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2022-06-01
英文标题:
《Sequential Design and Spatial Modeling for Portfolio Tail Risk
  Measurement》
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作者:
Michael Ludkovski and James Risk
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最新提交年份:
2018
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英文摘要:
  We consider calculation of capital requirements when the underlying economic scenarios are determined by simulatable risk factors. In the respective nested simulation framework, the goal is to estimate portfolio tail risk, quantified via VaR or TVaR of a given collection of future economic scenarios representing factor levels at the risk horizon. Traditionally, evaluating portfolio losses of an outer scenario is done by computing a conditional expectation via inner-level Monte Carlo and is computationally expensive. We introduce several inter-related machine learning techniques to speed up this computation, in particular by properly accounting for the simulation noise. Our main workhorse is an advanced Gaussian Process (GP) regression approach which uses nonparametric spatial modeling to efficiently learn the relationship between the stochastic factors defining scenarios and corresponding portfolio value. Leveraging this emulator, we develop sequential algorithms that adaptively allocate inner simulation budgets to target the quantile region. The GP framework also yields better uncertainty quantification for the resulting VaR/TVaR estimators that reduces bias and variance compared to existing methods. We illustrate the proposed strategies with two case-studies in two and six dimensions.
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中文摘要:
当基本经济情景由可模拟的风险因素确定时,我们考虑资本要求的计算。在各自的嵌套模拟框架中,目标是估计投资组合尾部风险,通过VaR或TVaR对代表风险范围内因素水平的给定未来经济情景集合进行量化。传统上,评估外部情景的投资组合损失是通过内部蒙特卡罗计算条件期望来完成的,计算成本很高。我们引入了几种相互关联的机器学习技术来加速这种计算,特别是通过适当考虑模拟噪声。我们的主要工作是一种高级高斯过程(GP)回归方法,该方法使用非参数空间建模来有效地了解定义情景的随机因素与相应投资组合价值之间的关系。利用这个模拟器,我们开发了顺序算法,可以自适应地分配内部模拟预算以定位分位数区域。与现有方法相比,GP框架还为产生的VaR/TVaR估计量提供了更好的不确定性量化,从而减少了偏差和方差。我们在两个维度和六个维度上用两个案例研究来说明所提出的策略。
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分类信息:

一级分类:Quantitative Finance        数量金融学
二级分类:Risk Management        风险管理
分类描述:Measurement and management of financial risks in trading, banking, insurance, corporate and other applications
衡量和管理贸易、银行、保险、企业和其他应用中的金融风险
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2022-6-1 13:30:43
组合尾部风险度量的序列设计和空间建模Jimmy Risk+Michael Ludkovski*2018年5月18日摘要当基础经济情景由可模拟的风险因素确定时,我们考虑资本要求的计算。在各自的嵌套模拟框架中,目标是估计投资组合尾部风险,通过给定的未来经济情景集合的VaR或TVaR进行量化,代表风险范围内的因素水平。传统上,外部情景的投资组合损失评估是通过内部蒙特卡罗计算条件期望来完成的,计算成本很高。我们引入了几种相互关联的机器学习技术来加速这种计算,特别是通过适当考虑模拟噪声。我们的主要工作是一种高级高斯过程(GP)回归方法,该方法使用非参数空间建模来有效地了解随机因素定义场景与相应投资组合价值之间的关系。利用这个模拟器,我们开发了顺序算法,可以自适应地分配内部模拟预算以定位分位数区域。GP框架还为产生的VaR/TVaR估值器提供了更好的不确定性量化,与现有方法相比,减少了偏差和方差。我们在两个维度和六个维度上用两个案例研究来说明所提出的策略。关键词:风险价值估计、高斯过程回归、序列设计、嵌套模拟、投资组合尾部风险1简介最新的保险和金融法规要求对基于分位数的投资组合风险度量进行估计。《偿付能力II》[17]框架要求计算1年期内99.5%的风险价值(VaR),而《巴塞尔III》银行业法规[2]要求报告相关的风险价值(TVaR)。
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2022-6-1 13:30:46
在实践中,这些数量的计算方法是首先生成未来经济情景的代表集Z,然后根据Z评估经验损失分位数。然而,由于潜在现金流和估值的复杂性,直接计算未来投资组合价值通常不可行,而是使用近似值。这是为加利福尼亚大学圣巴巴拉分校统计和应用概率系(美国93106-3110)所做的。感谢NSF DMS-1521743的部分支持。ludkovski@pstat.ucsb.eduDepartment数学与统计学院,加州Poly Pomonajrisk@cpp.eduscenario通过对条件期望的蒙特卡罗评估,概率确定投资组合价值,从而导致嵌套模拟问题。在传统的嵌套模拟中,每个外部场景都是独立处理的,因此通过内部模拟的样本平均值来近似各自的投资组合损失,从而确定产生的现金流。情景Z通常是潜在随机因素或风险驱动因素(Zt)的实现,如利率因素、股票价格因素、死亡率因素、宏观经济因素等。因此,我们可以识别每种锌∈ Z为风险范围T内ZTin情景ω的值;投资组合价值f(z)与预期现金流Y(·)确定(取决于未来路径(Zt)t≥Tbeyond T)以ZT=z为条件:f(z)。=E[Y((Zt)t≥T) | ZT=z]。(1) 注意,我们假设Z是马尔可夫的,这在实际情况下基本上总是如此;如果必要的话,Z被增广,使之成为Markov。更重要的假设是f(z)在闭合形式下不可用,因此对于给定的z,必须通过嵌套过程的内部步骤来近似。我们的目标是,当风险驱动因素遵循可模拟的马尔可夫过程时,有效地估计f(ZT)的VaRα和/或TVaRα。
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2022-6-1 13:30:49
为此,我们基于为嵌套模拟开发的两种基本策略。第一个想法是通过自适应地将模拟预算分配给投资组合损失较大的场景来改进内部模拟。实际上,在提到的分位数水平上,≈ 从VaR/TVaR计算的角度来看,99%的外部情景是不相关的:只有尾部情景才重要。第二个想法是利用来自(Zt)的Z的空间结构:附近的输入Z,Z应该产生相似的值f(Z),f(Z)。因此,我们可以通过从附近外部场景的内部模拟中借用信息来改进f(z)的估计。这带来了一个回归视角,将计算样本平均值的局部策略转换为近似函数z 7的全局目标→ f(z)。在本文中,我们通过将这些方法嵌入到统计模拟的框架中,将它们结合在一起并进行了极大的扩展。仿真将f视为一个未知函数,并试图产生一个优化给定目标准则的函数估计值^f。对于我们的仿真范式,我们提出了高斯过程(GP)回归(31,34),或克里格,它已成为机器学习社区的主要选择。GP带来了概率(即统计学家的贝叶斯)观点,因此f的推断被视为对观察到的模拟输出的条件,并将风险度量估计为计算相应随机变量的后验期望。这可以说是蒙特卡罗背景下的自然框架,在蒙特卡罗背景下,所有输出都是内在随机的。
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2022-6-1 13:30:52
GP还引入了非参数回归方法,缓解了为空间回归组件找到良好函数近似空间的问题。下面我们展示了(GP)仿真方法,结合定制的主动学习技术,即使在模拟预算很小的情况下也可以提供准确的估计,同时保持相对较低的数值开销(拟合、预测等)。因此,我们的主要信息是,可以从所提议的统计工具中压缩出显著的效率,从而大大提高嵌套模拟的效率。在模拟语言中,方程式(1)定义了一个我们希望学习的黑箱函数。模拟/GP回归的起源是确定性计算机实验的分析,其中可以(昂贵地)在没有任何噪声的情况下评估f(z),参见Santner等人的[18、22、28]和themonographs[34]以及Rasmussen和Williams[31]。最近,仿真被改编为蒙特卡罗设置,其中f(z)只被观察到有噪音:参见例如[1,6,14]。与此相关的还有我们早期的工作【32】,该工作研究了延迟寿命相关合同的近似定价,要求在ZT的整个分布上获得等式(1)的平均值。对于尾部风险估计,学习目标本质上不同于标准Lcriterion,因为fitted^f只需要精确到f(ZT)的尾部。事实上,正如前面提到的,99%以上的外部场景将变得无关紧要。据我们所知,在(1)的蒙特卡罗设置中,很少有文献直接讨论分位数/尾部估计。我们提到了Oakley【29】的工作,他介绍了GP用于确定性计算机实验的分位数估计,以及Liu和Staum【27】的工作,他们开创了随机克里格法用于估计金融投资组合嵌套蒙特卡罗中的Tvarα。另外两篇重要论文由Baueret al。
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2022-6-1 13:30:55
[3] who阐明了(参数线性)回归用于尾部风险估计,以及Broadie等人[8],他们证明了学习VaRα的最小二乘蒙特卡罗方法的一些性质。更广泛地说,我们的本地化目标类似于工程可靠性文献中的三个相互关联的公式,它们针对给定水平或阈值L的f(z):o轮廓查找:确定集合{z:f(z)∈ (L)- ε、 L+ε)},ε小,参见[26,30];o偏移集{z:f(z)的推论≤ 五十} [15];o估计失效概率,又名“偏移量”,P({z:f(z))≤ 五十} )[4,16]。注意,等高线{z:f(z)=L}是水平集{z:f(z)的边界≤ 五十} ,Excursion volume是水平集上的加权积分。然而,在上述所有情况下(除【26】外),阈值L是外生的,而在风险价值的背景下,所需的量化α是通过f本身隐含定义的,见下文(3)。此外,所有的[4、15、26、30]都涉及确定性无噪声实验。仿真的核心是实验设计,即确定要运行哪些仿真以了解输入-输出配对z 7→ f(z)尽可能快。这自然与内部模拟的自适应分配有关。自适应性是通过将整个模拟分为几个阶段来实现的,这些阶段逐步学习f的形状。初始阶段使用模拟预算的一小部分来学习整个域上的f(z)。然后,通过进一步的阶段确定目标的搜索区域。例如,文献[29]中的方法分为两个阶段:在第二阶段,根据对f的初始推断,将内部模拟非均匀地分配给分位数区域中的场景。
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