買家)和u(賣家),而交易后的預期效用分別為v-p(買家)和p(賣家)。如果兩家都愿意完成交換,那么兩家的總效用v大于初始的u,即交易后的預期總效用大于初始的總效用:v>u。
2.1.6 買家和賣家的雙向選擇
考慮一個較為復雜的情形:在有兩個賣家的情況下,某個買家選擇其中一個賣家來進行交易。假設買家只考慮賣家的價格p和交易距離r(見圖2.11(a))。當價格一樣時,買家通常選擇交易距離最近的賣家,但是距離較遠的賣家為了獲得競爭優勢,將選擇更低的價格,這將帶來不確定性。因此,交易距離和價格都不能單獨決定買家的選擇,這兩個變量共同決定著賣家對買家的吸引力和買家的最終決策。
進一步考慮更復雜的現實場景:設想買家不僅考慮賣家的價格和交易距離,還考慮自己的偏好和賣家的商品質量(見圖2.11(b))。當偏好和交易距離一樣時,買家通常選擇價格最低的賣家;但是價格較高的賣家為了獲得競爭優勢,將選擇提升商品的質量,這將帶來不確定性。同時,如果買家對商品質量的鑒別能力和偏好不同,那么買家對商品質量的價值評價也就會不一樣。因此,交易距離r、價格p、質量q和偏好θ都不能單獨決定買家的選擇,這4個變量共同決定著賣家對買家的吸引力和買家最終的決策。

圖2.11 買家和賣家的雙向選擇
實際上,一個買家和兩個賣家的場景也可以認為是市場環境下的“三體”問題,對應著物理場中月亮和地球、太陽之間的“三體”場景:月亮同時受地球和太陽吸引,并達到平衡,但是如果太陽的吸引力能夠變大一些,月亮就會偏離平衡并飛向太陽。同樣,某個賣家可以通過改變4個變量中的部分變量來增強市場引力,從而吸引更多的買家脫離其他賣家并選擇自己。
舉例來說,京東為了和淘寶競爭,會宣稱自己平臺的商品假貨更少、質量更高,這是在商品質量q上做文章。但是淘寶也會宣稱自己的商品種類更多,更能滿足消費者多樣化的需求,這是在商品偏好θ上做文章。居民樓下的便利店為了和網店競爭,會宣稱自己離消費者更近,這是在交易距離r上做文章。京東、淘寶、便利店都會進行或大或小的價格戰,這是在商品價格p上做文章。然而,賣家在任何單個方面的優勢并不足以左右消費者的購買決策,最后的市場確定性需要由這4個方面綜合來決定(見圖2.12)。這也是為什么京東、淘寶和便利店等商業模式在市場中都能夠存在,體現出商業物種的多樣性。
如果有賣家能同時做到交易距離最短、商品偏好的滿足程度最高、價格最低、質量最好,那么他就能獲得絕對優勢,并且立于不敗之地。但是商品的偏好與交易距離有天生的矛盾:偏好和商品的多樣性密切相關,一旦商品的種類多了,篩選難度的增加就會導致交易距離的增大。同樣,商品質量和價格也有天生的矛盾:更高的質量通常需要更多的成本,因而導致更高的價格。因此,賣家難以在4個方面同時達到最優,除非能掌握更先進的技術手段或有超乎尋常的創新。
2.1.7 共贏的程度
帕累托最優是指資源分配的一種理想狀態,即無論做任何調整都不可能使一部分人收益而沒有其他人受損。也就是說,當市場運行到高效率時,一部分人改善處境,就必須以另一些人處境的惡化為代價。
經濟學理論認為,在一個自由選擇的市場機制中,社會的各類人群在不斷追求自身利益最大化的過程中,可以使整個社會的經濟資源得到最合理的配置。市場機制實際上是一只“看不見的手”,推動著人們從自利的動機出發,在各種交易關系和各種競爭與合作的關系中實現互利共贏的經濟效果。既然自由交易能使交易雙方都得到好處,那么以交易為基礎的市場就能使所有人都達到共贏的最佳狀態。
交易中的共贏是效率原則的體現(見圖2.13)。在一個賣家和買家都可以自由選擇交易對象的市場中,如果商品的交換使得賣家和買家達到相對最高的共贏程度,那么就體現了市場的效率。

圖2.12 價格戰與價值戰都是競爭策略

圖2.13 共贏的程度體現了市場效率的高低