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2022-05-11
英文标题:
《Semiparametric stochastic volatility modelling using penalized splines》
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作者:
Roland Langrock, Th\\\'eo Michelot, Alexander Sohn, Thomas Kneib
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最新提交年份:
2014
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英文摘要:
  Stochastic volatility (SV) models mimic many of the stylized facts attributed to time series of asset returns, while maintaining conceptual simplicity. The commonly made assumption of conditionally normally distributed or Student-t-distributed returns, given the volatility, has however been questioned. In this manuscript, we introduce a novel maximum penalized likelihood approach for estimating the conditional distribution in an SV model in a nonparametric way, thus avoiding any potentially critical assumptions on the shape. The considered framework exploits the strengths both of the powerful hidden Markov model machinery and of penalized B-splines, and constitutes a powerful and flexible alternative to recently developed Bayesian approaches to semiparametric SV modelling. We demonstrate the feasibility of the approach in a simulation study before outlining its potential in applications to three series of returns on stocks and one series of stock index returns.
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中文摘要:
随机波动率(SV)模型模拟了许多归因于资产收益时间序列的程式化事实,同时保持了概念上的简单性。然而,考虑到波动性,通常假设的条件正态分布或Student-t分布回报率受到了质疑。在这篇手稿中,我们介绍了一种新的最大惩罚似然方法,用于以非参数方式估计SV模型中的条件分布,从而避免了对形状的任何潜在关键假设。所考虑的框架利用了强大的隐马尔可夫模型机制和惩罚B样条的优点,构成了一种强大而灵活的半参数SV建模贝叶斯方法的替代方案。我们在模拟研究中证明了该方法的可行性,然后概述了其在三个股票收益率系列和一个股票指数收益率系列中的应用潜力。
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分类信息:

一级分类:Statistics        统计学
二级分类:Methodology        方法论
分类描述:Design, Surveys, Model Selection, Multiple Testing, Multivariate Methods, Signal and Image Processing, Time Series, Smoothing, Spatial Statistics, Survival Analysis, Nonparametric and Semiparametric Methods
设计,调查,模型选择,多重检验,多元方法,信号和图像处理,时间序列,平滑,空间统计,生存分析,非参数和半参数方法
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一级分类:Quantitative Finance        数量金融学
二级分类:Statistical Finance        统计金融
分类描述:Statistical, econometric and econophysics analyses with applications to financial markets and economic data
统计、计量经济学和经济物理学分析及其在金融市场和经济数据中的应用
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2022-5-11 15:18:11
,yTon a asset,如下所示:yt=ε(0)tβexp(gt/2),gt=φgt-1+σηt,(1)其中β,σ>0,{ε(0)t}和{ηt}是独立标准正态随机变量的独立序列(见Shephard,1996)。对于|φ|<1,获得了平稳性。未被观察到的序列{gt},通常被称为对数波动过程,代表了市场随时间变化的“紧张”。该模型捕获了与资产收益相关的几种典型因素,包括平方收益的正自相关(表明波动率随时间缓慢变化,因此波动率聚类)、非平方收益的零自相关,以及超过3的峰度。然而,基本模型倾向于低估相对极端回报的概率,因此,考虑ε(0)t的自由度为ν的Student-t分布通常更合适(Chib等人,2002);我们将第二个模型命名为SVt。在现有文献中,已经考虑了几种不同的模型公式,它们扩展了对数波动过程的灵活性,{gt}(例如,Gallant等人,1997年;Abraham等人,2006年;Langrock等人,2012年)。然而,Durham(2006)发现“没有证据表明即使是简单的单因素模型也无法捕捉波动过程的动态”(第276页)。相反,他认为SV模型中条件分布的形状——即给定gt的yt条件分布的形状——是“更关键的问题”(第304页)。除了在SVT公式中说明的重尾外,还发现了不对称的证据(例如,见Gallant等人,1997年;Harvey和Siddique,2000年;Jondeau和Rocker,2003年;Durham,2006年)。例如,在风险管理中,获得正确的形状,尤其是准确估计条件分布的尾部,是非常重要的。
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2022-5-11 15:18:14
虽然可以构造参数模型,使重尾和偏态能够包含在内,但非参数方法具有相当大的优势,即对特定类别的分布不作先验限制。最近在这个方向上的许多工作都是在贝叶斯环境下进行的,正态分布可以用作构建更复杂模型的基础,这些模型仍然利用正态公式的优点来构建方便的更新方案2–预印马尔可夫链蒙特卡罗模拟。Abanto Valle等人(2010年)考虑了条件分布的正态分布的尺度混合,其中正态分布的方差由适当的先验规范来实现,这些规范在整合了方差的混合分布后产生了更大的潜在边际分布。Jensen和Maheu(2010年)以及Delatola和Grifin(2011年)已经开发出依赖于由Dirichlet过程混合之前生成的有限维法线混合的非参数精度。虽然Jensen和Maheu(2010年)直接讨论了收益的条件分布,但Delatola和Griffin(2011年)采用了不同的表示法,其中收益过程中平方噪声的对数被考虑用于分析。Delatola和Griffin(2013)将后一种方法进行了扩展,包括杠杆效应,分别考虑了回报和对数波动过程中两个误差项的潜在相关性。在这篇手稿中,我们发展了一种新的非参数估计SV模型中条件分布的频点方法。提出的最大惩罚似然方法利用了基于似然的隐马尔可夫模型(HMM)机制和惩罚B样条(即P样条)的优点。
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2022-5-11 15:18:22
前者用于解决SV模型的一个众所周知的难题,即它们的可能性由解析上难以解决的高阶重积分给出。然而,研究表明,HMM可用的方法——与SV模型具有相同的依赖结构,并构成SSM的另一个子类,具有有限的状态空间——可用于对SV模型可能性进行快速准确的数值积分。更具体地说,这种数值积分对应于对数波动过程支持的精确离散化。将{gt}的连续支持度转换为有限支持度的相关转换使得强大的HMM正向算法适用,使得评估SV模型可能性的任意精确近似值成为可能(Fridman and Harris,1998;Bartolucci and De Luca,2001,2003;Langrock et al.,2012)。我们扩展了这种基于可能性的方法,通过将这种分布的密度表示为大量标准化B样条基函数的线性组合,允许对条件分布进行非参数估计,包括可能性中的粗糙度惩罚,以便在拟合密度的拟合优度和平滑度之间达到适当的平衡。由于我们仍然以参数的方式对对数波动过程进行建模,因此我们使用标签SVSp来指代产生的具有非参数建模条件分布的半参数SV模型3–预印本论文的结构如下。在第2节中,我们首先描述基于HMM的相似性评估,然后介绍基于B样条的条件分布表示,并讨论相关的推理问题。在第3节的模拟研究中,对建议方法的性能进行了研究。
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2022-5-11 15:18:31
此外,向量δ类似于HMM中的马尔可夫链初始分布,这里定义了δi,i=1,m、 是正态分布的密度,平均值为零,标准偏差为σ/p1- φ——用于模拟对数波动率的自回归过程的平稳分布——在b*最后,P(yt)是一个具有第i个对角线项exp的m×m对角矩阵(-B*i/2)fε(ytexp)(-B*i/2),因此,在HMM的情况下,与包含状态相关概率的矩阵类似。使用(5)中给出的矩阵乘积表达式,评估近似似然度所需的计算效果在观测数T中是线性的,在离散化中使用的间隔数m中是二次的,这意味着SV模型的可能性通常可以在几分之一秒内计算出来,即使是千分之一的T和saym=150,这个值使得近似值几乎精确。此外,Lapprox→ Las bm,m→ ∞ b→ -∞.2.2非参数建模我们现在转向εt分布的非参数建模。继Schellhasean和Kauermann(2012)之后,我们建议通过考虑大量基函数的有限线性组合来估计εt的pdf:^fε(x)=KXk=-Kakψk(x)。(6) 这里是基函数ψ-Kψ是已知和固定的PDF。显然,^fε(x)就是apdf-ifPKk=-Kak=1和aj≥ 0表示所有j=-KK.为了实施这些约束,需要估算的系数-K使用多项式logit linkfunctionk=exp(βk)PKj转换aK=-Kexp(βj),(7)。-6–预印本,我们将β=0设置为可识别性。原则上,任何一组密度ψ-Kψkc可用于近似fε(x),如(6)所示。
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2022-5-11 15:18:37
因此,差异顺序也会间接影响估计值的平滑度(与样条基础的程度相比,影响程度要小得多)。我们将在余数中使用q=2,因为这为积分平方二阶导数惩罚提供了一种近似,这种惩罚在平滑样条曲线的上下文中很流行。在可能性中包含惩罚项可以避免选择最佳数量的基础元素的问题,因为如果平滑参数以数据驱动的方式进行调整,惩罚可以有效地减少自由基础参数的数量,并产生对数据的自适应效果。基本元素的数量需要足够大,以便——7–预印本为反映条件分布fε的结构提供了充分的灵活性,但一旦超过该阈值,增加基本元素的数量将不会因惩罚的影响而进一步改变数据。对于适度平滑的回归函数,Ruppert(2002)建议使用大约35(或40)个基本函数的默认值。为了获取εtin和SV模型的pdf,我们希望这样的选择能够轻松提供有效的灵活性,因此在我们的分析中相应地选择了K(见下文)。为了以数据驱动的方式选择平滑参数,我们将考虑交叉验证(见第2.3.2节)。在初步的模拟实验中,我们发现,在节点间距相等的情况下,我们的方法倾向于产生在真实分布峰值周围过于平滑、尾部过于摇摆的估计密度。
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