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2022-05-09
英文标题:
《Approximating the Sum of Correlated Lognormals: An Implementation》
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作者:
Christopher J. Rook, Mitchell Kerman
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最新提交年份:
2015
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英文摘要:
  Lognormal random variables appear naturally in many engineering disciplines, including wireless communications, reliability theory, and finance. So, too, does the sum of (correlated) lognormal random variables. Unfortunately, no closed form probability distribution exists for such a sum, and it requires approximation. Some approximation methods date back over 80 years and most take one of two approaches, either: 1) an approximate probability distribution is derived mathematically, or 2) the sum is approximated by a single lognormal random variable. In this research, we take the latter approach and review a fairly recent approximation procedure proposed by Mehta, Wu, Molisch, and Zhang (2007), then implement it using C++. The result is applied to a discrete time model commonly encountered within the field of financial economics.
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中文摘要:
对数正态随机变量自然出现在许多工程学科中,包括无线通信、可靠性理论和金融。(相关)对数正态随机变量之和也是如此。不幸的是,这样一个和不存在封闭形式的概率分布,它需要近似。有些近似方法可以追溯到80多年前,大多数采用两种方法之一:1)从数学上推导近似概率分布,或2)用单个对数正态随机变量近似求和。在本研究中,我们采用后一种方法,回顾了Mehta、Wu、Molisch和Zhang(2007)提出的一个相当新的近似过程,然后使用C++实现它。这一结果应用于金融经济学领域中常见的离散时间模型。
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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:Computer Science        计算机科学
二级分类:Mathematical Software        数学软件
分类描述:Roughly includes material in ACM Subject Class G.4.
大致包括ACM学科类G.4的材料。
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一级分类:Statistics        统计学
二级分类:Applications        应用程序
分类描述:Biology, Education, Epidemiology, Engineering, Environmental Sciences, Medical, Physical Sciences, Quality Control, Social Sciences
生物学,教育学,流行病学,工程学,环境科学,医学,物理科学,质量控制,社会科学
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2022-5-9 03:17:15
2015年8月27日(c)CHRISTOPHER J.ROOKand MITCHELL C.KermanbstractLognormal随机变量自然出现在许多工程学科中,包括无线通信、可靠性理论和金融。(相关)对数正态随机变量之和也是如此。不幸的是,这种和不存在封闭形式的概率分布,需要近似。有些近似方法可以追溯到80多年前,大多数采用两种方法中的一种:1)从数学上推导近似概率分布,或2)用单个对数正态随机变量近似求和。在本研究中,我们采用后一种方法,回顾了Mehta、Wu、Molisch和Zhang(2007)提出的一个相当新的近似过程,然后使用C++实现它。该结果适用于金融经济学领域常见的离散时间模型。+本研究起源于新泽西州霍博肯史蒂文斯理工学院系统与企业学院系统工程系SYS-800课程下的一个独立研究项目,邮编07030。克里斯托弗·J·鲁克(Christopher J.Rook)是一名统计程序员顾问,目前正在史蒂文斯理工学院(Stevens Institute of Technology)攻读系统工程学位。Mitchell C.Kerman博士是系统工程研究中心(Systems EngineeringResearch Center)的项目开发和过渡主管,该中心是由史蒂文斯理工学院(StevensInstitute of Technology)领导的国防部(DoD)大学附属研究中心(UARC)。引言涉及随机变量之和(RVs)的实际问题,例如Z=X+Y,在许多学科中是不可避免的。当X和Y独立时,Z的概率密度函数(PDF)可以用卷积算子表示。
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2022-5-9 03:17:18
关于RV-sumsha的许多理论已经发展,并且对于某些X和Y存在Z的PDF的闭式表达式。通常,涉及独立RV和的卷积的解析解通常很难获得。当X和Y相关时,复杂性增加。非独立同分布(iid)RVs之和,例如Zn=X+X+…+Xn,可以通过使用中心极限定理(CLT)的正态分布近似,但仅当n≥ 30.因此,如果n<30,或如果RVs不是iid,则CLT不适用。当n<30且RVs是独立的时,我们可以通过迭代应用协进化算子来推导ZN的PDF。也就是说,我们首先确定Z=X+X的PDF,然后认识到Z=Z+Xis也是独立RVs的两项和,已知Zand Xperhaps的PDF。虽然理论上是合理的,但这种技术不太可能为每一个和产生连续的闭合形式PDF。Lognormal RVs出现在许多学科中,包括金融、光纤、库存管理、电信和可靠性理论。根据定义,当一个变量的对数是正态分布时,它被称为低于正态分布。当一种现象涉及iid RVs的产物时,对数正常RVs往往会自然出现。为了了解原因,我们可以取乘积的对数,它成为iid记录的RVs的总和,随着RVs的增加(通过CLT)趋于正态分布。求和的指数,然后得到对数正态分布。例如,设Pn=X*X*…*Xn,其中Xi是iid RVs,因此ln(Pn)=ln(X*X*…*Xn)=ln(X)+ln(X)+ln(X)+ln(Xn)~ N(μ,σ),对于N≥  30.通过对两边求幂,Pn~  E,, 这是正常的对数。由于对数正常的房车在这种情况下会自然出现,所以sotoo会计算它们的总和。
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2022-5-9 03:17:22
不幸的是,两个独立对数正态向量之和的卷积没有闭合形式,因此PDF也没有。Mehta,Wu,Molisch和Zhang(2007)提出了一种新颖灵活的方法来近似对数正态分布的sumof(相关)RVs,在本研究中,我们回顾了它,然后使用C++实现了它。本研究的剩余部分组织如下。在第二节中,我们回顾了对数正态和近似的文献,特别是两种激发Mehta等人(2007)提出的技术的方法。在第三节中,我们将详细回顾应用该技术所需的理论概念。熟悉这些概念的读者可能会跳过本节。在第四节中,我们实现了两项总和的技术,在第五节中,我们介绍了一个金融应用程序。在第六节中,我们将讨论扩展到两个以上项的总和。第七节总结了我们的建议。附录a和B.II中提供了C++实现的完整文档源代码。文献综述Wfenton(1960)提出了一种矩匹配技术,以近似单个对数正态RV和独立对数正态RV之和的分布。通过匹配1个和2个中心矩(即均值和方差),可以使用该方法有效地近似分布中心的概率。如果对上尾概率感兴趣,则通过匹配第2和第3个中心矩得出近似值。对于尾部的进一步数值,近似值可以基于第三和第四个中心矩。这种技术不适用于头部概率(即接近零的概率),因为不知道求和负力矩的实用公式。R.I.采用了这种方法。
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2022-5-9 03:17:25
Wilkinsonat Bell实验室于20世纪30年代成立,因此常被称为Fenton-Wilkinson(F-W)程序。Schwartz和Yeh(1982)提出了一种类似的矩匹配技术,但在对数尺度上。这个过程是迭代的,一次处理两个项,它假设每个成功的和都是对数正态的,因此对数是正态分布的。为两项情况提供了分析表达式,这足以实现该程序。Schwartz和Yeh(S-Y)报告了F-W方法的改进,并展示了该程序如何应用于相关对数正态RVs。Mehta等人(2007年)指出,F-W在尾部更准确,而LES-Y在分布的头部更准确,并提出了一种可定制的方法,允许用户参数化程序以满足他们的需求。Mehta et al.(2007)建议直接匹配力矩生成函数(MGF),而不是匹配力矩,并且与F-W和S-Y类似,使用单个对数正态RV近似对数正态和。该软件是根据开放源代码MIT许可证发布的(请参阅:http://opensource.org/licenses/MIT).它取决于Egeng(c)和Boost(c)库,用户应负责代码验证。三、 初步在本节中,我们为将涉及(相关)对数正态RV之和与单个对数正态RV近似分布的技术提供了一般基础。任何熟悉这些主题的读者都可以跳过本节。A.力矩生成函数连续RV的MGF,X,以及PDF,f(X),由以下t和X的函数定义(Freund[1992]):MEEE*.换句话说,它是关于RV X,对于离散RV,我们用和替换积分。
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2022-5-9 03:17:28
我们称之为MGF,因为它可以用来推导X的动量。X的n次矩是Xn的期望值,表示为E[Xn]。如果μ和σ是X的均值和方差,则它们与1和2的动量有关,如下所示:E十、和σE十、E十、.此处定义的n阶矩有时被称为关于原点的矩,以将其与关于均值的矩区分开来,即E[(X-μ)n]。为了用它的MGF求出x的n次矩,我们对M进行了微分n次,然后将t设为零(Freund[1992])。也就是说,E十、M.显然,根据这个定义,两个独立变量X和X之和的MGF,即Z=X+X,是它们各自MGF的乘积。然而,在这项研究中,我们并不认为X和X是独立的。因此,这个simplifiedexpression的用途有限。(2) (1)(3)B.高斯求积的概述我们可以通过将面积划分为等宽的矩形并将其面积相加,来近似曲线下的面积(即积分),如下图1所示。代替矩形,可以使用顶部的梯形或多项式得出更精确的估计。这些方法分别称为梯形规则和辛普森规则(Anton[1988])。图1使用矩形近似曲线下的面积如果在近似中使用了总共n个矩形,则宽度可以固定为w,对于r=1,2,…,n。使用固定宽度,矩形的中点为m*A.R1.*WA.W*R, 对于r=1,2,…,n,每个矩形的高度是在m处计算的函数*, 即f(m)*).
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