The Measurement of Consumption Efficiency Considering the Discrete Choice of Consumers

이정동, Seogwon Hwang, Tai-Yoo Kim (2005) · Journal of Productivity Analysis 23(1):65–83 · DOI ↗

다속성 제품의 소비 효율성 (consumption efficiency) 을 가격-품질 공간에서 엄밀히 정의하고, 이를 측정할 새로운 DEA 변형인 discrete RAM 모형을 제안. 핵심 통찰은 소비 선택이 본질적으로 이산적 (discrete) 이라는 점 — 기존 PIF/FDH/RAM 모두 가상의 선형결합 점을 frontier 에 포함하는 한계가 있다. 동시에 linear-random-utility-model 에 choice ability 모수 $\rho$ 를 도입해 “소비자가 효율적 제품을 인식·선택할 능력” 이 시장점유율과 평균 소비 효율성에 미치는 영향을 이론적으로 도출. 한국 휴대전화 시장 (2001-9 N=118, 2002-1 N=160) 에 적용해 비효율 제품 공급 firm 의 시장점유율이 실제로 하락함을 확인하고, 신제품 개발 전략의 시기별 변화를 진단.

• RQ: 가격-품질 공간에서 다속성 제품의 소비 효율성 을 어떻게 엄밀히 정의·측정할 것인가? 소비자의 choice ability 가 비효율 제품의 시장점유율과 혁신 유인에 미치는 영향은?
• 방법론: DEA 의 range-adjusted-model 에 $\lambda_j \in \{0,1\}$ integer constraint 를 추가한 discrete RAM (Free Disposal Hull 의 이산성 + RAM 의 slack-based monotonicity 결합), linear-random-utility-model 기반 이산선택 모형 (representative consumer 형태) 에 choice ability parameter $\rho \in [0,1]$ 도입, anova (efficiency 의 firm/service-company 효과 분해)
• 데이터: 한국 휴대전화 시장 cross-section 2 시점 — 2001 년 9 월 118 모델, 2002 년 1 월 160 모델. 가격·품질은 BestBuyer / Enuri 등 인터넷 shopbot 에서 수집. 8 attributes (4 연속: calling time, 1/volume, 1/weight, color bits; 4 dummy: external LCD, 3G, sound harmony, animation download)
• 주요 발견: 시장점유율 30% 대 시장 2 위 D2 의 평균 consumption efficiency 가 두 시점 모두 가장 낮음 (0.754, 0.734) — 실제로 2001 년 한 해 동안 D2 점유율 30% → 20% 대로 하락. D1 vs D2 의 신제품 전략 비교에서 D1 은 3G (+49.2%) 와 sound harmony (+191.2%) 에 집중한 반면 D2 는 color (+26.5%) 에 집중 — 당시 소비자가 실제로 가치 부여한 color 에 정렬한 D2 가 2001 년 11 월 → 2002 년 3 월 사이 점유율 18.9% → 25.6% 로 회복. ANOVA 결과 service company L 과 cooperating 한 D4 의 efficiency 가 유의하게 높음 — 시장 추격자 통신사 + 효율적 단말 제조사 의 전략적 보완 사례
• 시사점: 소비 효율성은 production efficiency 의 demand 측 거울상 으로, 다속성 시장에서 firm 경쟁력과 신제품 개발 방향성을 동시에 진단하는 도구. choice ability 가 낮은 시장에서는 비효율 제품이 잔존하면서 혁신 유인이 약화되므로, 정보 인프라 (consumer report, shopbot) 의 정책적 중요성이 부각됨

요약

생산경제학은 생산가능집합의 분할가능성·자유처분성 가정 위에서 효율 frontier 를 정의해 왔지만, 실제 소비 결정의 순간 소비자는 시장에 관측된 이산적 제품 변종 집합 만 선택 가능하다. Varian (1966) 의 Afriat 지수는 가격-수량 공간에 국한돼 품질 속성별 가격이 관측 불가능한 다속성 제품에 적용 불가, Maynes (1976) 의 Perfect Information Frontier (PIF) 와 Lancaster (1966) 의 characteristics frontier 는 품질을 스칼라로 환원해야 하는 한계, Fernandez-Castro–Smith (2002) 의 Free Disposal Hull 기반 product efficiency 는 연속적 확장·축소를 허용해 소비 선택의 이산성 을 완전히 담지 못한다. 본 paper 는 이 literature gap 위에서 가격-품질 공간의 소비 효율성을 관측된 dominant 점에 대한 거리 로 엄밀히 정의하고, 측정 도구로 discrete RAM 을 제안한다. 이정동 의 기술경영경제정책전공 내 DEA - 소비이론 융합 라인의 이론적 표지석 이자, 자매편 Estimating consumers' willingness to pay for individual quality attributes with DEA 가 같은 데이터로 marginal WTP 를 추출하는 데 비해 본 paper 는 소비 효율성의 측정 자체 와 choice ability 의 이론적 결합을 다룬다.

이론 부분은 두 단계로 전개된다. 먼저 Definition 1–2 로 dominance 와 frontier 를 이산점 집합 위에서 정의하고, 거리함수 $D(S^-, S^+)$ 의 최소화로 efficiency $\gamma \in (0, 1]$ 를 부여. 다음으로 linear-random-utility-model 기반 이산선택 모형 에 choice ability 모수 $\rho$ 를 도입해 deterministic 부분의 가중치 로 해석 — De Palma et al. (1994) 의 random variable variance 접근이 “choice ability 가 낮을수록 consumer surplus 가 증가” 라는 직관과 충돌하는 문제를 우회. 핵심 결과는 $\partial \bar{\gamma} / \partial \rho = \mathrm{cov}(\gamma, Q)/\mu \geq 0$ — choice ability 가 증가하면 시장 평균 소비 효율성도 증가 한다는 theorem. 측정 도구인 discrete RAM 은 Cooper-Park-Pastor (1999) 의 range-adjusted-model 에 $\lambda_j \in \{0, 1\}$ 정수 제약을 추가한 형태로, FDH 의 이산 frontier 와 RAM 의 strong monotonicity + dummy variable 처리 를 동시에 만족하는 hybrid. 실증은 2 시점 cross-section 에 ANOVA 결합 — D2 의 낮은 efficiency 와 점유율 하락이 부합하고, D1 vs D2 의 신제품 attribute 강조 (3G/sound vs color) 가 시기별 소비자 선호와의 정렬 정도에서 갈리며, D4 - service company L 의 전략적 보완이 통계적으로 유의하게 검출된다.

caveat 측면에서 본 paper 는 empirical 단계에서 choice ability $\rho$ 를 직접 추정하지 않는다 — $\rho$ 는 이론적 장치이고 실증은 consumption efficiency $\gamma$ 만 측정해 시장점유율과 연결한다. 자매편 Estimating consumers' willingness to pay for individual quality attributes with DEA 는 같은 데이터로 attribute 별 shadow price (marginal WTP) 를 추출하는 dual 시각을 보충하며 두 paper 는 사실상 같은 framework 의 두 측면을 본다. TEMEP 내 더 넓은 맥락에서는 Evaluation of Technological Innovation in the Cellular Phone Display 의 컨조인트 분석 기반 stated-preference 접근과 상보 관계 — conjoint 는 시장 데이터 부재한 신기술 valuation 에 강하고, 본 paper 의 DEA-DCM 결합은 시장 가격이 풍부한 성숙기 다속성 제품의 공급-수요 균형 진단에 강하다.

핵심 결과

기업별 평균 consumption efficiency 와 시장점유율 동학 (Table 2 발췌)

시점	기업	N	평균 efficiency	평균 가격 (won)	비고
2001-9	D1 (시장 1 위)	48	0.858	263,110	시장 60% 대
2001-9	D2 (시장 2 위)	32	0.754	212,256	시장 30% 대 → 20% 대 하락
2001-9	D4 (with service co. L)	8	0.983	105,250	시장 추격자와의 보완
2002-1	D1	66	0.813	291,864	11월→3월 60.6%→55.4%
2002-1	D2	39	0.734	212,192	11월→3월 18.9%→25.6% (회복)
2002-1	D4	11	0.988	170,182	여전히 최고 efficiency

D2 의 efficiency 가 1 위 기업 D1 대비 0.10 가량 낮고, 이는 2001 년 한 해 시장점유율 30%→20% 하락으로 prima facie 확인. 그러나 D2 는 2002-1 신제품에서 color attribute 에 집중 (+26.5%) — 당시 소비자 가치 부여 속성과 정렬 — 해 단기적 회복 시그널.

신제품 attribute 강조 비교 (2001-9 → 2002-1, %Δ)

Attribute	D1 신제품	D2 신제품	당시 소비자 인식
Color (bit)	n/a	+26.5%	high — 인기 attribute
3rd generation	+49.2%	n/a	low — 망 미구축
Sound harmony	+191.2%	n/a	low — 관심 낮음

핵심 명제 — 공급 측 attribute 투자 ≠ 수요 측 valuation 일치 가 시장점유율 단기 동학으로 노출된다.

ANOVA 의 service company 효과 (Table 3)

Service company L (시장 3 위 추격자) coefficient = +0.123 (t = 2.995**) in 2001-9, +0.115 (t = 2.625**) in 2002-1 — D4 가 L 에게만 단말 공급한 전략적 보완 이 통계적으로 유의. 비효율 제품의 잔존이 2 위 시장 D2 에서 더 크고, 3 위 시장 L 에서 더 작다.

방법론 노트

핵심 식 1 — 소비 효율성의 정의. dominance $(-\tilde{p}, \tilde{z}') \geq (-p, z')$ 가 strict 하면 $(p, z')$ 가 dominated. distance function $D(S^-, S^+)$ 의 최소화로 efficiency 측정:

$$\gamma(p, z') = \min D(S^-, S^+) \quad \text{s.t.} \quad (p - S^-, z' + S^+) \in F,\; S^-, S^+ \geq 0$$

여기서 $p$ = 가격 (sole input), $z' \in \Re^n$ = 품질 속성 벡터 (outputs), $S^-, S^+$ = 가격·품질 방향 slack, $F$ = 이산점 frontier.

핵심 식 2 — discrete RAM. range-adjusted-model 에 $\lambda_j \in \{0, 1\}$ integer constraint 추가:

$$\min \gamma = 1 - \frac{1}{m + s} \left[ \sum_{i=1}^{m} \frac{S_{i0}^-}{R_i^-} + \sum_{r=1}^{s} \frac{S_{r0}^+}{R_r^+} \right]$$ $$\text{s.t.}\quad x_0 = X \lambda + S^-,\quad y_0 = Y \lambda - S^+,\quad e' \lambda = 1,\quad \lambda_j \in \{0, 1\}$$

여기서 $R_i^- = \max_j\{x_{ij}\} - \min_j\{x_{ij}\}$, $R_r^+ = \max_j\{y_{rj}\} - \min_j\{y_{rj}\}$ 는 range normalizer. $e'\lambda = 1$ 과 $\lambda_j \in \{0, 1\}$ 이 결합돼 reference 가 단일 관측 점 으로 고정 — 이것이 FDH 의 이산성을 보존하는 핵심 장치.

핵심 식 3 — choice ability 가 시장 평균 efficiency 에 미치는 효과. linear-random-utility-model 에 $\rho \in [0, 1]$ 도입한 $V_i = \rho(y - p_i + a_i) + \varepsilon_i$ 와 logit 선택확률에서 출발하면:

$$\frac{\partial \bar{\gamma}}{\partial \rho} = \frac{\mathrm{cov}(\gamma, Q)}{\mu} \geq 0$$

여기서 $Q_i = a_i - p_i$ (가격-조정 품질), $\mu$ = LRUM dispersion. $\gamma$ 와 $Q$ 의 양의 상관 때문에 부등식 성립 — choice ability 증가는 시장 평균 소비 효율성 증가. 식별은 (i) 가격·attribute 가 정확히 관측되고, (ii) 시장 가격 분산이 frontier 형성에 충분하며, (iii) representative-consumer 가정 위에서 온다. 실증에서는 $\rho$ 를 직접 추정하지 않고 $\gamma$ 측정 → 시장점유율 회귀로 우회.

연구 계보

본 paper 는 Varian (1966) 의 Afriat 지수, Lancaster (1966) 의 characteristics frontier, Maynes (1976) 의 PIF, Cooper-Park-Pastor (1999 J Prod Anal) 의 range-adjusted-model, Deprins-Simar-Tulkens (1984) 의 Free Disposal Hull, Anderson-de Palma-Thisse (1989, 1992) 의 discrete choice with representative consumer, De Palma-Myers-Papageorgiou (1994 AER) 의 choice ability, Fernandez-Castro–Smith (2002) 의 FDH-product efficiency 를 결합한 cross-domain 융합. RAM 의 정수 제약화 + LRUM 의 choice ability 일반화 자체가 본 paper 의 두 가지 방법론적 발명.

이정동 의 author page 분류상 제1 기 측정의 도구 (1997-2005) 라인 안에서, Technological Progress versus Efficiency Gain in Manufacturing Sectors / Productivity growth, capacity utilization, and technological progress in the natural gas industry 등 생산 효율성 측정에서 출발한 frontier 분석을 소비 효율성 영역으로 확장하는 분기점. 직접 자매편은 Estimating consumers' willingness to pay for individual quality attributes with DEA — 같은 한국 휴대전화 데이터에 DEA 를 적용하되 attribute 별 marginal WTP (shadow price) 추출이 목적이고, 본 paper 는 consumption efficiency 자체의 측정과 시장 동학 이 목적. 두 paper 는 사실상 primal-dual pair. Evaluation of Technological Innovation in the Cellular Phone Display 의 컨조인트 분석 라인과 상보 (stated vs revealed preference).

See also

• DEA
• range-adjusted-model
• Free Disposal Hull
• 이산선택 모형
• linear-random-utility-model
• consumption-efficiency
• choice-ability
• price-quality-space
• 한국 모바일폰 시장
• Estimating consumers' willingness to pay for individual quality attributes with DEA
• Evaluation of Technological Innovation in the Cellular Phone Display
• 이정동
• 이종수

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논문 (4)

• Demand forecasting for multigenerational products combining discrete choice and dynamics of diffusion under technological trajectories
• Effects of consumer preferences on the convergence of mobile telecommunications devices
• Estimating consumers' willingness to pay for individual quality attributes with DEA
• Measuring consumption efficiency with utility theory and stochastic frontier analysis

방법론 (1)

• 이산선택 모형

인물 (2)

• Seogwon Hwang
• Tai-Yoo Kim