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2022-05-25
英文标题:
《Fractal approach towards power-law coherency to measure
  cross-correlations between time series》
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作者:
Ladislav Kristoufek
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最新提交年份:
2017
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英文摘要:
  We focus on power-law coherency as an alternative approach towards studying power-law cross-correlations between simultaneously recorded time series. To be able to study empirical data, we introduce three estimators of the power-law coherency parameter $H_{\\rho}$ based on popular techniques usually utilized for studying power-law cross-correlations -- detrended cross-correlation analysis (DCCA), detrending moving-average cross-correlation analysis (DMCA) and height cross-correlation analysis (HXA). In the finite sample properties study, we focus on the bias, variance and mean squared error of the estimators. We find that the DMCA-based method is the safest choice among the three. The HXA method is reasonable for long time series with at least $10^4$ observations, which can be easily attainable in some disciplines but problematic in others. The DCCA-based method does not provide favorable properties which even deteriorate with an increasing time series length. The paper opens a new venue towards studying cross-correlations between time series.
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中文摘要:
我们关注幂律相干性,作为研究同时记录的时间序列之间幂律互相关的另一种方法。为了能够研究经验数据,我们引入了三种幂律相干参数的估计量$H\\u{\\ rho}$,它们基于研究幂律互相关常用的技术——去趋势互相关分析(DCCA)、去趋势移动平均互相关分析(DMCA)和高度互相关分析(HXA)。在有限样本性质研究中,我们关注估计量的偏差、方差和均方误差。我们发现,基于DMCA的方法是三种方法中最安全的选择。HXA方法对于具有至少10.4美元观测值的长时间序列是合理的,这在某些学科中很容易实现,但在其他学科中存在问题。基于DCCA的方法不能提供良好的性能,甚至会随着时间序列长度的增加而恶化。本文为研究时间序列之间的相互关系开辟了一个新的途径。
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分类信息:

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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2022-5-25 15:17:26
幂律相干性分形方法测量时间序列间的交叉相关性信息理论与自动化研究所,捷克科学院,Pod Vodarenskou Vezi 4,CZ-182 08,布拉格8,捷克共和国(Czech RepublicAbstractWe)将重点放在幂律一致性上,作为研究同时记录的时间序列之间幂律互相关的另一种方法。为了能够研究实证数据,我们介绍了三种幂律相干参数Hρ的估计器,它们基于研究幂律互相关的常用技术——去趋势互相关分析(DCCA)、去趋势移动平均互相关分析(DMCA)和高度互相关分析(HXA)。在有限样本性质研究中,我们关注估计量的偏差、方差和均方误差。我们发现,基于DMCA的方法是三种方法中最安全的选择。HXA方法适用于至少有10个观测值的长时间序列,这在某些学科中很容易实现,但在其他学科中存在问题。基于DCCA的方法不能提供良好的性能,甚至会随着时间序列长度的增加而恶化。本文为研究时间序列之间的相互关系开辟了一个新的途径。关键词:幂律相关性、幂律互相关、相关性电子邮件地址:kristouf@utia.cas.cz(Ladislav Kristoufek)预印本提交给《非线性科学与数值模拟通讯》20181年9月19日。简介分析时间序列的分形特性是物理学对其他学科的重要贡献【1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15】。在时间序列中,分形特性直接转化为特定的相关结构。
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2022-5-25 15:17:30
Hurstexponent H作为分形级数的一个特征参数,可以深入了解自相关函数的渐近标度,特别是其幂律衰减。对于平稳序列,我们有0≤ H<1,分离点H=0.5,不相关系列的特征。H>0.5的持续或长期相关序列遵循局部趋势,但仍保持均值回复和平稳,而H<0.5的反持续序列因其过度转换(相对于非相关过程)而与众不同【16】。最近,该方法框架已被推广到双变量环境中,因此不仅可以使用物理学中开发的方法研究长程相关性,还可以使用长程互相关[17、18、19、20、21、22、23]。最流行的是去趋势函数分析(DFA)[24,25]和去趋势交叉相关分析(DCCA或DXA)[26,27,28]作为其二元推广。DCCA的发展促使其他人引入替代方法,如趋势移动平均互相关分析(DMCA)[29,30]和高度互相关分析(HXA)[31]。这些二元Hurst指数hxy的估计提供了关于序列间互相关函数幂律标度的额外细节。通常通过将Hxy与单独序列的Hurst指数进行比较来解释Hxy,即Hx和Hy【31、32、33】。作为利用分形方法的下一步,提出了基于DCCA和DMCA的尺度相关系数[34、35、36],以及特定尺度回归参数的估计值[37、38]。Podobnik等人[39]很少涉及但尚未进一步发展的一个重要主题是尺度特异性相关性的尺度化。
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2022-5-25 15:17:33
然而,相关性标度和双变量赫斯特指数之间的联系为时间序列之间的动力学提供了重要的见解。在这里,我们以平方谱相干性的概念为基础,将其转换为时间域,这在主题文献中更为常见,我们将详细讨论这一联系。基于populartime域幂律互相关方法,我们提出了幂律相干性Hρ的三个估计量——去趋势互相关分析、去趋势移动平均互相关分析和高度互相关分析,并分析了它们的有限样本特性。这种方法提供了一种新的方法,可以查看和分析同时记录的系列与跨多个学科的应用程序之间的依赖关系。2、幂律相干性我们从定义平方谱相干性开始。对于两个过程{xt}和{yt},存在功率谱fx(ω)和fy(ω),以及频率0<ω的交叉功率谱fxy(ω)≤ π、 平方谱相干性定义为kxy(ω)=| fxy(ω)| fx(ω)fy(ω)。(1) 如果这两个过程是幂律相关的,那么fx(ω)∝ ω1-2hx和fy(ω)∝ ω1-2hy靠近原点(ω→ 此外,这些过程是幂律互相关的,因此| fxy(ω)|∝ ω1-2hxy接近原始值,使用二元Hurst指数Hxy,我们得到kxy(ω)∝ω2(1-2Hxy)ω1-2Hxω1-2Hy=ω-4(Hxy-Hx+Hy)≡ ω-4Hρ。(2) 当频率ω接近零时。我们通过参数Hρ将幂律相干性定义为Hρ=Hxy-Hx+Hyto尊重之前关于二元Hurst指数Hxy和单独Hurst指数平均值之间关系的讨论[40、41、32、42、33]。注意,平方谱相干Kxy(ω)的限制方式与平方相关相同,即0≤ Kxy(ω)≤ 1表示所有频率ω[43]。
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2022-5-25 15:17:37
这只产生指数的两种可能设置–Hρ=0或Hρ<0【33】。前者意味着平方相干性变为常数,Hxy=Hx+Hy。后者意味着,当ω接近零时,平方相干性也会变为零,但在这里,特别是以幂律的方式,它被称为幂律相干性,或反协整[32],并且它具有Hxy<Hx+Hy。换句话说,这种幂律相干过程可能在短期内(在高频或低尺度下)是相关的,但从长期来看(在低频或高尺度下)是不相关的。频率ω的平方谱相干性可以很容易地从频域转换到时域,作为尺度s=πTωj的平方相关,平行于频率ωj=2πjt,j=1,2,Tasρxy(s)=|σxy(s)|σx(s)σy(s),(3)其中ρxy(s)是标度s的{xt}和{yt}之间的平方相关性,σxy(s)、σx(s)和σy(s)分别表示标度特定协方差和方差。然后,幂律相干性的概念得到了完美的解释,唯一的区别是它在高尺度上与低频平行。具体而言,我们有σx(s)∝ S2hx和σy(s)∝ s2hy对于幂律相关过程{xt}和{yt}[16,44],如果过程是幂律交叉相关的,我们还有σxy(s)∝ s的S2HXY→ +∞ [45]。代入式3,得到ρxy(s)∝s4Hxys2Hxs2Hy=s4(Hxy-Hx公司-Hy)≡ s4Hρ,(4),即我们在两个时间(s)具有相同的标度指数→ +∞) 和频率(ω→ 0+域幂律相干性。3.
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2022-5-25 15:17:40
估计器在本节中,我们回顾了感兴趣的二元Hurst指数估计器的要点——去趋势互相关分析(DCCA)、去趋势移动平均互相关分析(DMCA)和高度互相关分析(HXA)——并在此基础上介绍了估计幂律相干参数Hρ的过程。3.1。二元Hurst指数估计在DCCA程序中【26】,让我们考虑两个时间序列{xt}和{yt},t=1,T它们各自的属性{Xt}和{Yt},定义为Xt=Pti=1(xi- (R)x)andYt=Pti=1(yi- y),对于t=1,将T划分为长度为s(刻度)的重叠框,以便T- 建造s+1箱。在j和j+s之间的每个框中- 1,线性时间趋势被确定,因此我们得到dxk,janddYk,jfor j≤ k≤ j+s- 1、每个方框中的时间趋势偏差之间的协方差定义为FDCCA(s,j)=Pj+s-1k=j(Xk-dXk,j)(Yk-dYk,j)s- 1.(5)在相同标度s的块上对协方差进行最终平均,并在FDCCA(s)=PT时获得去趋势方差-s+1j=1fDCCA(s,j)T- s、 (6)对于长程互相关过程,协方差尺度为FDCCA(s)∝ s2Hxy。(7) 幂律标度渐近有效,即对于高标度s。如果我们设置{xt}={yt},则得到标准去趋势函数分析(DFA)[24,25]。上述步骤仅提供了一种可能的设置,因为可以使用各种去趋势方法以及非重叠框。在我们稍后介绍的模拟中,我们选择线性去趋势,并使用非重叠框,由于计算的可行性,步骤为10。DMCA程序【29,30】与DCCA相似,但在两个重要方面有所不同。首先,它不是基于框拆分过程。其次,它假设协方差的幂律标度随移动平均窗口大小κ的增大而增大。
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