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2022-06-01
英文标题:
《Keep It Real: Tail Probabilities of Compound Heavy-Tailed Distributions》
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作者:
Igor Halperin
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最新提交年份:
2017
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英文摘要:
  We propose an analytical approach to the computation of tail probabilities of compound distributions whose individual components have heavy tails. Our approach is based on the contour integration method, and gives rise to a representation of the tail probability of a compound distribution in the form of a rapidly convergent one-dimensional integral involving a discontinuity of the imaginary part of its moment generating function across a branch cut. The latter integral can be evaluated in quadratures, or alternatively represented as an asymptotic expansion. Our approach thus offers a viable (especially at high percentile levels) alternative to more standard methods such as Monte Carlo or the Fast Fourier Transform, traditionally used for such problems. As a practical application, we use our method to compute the operational Value at Risk (VAR) of a financial institution, where individual losses are modeled as spliced distributions whose large loss components are given by power-law or lognormal distributions. Finally, we briefly discuss extensions of the present formalism for calculation of tail probabilities of compound distributions made of compound distributions with heavy tails.
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中文摘要:
我们提出了一种计算复合分布尾部概率的分析方法,其单个分量具有重尾。我们的方法基于轮廓积分法,并以快速收敛的一维积分形式表示复合分布的尾部概率,该一维积分涉及其矩母函数的虚部在分支切口上的不连续性。后一个积分可以求积,也可以表示为渐近展开。因此,我们的方法提供了一种可行的(尤其是在高百分位水平上)替代更标准的方法,如蒙特卡罗或快速傅立叶变换,传统上用于此类问题。作为一个实际应用,我们使用我们的方法计算金融机构的操作风险价值(VAR),其中个人损失被建模为拼接分布,其大损失分量由幂律分布或对数正态分布给出。最后,我们简要讨论了现有形式的扩展,用于计算由重尾复合分布构成的复合分布的尾部概率。
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分类信息:

一级分类:Quantitative Finance        数量金融学
二级分类:Computational Finance        计算金融学
分类描述:Computational methods, including Monte Carlo, PDE, lattice and other numerical methods with applications to financial modeling
计算方法,包括蒙特卡罗,偏微分方程,格子和其他数值方法,并应用于金融建模
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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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一级分类:Statistics        统计学
二级分类:Computation        计算
分类描述:Algorithms, Simulation, Visualization
算法、模拟、可视化
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2022-6-1 11:29:09
保持真实:复合重尾分布的尾部概率igor Halperinyu Tandon工程学院2017年10月4日电子邮件:igor。halperin@nyu.eduAbstract:我们提出了一种计算复合分布尾部概率的分析方法,其单个分量具有重尾。我们的方法基于轮廓积分法,并以快速收敛的一维积分形式表示复合分布的尾部概率,该一维积分涉及其矩母函数的虚部在分支切口上的不连续性。latterintegral可以求积,也可以表示为渐近展开。因此,我们的方法提供了一种可行的(尤其是在高百分位水平上)替代方法,以替代传统上用于此类问题的更标准的方法,如蒙特卡罗或快速傅立叶变换。作为一个实际应用,我们使用我们的方法计算金融机构的操作风险价值(VAR),其中个人损失被建模为拼接分布,其大损失分量由幂律或对数正态分布给出。最后,我们简要讨论了现有形式的扩展,用于计算由重尾复合分布构成的复合分布的尾部概率。1引言应用科学中的许多实际问题都需要精确估计复合分布的尾部,即随机变量的随机和或非随机和。特别是,在金融风险管理的背景下,为了计算金融机构的运营风险价值(VAR),不同业务线的损失总和应以高达99.9%的百分比水平计算。
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2022-6-1 11:29:12
众所周知,计算聚集分布的“经典”方法,如蒙特卡罗、快速傅立叶变换(FFT)或Panjer递归,在如此高的百分位上都面临着各种数值问题。MonteCarlo算法鲁棒性强,但抑制模拟噪声的速度较慢。同样,FFT和Panjerrecursion方法在计算总损失分布的极端尾部时,速度变慢并失去准确性,除非使用一些特殊技巧。我们提出了一种计算复合分布尾部概率的分析方法,其中单个成分具有重尾。我们的方法采用轮廓积分技术来计算以相应分布的矩母函数(MGF)M(z)表示的尾部概率。众所周知,在极端百分位水平(如99.9%)的情况下,尾部概率的轮廓积分表示会产生指数小的尾部概率,其形式上由高度振荡的轮廓积分表示。我们在复z平面中使用解析性,以找到合适的轮廓变形,从而以快速收敛实值一维积分的形式表示的尾部概率。我们的方法受到了为物理中类似问题开发的技术的启发,在这些问题中,尤其是在量子力学[6]和量子场论[13]中,遇到了通过高阶振荡轮廓积分表示的指数小概率。据我们所知,这些方法以前没有应用于计算具有重尾的复合分布的尾概率问题。由于我们的程序以快速收敛的整数表示尾部概率,后者可以用求积来计算,也可以用渐近展开来表示。
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2022-6-1 11:29:15
因此,我们的方法产生了一个非常有效的数值格式,它避免了在计算这种小尾概率时“经典”方法(如蒙特卡罗或FFT)中出现的数值问题。虽然本文开发的方法可以应用于许多不同的问题,这些问题需要精确计算具有重尾的单分布或复合分布的尾概率,但这里我们重点讨论一个实际应用。具体而言,我们考虑了计算金融机构总运营损失的风险价值(VAR)的问题。在这种情况下,机构每个业务部门的总(复合)运营损失可以建模为复合泊松过程,其中每个损失都有一个拼接分布,其两个组成部分分别描述小损失和大损失。我们详细考虑了单个机组大损耗组件的两种规格:功率尾(Pareto)或对数正态分布,但在下文讨论的某些技术条件下,同样的方法也可以应用于其他严重性分布。此外,我们的分析公式通过直接捕获尾部概率对“主体”分布(即小损失分布)的依赖性,有助于模型选择过程。如下所示,在单损失分布具有重尾的模型中,高百分位水平(如99.9%)的VAR几乎与小损失无关,其中对独立性定律的小修正就所有实际目的而言,仅取决于小损失分布的均值和方差,而不取决于其高阶矩。而严格渐近(即。
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2022-6-1 11:29:18
当VAR远高于99.9%时,参考文献[1]建立了重尾模型VAR与小损失的解耦,我们的方法给出了一个基本上精确的解,该解适用于实际需要的99.9%的实际水平,并涵盖了参考文献[1]的结果以及所有更正。2拼接重尾分布在本文中,我们对单个分量具有重尾的复合分布的尾概率感兴趣。为了有一个稍微更一般的框架,我们对个体进行建模。随后,这项工作被扩展到包括一阶和二阶校正,参见参考文献[10]及其参考文献。最近,Hernandez等人[5]提出了重尾分布尾概率的形式摄动展开,但他们的方法似乎不会产生收敛或渐近展开。具有以下概率密度函数(pdf)的拼接分布组件:f(x)=(1 - ω) f(x)如果x≤ xωf(x)如果x≥ x(1),其中f(x)和f(x)都是有效的pdf(这特别意味着它们分别集成到一个)。虽然第二个分量f(x)有一个重尾,但第一个分量f(x)可以是任意的。显然,当ω=0和x=0(假设x≥ 0).在推动当前工作的运营风险研究的具体案例中,可以使用拼接损失分布(1)来模拟特定计量单位(UoM)中的单个损失,这进一步合成以该计量单位产生的总损失。我们注意到,如果同一计量单位中的运营损失有不同的来源,那么它们之间的差异可能会非常大。例如,对于一家大型投资银行,法律损失可能会超过其他运营损失几个数量级。
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2022-6-1 11:29:22
拼接损失严重度分布(1),其中分量f(x)和f(x)可能具有不同的尺度,似乎适合对此类情况进行建模,而在不需要使用拼接分布的其他情况下,则简化为纯重尾分布。因此,在本文中,我们坚持将重尾分布更一般地定义为拼接分布(1)。考虑到上述形式主义的应用,在下文中,我们偶尔会将随机变量x称为损失严重程度,尽管它可能对应于其他环境中的另一个随机变量(例如证券或衍生工具的价格)。式(1)中的两个分量f(x)和f(x)对应于小(x<x)和大(x)的分布≥ x) 损失,其中xis为右尾阈值。混合参数0≤ ω ≤ 1可通过连续性条件(1)进行选择- ω) f(x)=ωf(x)(2)或者,我们可以将等式(1)从0积分到x,并用经验分布替换未知的累积分布f(x)=Rxf(s)ds。这提供了一个模型独立关系ω=1- Femp(x)(3)注意,如果我们使用公式(3)计算ω,那么公式(2)可以被视为连接点x处低损耗分布f(x)的约束(前提是我们知道分布f(x)),而不是ω的条件。在下文中,我们不再详细讨论f(x)的建模,并保留大部分未明确的信息,因为如下文所示,风险值主要由第二个高损失分量f(x)驱动。对f(x)的依赖性仅通过1/s幂的渐近展开中的修正来实现(其中s是VAR损失水平),对于足够高的百分位水平,如99.9%,预计其相当小。在本文中,我们考虑了严重性分布的两种规格:幂律和对数正态律。
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