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2022-06-02
英文标题:
《Linear and nonlinear market correlations: characterizing financial
  crises and portfolio optimization》
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作者:
Alexander Haluszczynski, Ingo Laut, Heike Modest and Christoph R\\\"ath
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最新提交年份:
2017
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英文摘要:
  Pearson correlation and mutual information based complex networks of the day-to-day returns of US S&P500 stocks between 1985 and 2015 have been constructed in order to investigate the mutual dependencies of the stocks and their nature. We show that both networks detect qualitative differences especially during (recent) turbulent market periods thus indicating strongly fluctuating interconnections between the stocks of different companies in changing economic environments. A measure for the strength of nonlinear dependencies is derived using surrogate data and leads to interesting observations during periods of financial market crises. In contrast to the expectation that dependencies reduce mainly to linear correlations during crises we show that (at least in the 2008 crisis) nonlinear effects are significantly increasing. It turns out that the concept of centrality within a network could potentially be used as some kind of an early warning indicator for abnormal market behavior as we demonstrate with the example of the 2008 subprime mortgage crisis. Finally, we apply a Markowitz mean variance portfolio optimization and integrate the measure of nonlinear dependencies to scale the investment exposure. This leads to significant outperformance as compared to a fully invested portfolio.
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中文摘要:
为了研究股票的相互依赖性及其性质,我们构建了1985年至2015年间美国标准普尔500指数股票日常收益的皮尔逊相关和互信息复杂网络。我们表明,这两个网络都检测到了质量差异,尤其是在(最近)动荡的市场时期,因此表明在不断变化的经济环境中,不同公司的股票之间存在着剧烈波动的相互联系。使用替代数据导出了非线性依赖强度的度量,并在金融市场危机期间得出了有趣的观察结果。与危机期间依赖性主要减少为线性相关性的预期相反,我们表明(至少在2008年危机中)非线性效应显著增加。正如我们以2008年次贷危机为例所证明的那样,网络中的中心性概念有可能被用作异常市场行为的某种预警指标。最后,我们应用Markowitz均值-方差投资组合优化,并整合非线性依赖性度量来衡量投资敞口。与完全投资的投资组合相比,这导致了显著的跑赢大市。
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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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一级分类:Physics        物理学
二级分类:Chaotic Dynamics        混沌动力学
分类描述:Dynamical systems, chaos, quantum chaos, topological dynamics, cycle expansions, turbulence, propagation
动力系统,混沌,量子混沌,拓扑动力学,循环展开,湍流,传播
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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:Physics        物理学
二级分类:Physics and Society        物理学与社会
分类描述:Structure, dynamics and collective behavior of societies and groups (human or otherwise). Quantitative analysis of social networks and other complex networks. Physics and engineering of infrastructure and systems of broad societal impact (e.g., energy grids, transportation networks).
社会和团体(人类或其他)的结构、动态和集体行为。社会网络和其他复杂网络的定量分析。具有广泛社会影响的基础设施和系统(如能源网、运输网络)的物理和工程。
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2022-6-2 17:57:03
线性和非线性市场相关性:表征金融危机和投资组合优化Alexander Haluszczynski*路德维希·马克西米利安大学物理系,Schellingstrasse 4,80799 Munichrisklab GmbH,Seidlstrasse 24,80335,MunichIngo Laut,Heike Modest,Christoph R¨athes Zentrum f¨ur Luft-und Raumfahrt,Institute f¨ur Materialphysik im Weltraum,M¨unchner Str.20,82234 Wessling(日期:2017年12月8日)构建了1985年至2015年美国标准普尔500指数股票日常回报的皮尔逊相关和互信息复杂网络,以调查股票的相互依赖性及其性质。我们表明,这两个网络都检测到了定性差异,尤其是在(最近)动荡的市场时期,因此表明在不断变化的经济环境中,不同公司的股票之间存在着强烈的相互影响。使用替代数据得出非线性依赖强度的测量结果,并在金融市场危机期间得出有趣的观察结果。与危机期间依赖性主要减少为线性相关性的预期相反,我们表明(至少在2008年危机中)非线性效应显著增加。正如我们以2008年次贷危机为例所展示的那样,网络中心性的概念可能被用作异常市场行为的某种预警指标。最后,我们应用Markowitz均值-方差投资组合优化,并整合非线性相关性度量来衡量投资敞口。与完全投资的投资组合相比,这导致了显著的跑赢大市。PACS编号:05.45。Tp,89.65。Gh,89.75。HcI。引言研究金融市场中的现象在物理学界越来越流行。
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2022-6-2 17:57:08
经济物理学家通过利用统计物理学中的强大工具,如随机矩阵理论[2]或基于代理的市场模型[3],展现了一种新的视角[1],这是对金融和金融数学传统方法的补充。对于金融领域的各种应用来说,全面了解金融资产如何一起移动至关重要,例如在评估与投资组合相关的风险时。为了做到这一点,通常的做法是通过其回报时间序列的皮尔逊相关系数来表示金融资产的相互依赖性。Mantegna和Stanley【4】展示了金融指数概率分布的幂律标度行为。谢长廷(5)指出,金融资产的回报率并不是自相关的,而其绝对价值却是自相关的。进一步的研究指出了金融时间序列的间歇性行为,以及它们与我们从湍流中了解到的现象的相似性【6,7】。这些结果显示了金融时间序列的非线性性质,因此强烈表明相关性的线性度量可能不足以充分描述数据。*亚历山大。haluszczynski@gmail.comMantegna[8]为了分析金融市场的层次结构,首先提出了基于股票之间线性相关性的最小生成树(MinimumSpanging Trees,MST)的概念。博南诺(Bonanno)[9]或内勒(Naylor)[10]等人进行了进一步的研究,他们调查的是外汇市场,而不是股票市场。Onnela【11,12】介绍了动态演化MST的框架。我们以这一概念为出发点,朝着以下方向发展:金融时间序列表现出非线性,我们的目标是在分析相关网络时捕捉这些影响。
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2022-6-2 17:57:11
因此,我们不仅基于线性皮尔逊相关,而且基于对线性和非线性相互关系都敏感的互信息来构建我们的网络。Dionisio【13】、Fedora【14】和Darbellay【15】等研究了互信息作为金融时间序列中相互依赖性的度量。然而,尚未对金融时间序列中线性和非线性相关性的性质进行详细比较。在本文中,我们通过使用纯线性度量证明了实质性信息是最少的,并提出了另一种方法,即选择互信息作为捕获线性和非线性相关性的度量。使用替代数据[16]可以创建线性特性保持不变但所有非线性特性被破坏的时间序列。因此,我们可以比较基于原始和线性化代理时间序列的网络拓扑度量,并研究非线性依赖关系。此外,这使我们能够直接量化非线性相关性,并推导出它们的定量度量。虽然许多研究都从经济物理学的角度研究了金融危机(如参考文献[17-19]),但我们将具体计算出危机期间非线性相关性的强度和影响。为了获得有关所研究资产集体动态的有用信息,我们创建了网络,并应用了不同的度量方法,如向心度、归一化树长和平均职业层[11]。最后,我们将这些方法应用于投资组合构建:将提出一种考虑非线性相关性的投资策略,以衡量投资敞口,与完全投资的投资组合相比,这将导致显著的表现优异。文章组织如下:第二节介绍了我们研究中使用的数据和方法。
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2022-6-2 17:57:14
第三节分析了从皮尔逊相关和互信息中获得的依赖矩阵。在第四节中,我们展示了在第五节中我们将我们的方法应用于投资组合构建时,从研究网络中获得的主要结果。第六.II节给出了我们的总结和结论。数据、相似性度量、复杂网络和代理。在Onnela[11]中,我们考虑了美国股市。我们从标准普尔500指数(S&P500 Index)中选择一部分股票,该指数代表美国500家资本最高、流动性最强的公司。。从1985年1月2日开始,我们的数据包括2015年12月31日之前指数中“幸存”的所有股票的每日收盘价,以便在整个期间具有一致的股票宇宙。这一共是N=152个时间序列,每个时间序列有7816个数据点。通常,股票价格p已转换为对数回报xxi,t=log pi,t- 对数pi,t-1.(1)为了获得动态演化的结果,我们将数据划分在多个重叠的窗口中,并计算每个窗口的度量。与参考文献[11]类似,我们选择了一个T=1000个交易日的固定大小滑动窗口,这相当于大约四年的数据。两个连续窗口之间的步长为δT=20个交易日。这确保了计算互信息所需的足够数据量。我们股票的时间序列定义为Xi={Xi,1…Xi,T}。所使用的数据可通过雅虎金融公开获取[20]。我们的时间范围足够长,可以调查一些关键的市场事件。数据涵盖了黑色星期一(1987年10月19日),当时全球股市在二战后首次崩盘。1997年图。1.
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2022-6-2 17:57:18
(a) 回报时间序列,(b)回报的自相关函数(蓝色)和回报的绝对值(绿色),(c)林肯国家公司(LNC)股票回报的相位图。相位图:相位Д(l)分散在相邻相位Д(l+1)上。到2001年,许多科技公司因互联网泡沫而过度投机和高估市场。泡沫在2002年破裂,7月和9月出现显著下降。最后,我们的数据包括2007/2008年次贷危机。当时,市场在2007年10月创下历史新高后下跌,2008年9月15日雷曼兄弟倒闭后发生崩盘。此外,我们考虑的时间跨度还包括一些重大的全球政治事件。其中包括1989年11月9日柏林墙的倒塌,引发了苏联的解体,以及2001年9月11日的9·11袭击。B、 相互依赖的措施1。皮尔逊相关系数量化股票之间相互依赖性的标准财务方法是皮尔逊相关系数ρ,ρXi,Xj=Pnt=1(Xi,t- xi)(xj,t- (R)xj)pPnt=1(xi,t- xi)pPnt=1(xj,t- 其中,xiare分别表示股票i和xitheirmean的股票收益率。它与区间[-1,1]有关,并允许直接比较不同资产的相关性,因为这是一个标准化度量。然而,皮尔逊相关性的一个严重问题是,它只捕捉线性相互关系。2、互信息众所周知,金融时间序列表现出非线性效应。如图1所示。
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