Population Ethics, Social Choice Theory, and Two problems in the Measurement of Economic Poverty

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Dynamic Programming Approaches for Estimating and Applying Large-scale Discrete Choice Models

People go through their life making all kinds of decisions, and some of these decisions affect their demand for transportation, for example, their choices of where to live and where to work, how and when to travel and which route to take. Transport related choices are typically time dependent and characterized by large number of alternatives that can be spatially correlated. This thesis deals with models that can be used to analyze and predict discrete choices in large-scale networks. The proposed models and methods are highly relevant for, but not limited to, transport applications. We model decisions as sequences of choices within the dynamic discrete choice framework, also known as parametric Markov decision processes. Such models are known to be difficult to estimate and to apply to make predictions because dynamic programming problems need to be solved in order to compute choice probabilities. In this thesis we show that it is possible to explore the network structure and the flexibility of dynamic programming so that the dynamic discrete choice modeling approach is not only useful to model time dependent choices, but also makes it easier to model large-scale static choices. The thesis consists of seven articles containing a number of models and methods for estimating, applying and testing large-scale discrete choice models. In the following we group the contributions under three themes: route choice modeling, large-scale multivariate extreme value (MEV) model estimation and nonlinear optimization algorithms. Five articles are related to route choice modeling. We propose different dynamic discrete choice models that allow paths to be correlated based on the MEV and mixed logit models. The resulting route choice models become expensive to estimate and we deal with this challenge by proposing innovative methods that allow to reduce the estimation cost. For example, we propose a decomposition method that not only opens up for possibility of mixing, but also speeds up the estimation for simple logit models, which has implications also for traffic simulation. Moreover, we compare the utility maximization and regret minimization decision rules, and we propose a misspecification test for logit-based route choice models. The second theme is related to the estimation of static discrete choice models with large choice sets. We establish that a class of MEV models can be reformulated as dynamic discrete choice models on the networks of correlation structures. These dynamic models can then be estimated quickly using dynamic programming techniques and an efficient nonlinear optimization algorithm. Finally, the third theme focuses on structured quasi-Newton techniques for estimating discrete choice models by maximum likelihood. We examine and adapt switching methods that can be easily integrated into usual optimization algorithms (line search and trust region) to accelerate the estimation process. The proposed dynamic discrete choice models and estimation methods can be used in various discrete choice applications. In the area of big data analytics, models that can deal with large choice sets and sequential choices are important. Our research can therefore be of interest in various demand analysis applications (predictive analytics) or can be integrated with optimization models (prescriptive analytics). Furthermore, our studies indicate the potential of dynamic programming techniques in this context, even for static models, which opens up a variety of future research directions.

Domain Closedness Conditions and Rational Choice

The rationalizability of a choice function on an arbitrary domain under various coherence properties has received a considerable amount of attention both in the long-established and in the recent literature. Because domain closedness conditions play an important role in much of rational choice theory, we examine the consequences of these requirements on the logical relationships among different versions of rationalizability. It turns out that closedness under intersection does not lead to any results differing from those obtained on arbitrary domains. In contrast, closedness under union allows us to prove an additional implication.

Social Choice: Recent Developments

In the past quarter century, there has been a dramatic shift of focus in social choice theory, with structured sets of alternatives and restricted domains of the sort encountered in economic problems coming to the fore. This article provides an overview of some of the recent contributions to four topics in normative social choice theory in which economic modelling has played a prominent role: Arrovian social choice theory on economic domains, variable-population social choice, strategy-proof social choice, and axiomatic models of resource allocation.

Multi-Profile Intergenerational Social Choice

Ferejohn and Page transplanted a stationarity axiom from Koopmans’ theory of impatience into Arrow’s social choice theory with an infinite horizon and showed that the Arrow axioms and stationarity lead to a dictatorship by the first generation. We prove that the negative implications of their stationarity axiom are more far-reaching: there is no Arrow social welfare function satisfying their stationarity axiom. We propose a more suitable stationarity axiom, and show that an Arrow social welfare function satisfies this modified version if and only if it is a lexicographic dictatorship where the generations are taken into consideration in chronological order.

Extensive Social Choice and the Measurement of Group Fitness in Biological Hierarchies

Extensive social choice theory is used to study the problem of measuring group fitness in a two-level biological hierarchy. Both fixed and variable group size are considered. Axioms are identified that imply that the group measure satisfies a form of consequentialism in which group fitness only depends on the viabilities and fecundities of the individuals at the lower level in the hierarchy. This kind of consequentialism can take account of the group fitness advantages of germ-soma specialization, which is not possible with an alternative social choice framework proposed by Okasha, but which is an essential feature of the index of group fitness for a multicellular organism introduced by Michod, Viossat, Solari, Hurand, and Nedelcu to analyze the unicellular-multicellular evolutionary transition. The new framework is also used to analyze the fitness decoupling between levels that takes place during an evolutionary transition.

Multi-Profile Intertemporal Social Choice

We provide a brief survey of some literature on intertemporal social choice theory in a multi-profile setting. As is well-known, Arrow’s impossibility result hinges on the assumption that the population is finite. For infinite populations, there exist nondictatorial social welfare functions satisfying Arrow’s axioms and they can be described by their corresponding collections of decisive coalitions. We review contributions that explore whether this possibility in the infinite-population context allows for a richer class of social welfare functions in an intergenerational model. Different notions of stationarity formulated for individual and for social preferences are examined. Journal of Economic Literature Classification No.: D71.

Bayesian inference and model comparison for random choice structures

We complete the development of a testing ground for axioms of discrete stochastic choice. Our contribution here is to develop new posterior simulation methods for Bayesian inference, suitable for a class of prior distributions introduced by McCausland and Marley (2013). These prior distributions are joint distributions over various choice distributions over choice sets of di fferent sizes. Since choice distributions over di fferent choice sets can be mutually dependent, previous methods relying on conjugate prior distributions do not apply. We demonstrate by analyzing data from a previously reported experiment and report evidence for and against various axioms.

Essais en économetrie et économie de l'éducation

Cette thèse est organisée en trois chapitres. Les deux premiers s'intéressent à l'évaluation, par des méthodes d'estimations, de l'effet causal ou de l'effet d'un traitement, dans un environnement riche en données. Le dernier chapitre se rapporte à l'économie de l'éducation. Plus précisément dans ce chapitre j'évalue l'effet de la spécialisation au secondaire sur le choix de filière à l'université et la performance. Dans le premier chapitre, j'étudie l'estimation efficace d'un paramètre de dimension finie dans un modèle linéaire où le nombre d'instruments peut être très grand ou infini. L'utilisation d'un grand nombre de conditions de moments améliore l'efficacité asymptotique des estimateurs par variables instrumentales, mais accroit le biais. Je propose une version régularisée de l'estimateur LIML basée sur trois méthodes de régularisations différentes, Tikhonov, Landweber Fridman, et composantes principales, qui réduisent le biais. Le deuxième chapitre étend les travaux précédents, en permettant la présence d'un grand nombre d'instruments faibles. Le problème des instruments faibles est la consequence d'un très faible paramètre de concentration. Afin d'augmenter la taille du paramètre de concentration, je propose d'augmenter le nombre d'instruments. Je montre par la suite que les estimateurs 2SLS et LIML régularisés sont convergents et asymptotiquement normaux. Le troisième chapitre de cette thèse analyse l'effet de la spécialisation au secondaire sur le choix de filière à l'université. En utilisant des données américaines, j'évalue la relation entre la performance à l'université et les différents types de cours suivis pendant les études secondaires. Les résultats suggèrent que les étudiants choisissent les filières dans lesquelles ils ont acquis plus de compétences au secondaire. Cependant, on a une relation en U entre la diversification et la performance à l'université, suggérant une tension entre la spécialisation et la diversification. Le compromis sous-jacent est évalué par l'estimation d'un modèle structurel de l'acquisition du capital humain au secondaire et de choix de filière. Des analyses contrefactuelles impliquent qu'un cours de plus en matière quantitative augmente les inscriptions dans les filières scientifiques et technologiques de 4 points de pourcentage.

Analyse du comportement hétérogène des usagers dans un réseau

Le nombre important de véhicules sur le réseau routier peut entraîner des problèmes d'encombrement et de sécurité. Les usagers des réseaux routiers qui nous intéressent sont les camionneurs qui transportent des marchandises, pouvant rouler avec des véhicules non conformes ou emprunter des routes interdites pour gagner du temps. Le transport de matières dangereuses est réglementé et certains lieux, surtout les ponts et les tunnels, leur sont interdits d'accès. Pour aider à faire appliquer les lois en vigueur, il existe un système de contrôles routiers composé de structures fixes et de patrouilles mobiles. Le déploiement stratégique de ces ressources de contrôle mise sur la connaissance du comportement des camionneurs que nous allons étudier à travers l'analyse de leurs choix de routes. Un problème de choix de routes peut se modéliser en utilisant la théorie des choix discrets, elle-même fondée sur la théorie de l'utilité aléatoire. Traiter ce type de problème avec cette théorie est complexe. Les modèles que nous utiliserons sont tels, que nous serons amenés à faire face à des problèmes de corrélation, puisque plusieurs routes partagent probablement des arcs. De plus, puisque nous travaillons sur le réseau routier du Québec, le choix de routes peut se faire parmi un ensemble de routes dont le nombre est potentiellement infini si on considère celles ayant des boucles. Enfin, l'étude des choix faits par un humain n'est pas triviale. Avec l'aide du modèle de choix de routes retenu, nous pourrons calculer une expression de la probabilité qu'une route soit prise par le camionneur. Nous avons abordé cette étude du comportement en commençant par un travail de description des données collectées. Le questionnaire utilisé par les contrôleurs permet de collecter des données concernant les camionneurs, leurs véhicules et le lieu du contrôle. La description des données observées est une étape essentielle, car elle permet de présenter clairement à un analyste potentiel ce qui est accessible pour étudier les comportements des camionneurs. Les données observées lors d'un contrôle constitueront ce que nous appellerons une observation. Avec les attributs du réseau, il sera possible de modéliser le réseau routier du Québec. Une sélection de certains attributs permettra de spécifier la fonction d'utilité et par conséquent la fonction permettant de calculer les probabilités de choix de routes par un camionneur. Il devient alors possible d'étudier un comportement en se basant sur des observations. Celles provenant du terrain ne nous donnent pas suffisamment d'information actuellement et même en spécifiant bien un modèle, l'estimation des paramètres n'est pas possible. Cette dernière est basée sur la méthode du maximum de vraisemblance. Nous avons l'outil, mais il nous manque la matière première que sont les observations, pour continuer l'étude. L'idée est de poursuivre avec des observations de synthèse. Nous ferons des estimations avec des observations complètes puis, pour se rapprocher des conditions réelles, nous continuerons avec des observations partielles. Ceci constitue d'ailleurs un défi majeur. Nous proposons pour ces dernières, de nous servir des résultats des travaux de (Bierlaire et Frejinger, 2008) en les combinant avec ceux de (Fosgerau, Frejinger et Karlström, 2013). Bien qu'elles soient de nature synthétiques, les observations que nous utilisons nous mèneront à des résultats tels, que nous serons en mesure de fournir une proposition concrète qui pourrait aider à optimiser les décisions des responsables des contrôles routiers. En effet, nous avons réussi à estimer, sur le réseau réel du Québec, avec un seuil de signification de 0,05 les valeurs des paramètres d'un modèle de choix de routes discrets, même lorsque les observations sont partielles. Ces résultats donneront lieu à des recommandations sur les changements à faire dans le questionnaire permettant de collecter des données.

Anonymous Single-Profile Welfarism

This note reexamines the single-profile approach to social-choice theory. If an alternative is interpreted as a social state of affairs or a history of the world, it can be argued that a multi-profile approach is inappropriate because the information profile is determined by the set of alternatives. However, single-profile approaches are criticized because of the limitations they impose on the possibility of formulating properties such as anonymity. We suggest an alternative definition of anonymity that applies in a single-profile setting and characterize anonymous single-profile welfarism under a richness assumption.

Interpersonal Comparisons of Well-Being

This paper, which is to be published as a chapter in the Oxford Handbook of Political Economy, provides an introduction to social-choice theory with interpersonal comparisons of well-being. We argue that the most promising route of escape from the negative conclusion of Arrow’s theorem is to use a richer informational environment than ordinal measurability and the absence of interpersonal comparability of well-being. We discuss welfarist social evaluation (which requires that the levels of individual well-being in two alternatives are the only determinants of their social ranking) and present characterizations of some important social-evaluation orderings.

Consistent Relations

Consistency, a natural weakening of transitivity introduced in a seminal contribution by Suzumura (1976b), has turned out to be an interesting and promising concept in a variety of areas within economic theory. This paper summarizes its recent applications and provides some new observations in welfarist social choice and in population ethics. In particular, it is shown that the conclusion of the welfarism theorem remains true if transitivity is replaced by consistency and that an impossibility result in variable-population social-choice theory turns into a possibility if transitivity is weakened to consistency.

Rationality, External Norms and the Epistemic Value of Menus

Ever since Sen’s (1993; 1997) criticism on the notion of internal consistency or menu independence of choice, there exists a widespread perception that the standard revealed preference approach to the theory of rational choice has difficulties in coping with the existence of external norms, or the information a menu of choice might convey to a decision-maker, viz., the epistemic value of a menu. This paper provides a brief survey of possible responses to these criticisms of traditional rational choice theory. It is shown that a novel concept of norm-conditional rationalizability can neatly accommodate external norms within the standard framework of rationalizability theory. Furthermore, we illustrate that there are several ways of incorporating considerations regarding the epistemic value of opportunity sets into a generalized model of rational choice theory.

Ordered Model Processes, Reference Declaration And The Economic Organization: Implications For A Balanced Scorecard Contextual Framework

Les Tableaux de Bord de la Performance ont été acclamés avec raison depuis leur introduction en 1992, mais les intellectuels continuent encore à étudier leurs aspects pragmatiques. Ce papier contribue à la littérature sur les Tableaux de Bord de la Performance, tout d’abord, en offrant une explication logique quant à leur succès et ensuite, en présentant un cadre de travail contextuel de tableaux de bord de la performance pour une structure de gestion hiérarchisée. Le cadre de travail contextuel réforme la perspective d’apprentissage et de croissance du tableau de bord de la performance (i) en effectuant la transition de référence (subjective/objective), et (ii) en reconnaissant que la Perspective d’Apprentissage et de Croissance implique avant tout une incidence de formulation stratégique d’une extra-entité. Le transfert de l’incidence (intra-entité/extra-entité) réconcilie l’évolution de la position de politique de gestion non ordonnée [Contenu: (Contenu: Contexte): Contexte] qu’est la Perspective d’Apprentissage et de Croissance Concomitante. Le cadre de travail supplante également les Perspectives des Tableaux de Bord de la Performances développés par Kaplan et Norton en ajoutant la perspective de politique sociale qui manquait. La perspective manquante implique une transition de référence objective [(position endogène, perspective exogène): (position exogène, perspective exogène)]. De tels signaux de transition [Contenu: (Contenu: Contexte): Contexte] ordonnent l’évolution de la position de politique de gestion.