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2022-04-16
摘要翻译:
我们考虑了严格平稳的重尾时间序列,其有限维指数测度集中在轴上,因此不能用适用于极值相关时间序列的经典多元正则变分来解决其极值性质。通过引入一系列标度函数和条件标度指数,恢复了具有极值独立性的时间序列的极限行为的相关信息。这两个量比广泛使用的尾部依赖系数提供了更多关于联合极值的信息。我们计算了各种模型的标度函数和标度指数,包括马尔可夫链模型、指数自回归模型、重尾新息随机波动率模型和波动率模型。
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英文标题:
《Heavy tailed time series with extremal independence》
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作者:
Rafal Kulik and Philippe Soulier
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最新提交年份:
2014
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分类信息:

一级分类:Mathematics        数学
二级分类:Statistics Theory        统计理论
分类描述:Applied, computational and theoretical statistics: e.g. statistical inference, regression, time series, multivariate analysis, data analysis, Markov chain Monte Carlo, design of experiments, case studies
应用统计、计算统计和理论统计:例如统计推断、回归、时间序列、多元分析、数据分析、马尔可夫链蒙特卡罗、实验设计、案例研究
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一级分类:Quantitative Finance        数量金融学
二级分类:Risk Management        风险管理
分类描述:Measurement and management of financial risks in trading, banking, insurance, corporate and other applications
衡量和管理贸易、银行、保险、企业和其他应用中的金融风险
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一级分类:Statistics        统计学
二级分类:Statistics Theory        统计理论
分类描述:stat.TH is an alias for math.ST. Asymptotics, Bayesian Inference, Decision Theory, Estimation, Foundations, Inference, Testing.
Stat.Th是Math.St的别名。渐近,贝叶斯推论,决策理论,估计,基础,推论,检验。
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英文摘要:
  We consider strictly stationary heavy tailed time series whose finite-dimensional exponent measures are concentrated on axes, and hence their extremal properties cannot be tackled using classical multivariate regular variation that is suitable for time series with extremal dependence. We recover relevant information about limiting behavior of time series with extremal independence by introducing a sequence of scaling functions and conditional scaling exponent. Both quantities provide more information about joint extremes than a widely used tail dependence coefficient. We calculate the scaling functions and the scaling exponent for variety of models, including Markov chains, exponential autoregressive model, stochastic volatility with heavy tailed innovations or volatility.
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2022-4-16 14:51:32
具有极值独立性的重尾时间序列研究了具有极值独立性分布的重尾时间序列,即不能连续观测到极大值的重尾时间序列。这就需要超越经典多元极值理论的方法,这种方法只适用于极值多元分布。利用条件极值方法研究了零点极值对时间序列未来的影响。在形式上,我们研究了在零时给定一个极值的未来观测的极限条件分布。为此,我们引入了条件标度函数和条件标度指数。我们计算了各种模型,包括马尔可夫链、指数自回归模型、具有重尾新息或挥发的随机波动率模型。关键词:多元正则变差、极值独立性、条件标度指数、马尔可夫链、随机波动率模型。1引言:{Xt,t∈Z}是严格平稳时间序列。我们说{Xt}是正则变的,如果它的所有维数分布都是正则变的,即对于每一个h≥0,存在一个非零点测度vhon[-∞,∞]h+1\\{0},称为指数测度,它使质量为零,以及一个标度函数c,使得s→∞,sp(X,...,Xh)c(s)∈·v→v,(1.1)其中v→表示vague收敛,在这里可以在空间[-∞,∞]h+1\\{0}上理解。在完全可分度量空间E上(赋予Borelσ-field)的测度序列,如果对所有具有紧支集的连续函数而言,设vn(f)→v(f),或对所有具有v(K)=0的紧集K而言,等价地设vn(K)→v(K),则称其模糊收敛于测度。有关更多细节,请参见[Res87]。该假设表明,当α>0时,函数c随指数1/α正则变化,测度等于-α的齐次,Xis重尾的边际分布为正尾指数α。为了避免琐事,我们将只考虑不完全向左倾斜的分布,即假定limx→∞p(x>x)/p(x>x)>0。在这种情况下,(1.1)中的标度函数的一个可能选择是c(s)=fà(1-1/s),其中f是X的分布函数,我们可以将(1.1)aspx-1(X,...,Xh)∈·p(X>X)v→h,(1.2)在[-∞,∞]h+1\\0}上改写为X→∞。*渥太华大学巴黎学院h≥1,基本上存在两种情况:指数测度集中在轴上或不集中在轴上。前一种情况称为极值独立和latteras极值依赖。换句话说,极值独立是指没有两个组件同时非常大,极值依赖是指两个组件同时非常大。ANI.I.D的适当重整化成分极大值。极端独立的随机向量序列收敛于具有独立边际的最大稳定分布。参见[Res02]或[Res07]。这种认识是很弱的,必须注意,如果向量的两个分量是极端相关的,那么整个向量是极端相关的;例如,向量(X,X,Y),如果是多变量正则变化(MRV),即使X和Y是独立的,也是极端依赖的。对于大多数时间序列模型,(X,..,Xh)的分布对于所有h要么是极端依赖的,要么是极端独立的。在时间序列的上下文中,我们可能想要评估在未来观测的零点时极端事件的发生程度。如果欠考虑时间序列模型的维数分布是极独立的,或者更一般地,如果向量(X,Xm,.,Xh)对于某个m≥1是极独立的,那么,对于任何有界于零的集合A inrh-m+2,limx→∞P(X>xu,(Xm..,Xh)∈xA)P(X>X)=0。
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2022-4-16 14:51:38
(1.3)因此,在极端独立的情况下,指数测度ρhp不提供关于在时间0的极端事件之后发生的(大多数)极端事件的信息。具体地说,如果级数{Xt}表示最小的损失,那么极端独立性意味着在时间为零的极端损失之后,将以极小的概率出现另一个至少相同大小的极端损失。这是一个好消息,但知道百万欧元的损失之后发生较小损失的可能性有多大,比如十万欧元,这在前一次损失之后可能是灾难性的,仍然是非常重要的。一个中等程度的极端事件在一个大的极端事件之后仍然是毁灭性的。由于指数测度不能提供信息,所以必须使用其他工具来量化一个极端事件在零时对未来事件的影响。为了获得(1.3)中的非退化极限和对极端事件序列的更详细的分析,有必要改变(1.2)中的归一化,并可能改变我们假定模糊收敛成立的空间。一种思想是构造一个正规化序列bj(x),j≥1,使得对于每个h≥1,给定x>x的(x/x,x/b(x),..,Xh(x)/bh(x))的条件分布具有一个非退化极限。给定一个极值分量的随机向量的极限条件分布是一个非常古老的问题。最近[HR07]和[DR11]用锥上正则变差的概念对二元分布进行了严格的研究。如果存在这样的极限分布,则称向量(X,.,Xh)满足“条件极值”(以下简称CEV)假设。这个表达式是由[DR11]在这个上下文中引入的。必须注意的是,如果它们存在,给定一个极值分量的极限条件分布不一定是极值分布和变量X,.X,不必在极值分布的吸引域内。考虑到I.I.D.随机变量,很容易看出,任何分布都可以作为极限分布出现。CEV方法的另一个重要特点是它也适用于极端相关的正则变化多元分布;在这种情况下,极限分布完全由指数测度决定。从统计推断的角度来看,这一点很重要,由于相同的方法可以应用于两种类型的分布。本文的目标是将CEV方法应用于平稳(和一些非平稳)时间序列的有限维分布,包括极端相关和独立的,尽管主要集中在极端独立的时间序列上。注意,这个表达式也用于极值文献中,以参考存在协变量的标准极值理论。在第二节中,我们将陈述假设1,它在[HR07]引入的正确的vagueconvergence框架中表达CEV条件,并给出几个应用。极端独立随机变量的一个重要问题是其乘积的尾部行为。单凭ECEV条件并不能保证产品是有规律变化的。在2.1节中,我们将加强它,并得到一个关于产品尾部行为的结果。在第2.2节中,我们将进一步加强它,以获得条件矩的收敛性。这种收敛性可以应用于研究风险度量,如条件尾预期;这将在杀虫学2.3中讨论。在2.4节中,我们将[BS09]在极端相依情形中引入的尾过程推广到极端独立情形,并给出了关于这个尾过程的有限条件分布的表示。在第2.5节中,我们将把CEVprocessor与隐正则变量进行比较。在接下来的第3、4和5节中,我们将研究满足假设1的几个正则变化时间序列模型。
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2022-4-16 14:51:44
在第三节中,我们给出了极独立马氏链的一个一般结果。在第4节中,我们研究了一个非马尔可夫指数线性过程,在第5节中,我们将充分考虑具有轻尾或重尾挥发的随机波动率模型。应该指出的是,在第4节和第5节中研究的模型允许某种形式的长记忆。由于波动率可能具有长记忆性,这是时间序列(log-returns)的所谓程式化事实之一,因此具有实际意义。第6节证明了我们在马尔可夫链上的主要结果,第7节讨论了进一步研究的一些方向,其中最重要的是统计推断。2极限条件分布和条件标度指数现在介绍本文的主要假设。它用小于[-∞,∞]H+1\\{0}的正则变分表示。在(0,∞)×[-∞,+∞]h,h≥1上存在标度函数bj,j≥1和Radon测度μh,h≥1,即在(0,∞]×[-∞,+∞]h,h≥1上存在p(x>x)pxx,Xb(x),···,Xhbh(x)∈·v→μh,(2.1),对于所有y>0,a。Rhis上的测度μH([y,∞]×·)不集中在一条线上;B。Rhis上的测度μH([y,∞]×·)不集中在超平面上;C。(0,∞)上的测度μH(·×Rh)并不集中在in上。注意这里的vague收敛在一个Di空间上必须比在(1.1)上成立。这是很重要的,因为[-∞,∞]H+1\\0}和(0,∞]×[-∞,+∞]HDI的紧集ER。例如,如果h=1,[0,∞]×[1,∞]在[-∞,∞]\\0}中是紧的,而在(0,∞]×[-∞,+∞]中不是紧的,更一般的情况是,如果存在[-∞,∞]h+1\\0}的子集K是相对紧的,这样x∈K就意味着x的至少一个分量大于x;一个(0,∞]×[-∞,∞]的子集L是相对紧的,如果存在x>0,使得x∈L意味着x的firerst分量大于。对于h=1,假定1是[HR07]中的条件(5)。本文将其推广到一个多维框架,并将其推广到双标度函数bj,j≥1。在timeseries上下文中,这是一个基本的必要性。在引言中已经提到,假设1不要求时间序列{Xt}的平稳性,并且与极值依赖性和独立性兼容。我们现在对假设1中的条件作一些评论。o假设1a意味着尺度函数Bja不太小。o假设1b意味着尺度函数Bja不太大。例如,如果XandXare是独立的,选择b(x)=x将得到集中在(0,∞)×{0}上的测度。o假设1c意味着Xis重尾的边际分布具有正尾指数。我们设α表示尾指数。o通过构造,μH([1,∞)×Rh)=1,即测度μH限制为[1,∞)×Rhisa概率测度。因此,我们可以推导出多元分布函数hon[1,∞)×rhbyh(y)=μh[1,y]×hyj=1[-∞,yj],(2.2)其中y=(y,y,)。..,yh)∈[1,∞)×rh。对于πh的所有连续点y,我们得到了πh(y)=limx→∞pxx≤y,Xb(x)≤y,。.,Xhbh(x)≤YHX>x。(2.3)假设1的最重要的结果是函数bj,j≥1是正则变化的,极限测度μh具有某种齐次性质。我们把这些性质表述为一个引理,它的证明是收敛性对类型定理的标准应用。参见[HR07,命题1].引理2.1。如果假设1成立,则存在κJ∈R,即对于所有y>0和(y,..,yh)∈Rh,μh(ty,∞)×hyi=1[-∞,tκiyi]!=t-αμh(y,∞)×hyi=1[-∞,yi]!(2.4)为了强调函数bj的正则变化,我们引入了以下的知识。知识1(条件标度指数)。在条件mption1下,对于h≥1,我们把函数bhthe(lagh)的正则变化称为条件标度指数。指数κh,h≥1是指函数的正则变化。零时极端事件的发生对未来的滞后。
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2022-4-16 14:51:51
即使我们期望在极值独立的情况下,这个指数随着滞后而减少,这些指数也不一定是单调减少的。参见第4节和第5.3节。仅考虑(X,Xh)的二元分布,我们有以下性质。o如果(X,Xh)是按(1.1)意义规则变化的多元,且假设1成立,则κH≤1。如果(X,Xh)是极相关的,则κH=1。如果bh(x)=o(x),特别是当κH<1时,则(x,Xh)是极端独立的。κhareallow的负值。这意味着极大的值通常后面跟着极小的(绝对)值。o条件(1.1)和极端独立性并不意味着假设1成立,即存在极限条件分布。参见第2.5节和第2.6节。o在下一节研究的大多数例子中,它将认为对于所有H来说0≤κH<1。但是,也有自然的例子,标度指数大于1。seesection3.1.2.1产品的尾假设1的应用是求规则变化的随机变量的产品的尾。若一对(X,Xh)与尾指数α共同正则变化且极相依,则公知乘积的尾XXhisα/2;参见例如[Res07,命题7.6]。在极值独立的情况下,乘积的许多不可逆的尾行为是可能的。在假设1和附加技术条件下,我们可以得到XXH的尾部指数。下一个结果推广了[MRR02,定理3.1],它只考虑caseκH=0;另见[SM11]。和前面一样,我们表示y=(y,..,yh)。命题2.2。设假设1成立,并进一步假设Z[0,∞]h+1{yyh>1}μh(dy)<∞,(2.5)且存在δ>0,即:lim′→0lim supx→∞e xx{x≤±x}Xhbh(x)δp(x>x)=0。(2.6)thenlimx→∞P(xxh>xbh(x)u)P(x>x)=u-α/(1+κh)z[0,∞]h+1{yyh>1}μh(dy)。(2.7)由此得到乘积XXhisα/(1+κH)的右尾指数。证明。修复一些uth>0。然后,通过vague收敛,limx→∞P(X{X>^X}xh>xbh(X)u)P(X>X)=z(^,∞)×[0,∞]h{yyh>u}μh(dy),通过Markov不等式,P(X{X≤^X}xh>xbh(X)u)P(X>X)≤exx{X≤^X}Xhbh(X)δuδP(X>X),条件(2.5)和(2.6)保证了limx→∞P(xxh>X)=z[0,∞]h+1{yyh>u}μh(dy),所得结果为(2.7)齐性性质(2.4)和变量y=u1/(1+κH)z,yi=uκi/(1+κH)zi,1≤i≤h的变化。2.2动量的收敛性在适当的矩假设下,收敛性(2.3)可以推广到无界泛函。引理2.3。让假设1成立。另外假定存在x>0和q,...,qh>0这样supx≥xe“xx qhyi=1xibi(x)qix>x#<∞。(2.8)设g是一个在[1,∞)×RhatG(x,)上的连续函数。..,xh)≤chyi=0(xiü1)q′i,(2.9)对于某些q′i<qi,0≤i≤h和一个正常数c。.,Xhbh(x)x>x=Z∞ZrHG(y)μH(dy)。(2.10)证明。设μH,xbe为(0,∞)×rhbyμH,x(·)=P(x>x)PXX,Xb(x),..,Xhbh(x)∈·。(2.11)然后,我们得到G xx,Xb(x),...,Xhbh(x)x>x=z∞zrhg(y)μh,x(dy)。注意,μh,x是[1,∞)×rh上弱收敛于μh的概率测度。设Yh,xbe是分布为μh,x的随机变量序列。然后Yh,XH弱收敛到分布为μH的arandom变量Yh。因此,收敛性(2.10)对所有有界连续函数G成立。如果g是无界的且满足(2.9),则(2.8)保证序列g(Yh,x)的一致可积性,从而使limx→∞e[g(Yh,x)]=e[g(Yh)]。注2.4。条件(2.8)保证了获得(2.10)中期望收敛性所需的一致可积性。在极值相依的情况下,(2.8)成立的必要条件是q+···+qh≤α。在极端独立的情况下,这通常不是必要的。
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2022-4-16 14:51:57
2.3条件尾预期假设1和引理2.3可用于研究某些风险测度。在时间序列中,我们可能对条件尾期望(CTE)的极限行为感兴趣,如x→∞,按cteh(x)=e[Xh x>x]定义。这个量与期望缺口(ES)有关,按esh(u)=e[Xh x>VARX(u)]定义,其中VARX(u)是与随机变量x相关的风险值,在水平u上。注意,期望缺口(最初按h=0)是[ADEH99]中的一个相干风险度量。以前的数量可以为零。在一个风险度量环境中,Cte+h(x)=E[(Xh)+x>x],其中(Xh)+表示未来损失的非绝对值。如果对于某个h>0,向量(x,Xh)是极端相关的,如果α>1,则cte+h(x)将与x线性增长,即limx→∞x-1cte+h(x)>0。对于一大类正则变率序列(如随机递推方程的平稳解),其对(X,Xh)的所有二元边际分布都是极值相关的。这意味着较大的x值产生与cte+hfor al l滞后于h相同数量级的值。对于许多实际数据集,例如对于高频数据,这似乎并不合理。在极值独立的情况下,在假设1下,如果存在x>0这样supx≥xe[b-1h(x)xh1+l{x>x}]p(x>x)<∞,(2.12)则limx→∞x-1cte+h(x)=0。同样,这并不意味着CTE没有信息,而是需要更小的规范化来获得一个非平凡的限制。2.4尾过程在[BS09]中,作者将尾过程定义为序列x/x,x/x的分布极限。..,xh/x,...有条件的x>x。在极值独立的情况下,对于所有t>0,该xt/x弱收敛于0。我们的方法建议如下的识别,其中包括普通的tailprocess。假设appinption1成立。尾过程{Yt}是序列x,Xb(x),...,Xhbh(x),...在x>x的条件下。注意(Y,..,Yh)的分布是ρh。我们给出了尾过程的一个表示,求出测度Ghon RhbyGh(y,...,yh)=z∞zy-∞··zyh-∞μh(du,uκdu,...,uκhduh),然后利用齐性性质(2.4),得到z∞yzy-∞··zyh-∞μh(du,uκdu,...,uκhduh)=y-αgh(y,...,yh),设(J,...,Jh)为分布为gh的随机向量。假定(Y,..,Yh)和(J,..,Jh)在相同的概率空间上,使得Yand(J,..,Jh)是独立的。注意(J,..,Jh)不必是独立的。我们可以用尾过程来解释命题2.2中的矩条件(2.5),它可以表示为ase[jα/(1+κH)H]<∞。(2.14)xxh给定x>x的极限分布是y1+κhjh的分布。Jhand Yand条件(2.6)的独立性意味着Y1+κHJHISα/(1+κH)的尾部和XXhis的尾指数与Y1+κHJH的尾指数相同。2.5与隐正则变异的比较,这是文献[Res02]提出的一种量化极独立分布隐正则变异(HRV)的联合极值行为的方法。为了简化符号,我们只讨论非负随机变量的隐正则变分。设CH+1是由至少有两个正分量的向量组成的[0,∞]H+1的子集(记为EIN[Res02]),即CH+1是去掉轴的[0,∞]。对于h=1,C=(0,∞);对于h=2,C=(0,∞)×[0,∞]。
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