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2022-04-29
英文标题:
《Complexity, Chaos, and the Duffing-Oscillator Model: An Analysis of
  Inventory Fluctuations in Markets》
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作者:
Varsha S. Kulkarni
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最新提交年份:
2013
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英文摘要:
  Apparently random financial fluctuations often exhibit varying levels of complexity, chaos. Given limited data, predictability of such time series becomes hard to infer. While efficient methods of Lyapunov exponent computation are devised, knowledge about the process driving the dynamics greatly facilitates the complexity analysis. This paper shows that quarterly inventory changes of wheat in the global market, during 1974-2012, follow a nonlinear deterministic process. Lyapunov exponents of these fluctuations are computed using sliding time windows each of length 131 quarters. Weakly chaotic behavior alternates with non-chaotic behavior over the entire period of analysis. More importantly, in this paper, a cubic dependence of price changes on inventory changes leads to establishment of deterministic Duffing-Oscillator-Model(DOM) as a suitable candidate for examining inventory fluctuations of wheat. DOM represents the interaction of commodity production cycle with an external intervention in the market. Parameters obtained for shifting time zones by fitting the Fourier estimated time signals to DOM are able to generate responses that reproduce the true chaotic nature exhibited by the empirical signal at that time. Endowing the parameters with suitable meanings, one may infer that temporary changes in speculation reflect the pattern of inventory volatility that drives the transitions between chaotic and non-chaotic behavior.
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中文摘要:
显然,随机的金融波动往往表现出不同程度的复杂性和混乱。由于数据有限,很难推断此类时间序列的可预测性。虽然设计了有效的Lyapunov指数计算方法,但有关驱动动力学过程的知识极大地促进了复杂性分析。本文表明,1974-2012年全球市场上小麦的季度库存变化遵循非线性确定性过程。这些波动的李雅普诺夫指数是使用长度为131个四分之一的滑动时间窗计算的。在整个分析过程中,弱混沌行为与非混沌行为交替发生。更重要的是,在本文中,价格变化对库存变化的立方依赖性导致建立确定性杜芬振子模型(DOM),作为检验小麦库存波动的合适候选者。DOM代表商品生产周期与外部市场干预的相互作用。通过将傅里叶估计的时间信号拟合到DOM来获得用于移动时区的参数,能够生成再现当时经验信号所显示的真实混沌性质的响应。赋予这些参数适当的含义,可以推断投机行为的暂时变化反映了推动混沌行为和非混沌行为之间转换的库存波动模式。
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分类信息:

一级分类:Quantitative Finance        数量金融学
二级分类:General Finance        一般财务
分类描述:Development of general quantitative methodologies with applications in finance
通用定量方法的发展及其在金融中的应用
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一级分类:Physics        物理学
二级分类:Data Analysis, Statistics and Probability        数据分析、统计与概率
分类描述:Methods, software and hardware for physics data analysis: data processing and storage; measurement methodology; statistical and mathematical aspects such as parametrization and uncertainties.
物理数据分析的方法、软硬件:数据处理与存储;测量方法;统计和数学方面,如参数化和不确定性。
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2022-4-29 16:18:13
复杂性、混沌和Du ffing振荡器模型:对市场中库存波动的分析美国印第安纳大学布卢明顿分校信息学和计算学院Arsha S.KulkarniSchool,邮编:47408摘要:显然随机的财务波动往往表现出不同程度的复杂性、混沌。由于数据有限,很难推断此类时间序列的可预测性。虽然设计了有效的Lyapunov指数计算方法,但有关驱动动力学过程的知识极大地促进了复杂性分析。本文表明,1974-2012年全球市场上小麦的季度库存变化遵循非线性确定性过程。这些函数的李雅普诺夫指数是使用滑动时间窗口计算的,每个长度为131个四分之一。在整个分析过程中,弱混沌行为与非混沌行为交替发生。更重要的是,在本文中,价格变化对库存变化的强烈依赖导致建立确定性杜芬振子模型(DOM),作为检验小麦库存变化的合适候选。DOM代表了商品生产周期与外部市场干预之间的相互作用。通过将傅里叶估计的时间信号拟合到DOM,可获得用于移动时区的参数,从而产生重现当时经验信号显示的真实混沌性质的响应。赋予这些参数适当的含义,可以推断投机行为的暂时变化反映了推动混沌行为和非混沌行为之间转换的库存波动模式。1简介财务波动的时间序列往往表现出不同程度的复杂性和复杂性。对这些性质的统计分析已成为数学科学家研究的主要领域[1,2,3,4]。
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2022-4-29 16:18:16
对控制这些波动的动力学过程的先验知识有助于正确识别其性质。然而,一个典型的时间序列,例如商品市场中的库存变化,并不表明驱动它的过程。此外,数据的缺乏阻碍了复杂性度量的准确计算。考虑到这一点,一些研究人员构建了一种计算Lyapunov指数的高效算法,该指数指示时间序列是否混沌[5,6]。本文定量研究了1974-2012年全球市场上商品小麦季度库存波动的复杂性和混乱性。在农业市场,高波动期的标志是大宗商品库存的急剧上升或下降。存货是因生产而积累或因消费而消耗的存货。如前所述[7],需求和供应在为此类变化制造价格恐慌方面可能起到更复杂的作用。金融市场的高度波动行为表明金融市场存在一个复杂的、非随机的特征。虽然商品市场的嘈杂混沌行为已经得到了检验,但经济时间序列中混沌的证据并不充分[8]。无论库存波动的控制过程是确定性的还是随机的,研究非线性的存在都很重要[9]。非确定性过程有助于经济主体更好地预测未来。本文试图证明,在物理学研究[10,11,12]中广泛研究的杜芬振子模型(DOM),有时用于分析商品市场的波动性[13],对于研究库存波动的振荡行为是可靠的。这里的证据来自于给定时期内小麦的立方价格-存量关系。
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2022-4-29 16:18:19
分析具有正阻尼且无外力的Duffing方程会产生稳定的固定点,对应于关于平衡点的收敛振荡。然而,当价格不稳定影响预期的形成,从而导致市场中交易员的不稳定投机行为时,金融危机会导致异常。负阻尼杜芬振子产生的发散振荡可能适合于近似这种行为。此外,这些经验波动对市场稳定起着重要作用。外部(政策)干预是一种旨在稳定投资活动的策略,通常应用于时间信号的感知主导频率。然而,外部信号强度的变化可能会导致混沌行为和规则行为之间的转换,反之亦然。Du ffing’sequation表示这种干预作为一种外力与商品生产周期[14]的相互作用,以及前者如何响应库存波动。该方程的参数从交易者心理、投机等方面反映了市场状况。最后,将模型产生的响应的性质与时间序列的实证分析给出的真实性质进行了比较。论文的结构如下。在第2节中,使用复杂性度量分析了小麦的经验存量波动。第3节给出了杜芬振荡器作为库存波动模型的概述和推导。接下来是第4节中对模型的分析,包括参数估计、李雅普诺夫指数,以及与观测值的比较。
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2022-4-29 16:18:24
第5节最后讨论了关键发现。2库存波动的经验复杂性分析图1显示了1974-2012年期间农产品小麦价格和库存/库存的季度变化。库存模式揭示了在库存期间的行为变化。分析期间涵盖了1974年和2007年前后发生的两次重大粮食危机。从图表中可以明显看出,这些年的价格大幅上涨。据记录,造成这种严重持续波动的一个著名原因是投机活动增加和恶劣天气影响了世界上大多数小麦生产地[7]。74Q1-第四季度79Q1-第四季度84Q1-第四季度89Q1-第四季度94Q1-一九九九年第四季度-第4季度第1季度-第四季度第七季度-第4季度第12季度-第四季度-50050100库存变化74Q1-第四季度79Q1-第四季度84Q1-第四季度89Q1-第四季度94Q1-一九九九年第四季度-第4季度第1季度-第四季度第七季度-第4季度第12季度-第四季度-100-50050100价格变化图1:1974-2012年期间全球小麦库存(顶部)和价格(底部)季度变化的时间变化。横轴表示以季度为单位的时间。每年有4个数据点,共绘制了155个变化。库存和价格单位分别为百万吨(mt)和美元/吨。从图2可以看出,一个时期内的股票变化对下一个时期的股票变化的影响。下面的等式(1)给出了股票价格随时间的变化t表示为x(t)=s(t+(t)- s(t)(1)图2中的曲线图显示了在这两种情况下都是x和x。这表明,一次急剧的库存高峰可能导致类似幅度的高峰或下降。-30-20-10 0 10 20 30 40 50 60-80-60-40-20020406080xxslope=-1.3±0.05图2:t时小麦x与x的变化。
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2022-4-29 16:18:27
t=1/4。2.1时间信号估计对于长度为N的时间序列,库存波动时间信号的傅里叶近似表示为离散形式asx(t)=a+N/2Xk=1akcos(ωkt)+bksin(ωkt)(2)。傅里叶变换[10]是F(k)=NPn=1x(tn)e-iωktn1≤ K≤ 这里ωk=2πk/N=kω,ω是基本角频率。F(k)是一个复数,用于计算傅里叶系数a、ak和bk。时间序列的主频是使用周期图获得的,周期图定义为单位时间的功率谱密度orN | F |。此估计中白噪声的存在是针对131个数据点的移动时区进行测试的,尽管谱方法最适用于平稳时间序列,但这里的N近似值不是很大。每一个都使用Durbin的测试[15]。该测试采用了累积周期图(详情见附录A),并揭示了在0.1显著水平下,对于每个子周期,一些频率(包括主导频率)是无噪声的。本分析选择的频率为功率更大且无明显噪声的频率。以季度为单位,分别为1/4.06和1/3.93- 年-1.这意味着大约一年后,波动幅度至少会重复大约一次。然而,这种变化的范围可能会使随后的时区彼此不同。2.2用关联维数检测非线性本论文的一个重要特点是分析小麦库存波动的复杂性,并研究它们是否可能是混沌的。然而,混沌需要一个非线性动力学过程。关联维数是一种有助于检测生成给定时间序列的过程的非线性的度量[10,16]。它测量指定模型动力学属性所必需的最小变量数。
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