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2022-06-10
英文标题:
《Identifying long-term precursors of financial market crashes using
  correlation patterns》
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作者:
Hirdesh K. Pharasi, Kiran Sharma, Rakesh Chatterjee, Anirban
  Chakraborti, Francois Leyvraz and Thomas H. Seligman
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最新提交年份:
2018
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英文摘要:
  The study of the critical dynamics in complex systems is always interesting yet challenging. Here, we choose financial market as an example of a complex system, and do a comparative analyses of two stock markets - the S&P 500 (USA) and Nikkei 225 (JPN). Our analyses are based on the evolution of crosscorrelation structure patterns of short time-epochs for a 32-year period (1985-2016). We identify \"market states\" as clusters of similar correlation structures, which occur more frequently than by pure chance (randomness). The dynamical transitions between the correlation structures reflect the evolution of the market states. Power mapping method from the random matrix theory is used to suppress the noise on correlation patterns, and an adaptation of the intra-cluster distance method is used to obtain the \"optimum\" number of market states. We find that the USA is characterized by four market states and JPN by five. We further analyze the co-occurrence of paired market states; the probability of remaining in the same state is much higher than the transition to a different state. The transitions to other states mainly occur among the immediately adjacent states, with a few rare intermittent transitions to the remote states. The state adjacent to the critical state (market crash) may serve as an indicator or a \"precursor\" for the critical state and this novel method of identifying the long-term precursors may be very helpful for constructing the early warning system in financial markets, as well as in other complex systems.
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中文摘要:
复杂系统的临界动力学研究一直是一个有趣而又富有挑战性的课题。在这里,我们选择金融市场作为一个复杂系统的例子,并对两个股票市场——标准普尔500指数(美国)和日经225指数(JPN)进行了比较分析。我们的分析基于32年(1985-2016年)短时间时期的互相关结构模式的演变。我们将“市场状态”确定为具有类似关联结构的集群,其发生频率高于纯粹的偶然性(随机性)。关联结构之间的动态转换反映了市场状态的演化。利用随机矩阵理论中的幂映射方法来抑制相关模式上的噪声,并采用簇内距离法来获得“最佳”市场状态数。我们发现,美国有四个市场国家,日本有五个市场国家。我们进一步分析了成对市场状态的共现性;保持在相同状态的概率远远高于向不同状态的过渡。到其他状态的过渡主要发生在紧邻的状态之间,少数罕见的间歇过渡到远程状态。与临界状态(市场崩溃)相邻的状态可以作为临界状态的指标或“前兆”,这种识别长期前兆的新方法可能非常有助于构建金融市场以及其他复杂系统中的预警系统。
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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: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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2022-6-10 15:29:15
使用相关模式识别金融市场崩溃的长期前兆Shirdesh K.Pharasi、Kiran Sharma、Rakesh Chatterjee1,3、Anirban Chakraborti、Francois Leyvraz1,4和Thomas H.Seligman1,4法国科学研究院、墨西哥国立大学、库埃纳瓦卡62210、贾瓦哈拉尔尼赫鲁大学计算与综合科学学院、,新德里-110067,特拉维夫大学机械工程学院和Sackler计算分子和材料科学中心,特拉维夫-6997801,以色列国际科学中心,Cuernavaca-62210,墨西哥邮箱:hirdeshpharasi@gmail.com; anirban@jnu.ac.in102018年9月摘要。复杂系统的临界动力学研究一直是一项艰巨而富有挑战性的工作。在这里,我们选择金融市场作为一个复杂系统的例子,并对两个股票市场——标准普尔500指数(美国)和日经225指数(JPN)进行比较分析。我们的分析基于32年(1985-2016年)短时间时期的互相关结构模式的演变。我们将“市场状态”确定为具有类似关联结构的集群,其发生频率高于纯粹的偶然性(随机性)。关联结构之间的动态转换反映了市场状态的演变。采用随机矩阵理论中的功率映射法抑制相关模式上的噪声,并采用簇内距离法获得“最佳”市场状态数。我们发现,美国有四个市场国家,日本有五个。我们进一步分析了配对市场状态的共现性;保持在同一状态的概率远远高于转变为不同状态的概率。
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2022-6-10 15:29:18
到其他状态的跃迁主要发生在紧邻的状态之间,少数罕见的间歇跃迁到远程状态。与临界状态(市场崩溃)相邻的状态可能是临界状态的“前兆”,这种识别长期前兆的新方法可能对构建金融市场以及其他复杂系统的预警系统非常有帮助。关键词:市场崩盘、回报率互相关、市场状态、权力映射法、多维标度识别长期前兆21。简介金融市场是一个高度复杂且不断发展的系统[1-3]。为了了解金融市场及其组成部门的统计行为[4-9],研究人员将注意力集中在市场股票之间的协动和相关性信息上。众所周知,股市崩盘期间,股票之间的平均相关性所假定的价值远高于正常商业时期[10]。类似地,某些相关性结构似乎比纯粹的偶然性(随机性)更频繁地出现,特别是当市场接近关键时期或崩溃时[11,12]。然而,正如Munnix等人之前尝试的那样,要识别类似的(集群)关联模式,即“市场状态”,由于许多因素,是一个巨大的挑战。第一个因素是金融时间序列是非平稳的;第二个因素是,在有限长时间序列数据上计算的相关性中始终存在噪声【15】,抑制相关矩阵中相应的噪声以揭示实际相关性至关重要。为了解决非平稳性的第一个因素,我们使用短时间序列,以便计算相关性的时间步数可以被视为合理的系统平稳性。
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2022-6-10 15:29:21
然而,对于较短的时间序列,相关矩阵变得高度奇异[16–18]。为了解决噪音降低的第二个因素,可以使用各种技术[19,20]。在这里,我们将使用一种最新且有效的方法,即powermap方法[19、21、22],以减少噪声,并打破Igenvalue中的简并性,从而使相关矩阵不再奇异。此外,找到相似的相关模式簇(组)本身就是一个艰巨的任务。为了超越金融市场状态在平均相关性方面的简单量化,聚类技术似乎很有希望,相应时间序列相关矩阵的特征值研究也是如此【15】。在聚类研究中,k-means方法在top-todown聚类方面取得了一些成功,但它克服了一个主要缺点:聚类的数量,因此状态的数量在很大程度上是任意的(或特别的)。早些时候,Munnix等人。[13] had提供了一种方案,其中不同时间段的所有相关帧最初被视为一个单独的聚类,然后通过基于k均值算法的程序划分为子聚类。当每个集群中心到其成员的平均距离小于某个阈值时,他们停止了划分过程。Munnix等人基于自上而下的层次聚类方法,阈值为0.1465,这代表了集群之间距离与其固有半径的最佳比率,确定美国的市场州数为8个。在本论文中,为了确定“最佳”聚类数,我们使用了具有二维/三维表示的多维缩放(MDS)技术[23],这相对更容易可视化和研究时间演化。
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2022-6-10 15:29:23
因此,我们使用多维尺度映射,应用k均值聚类将相似相关模式的聚类划分为k组。我们提出了一种基于簇半径的新方法来估计簇的数目k,它可以很好地识别长期的前体3鲁棒性和稳定性。因此,我们对确定新处方确定的“最佳”市场状态数量有相当大的信心。在我们的研究中,我们使用了标准普尔500指数(美国)和日经225指数(JPN)证券交易所32年期(1985-2016年)雅虎金融[24]的调整后收盘价数据。股票列表已经过筛选,因此我们拥有的股票在整个32年的时间内都包含在市场指数中。其中,我们的主要发现是,美国有四个市场州,日本有五个市场州。然后,我们以概率的方式研究市场状态之间的动态转换;我们还分析了成对市场状态的共同发生,发现保持在同一状态的概率远远高于跳到另一状态的概率。这些跃迁主要发生在相邻态之间,少数罕见的间歇跃迁到远程态。与临界状态相邻的状态可能表示临界状态的“前兆”(市场崩溃),这种识别长期前兆的新方法可能非常有助于构建金融市场和其他复杂系统中的预警系统。本文组织如下:我们简要介绍了方法和数据描述。然后,我们介绍了数据分析的主要部分以及上述发现。最后,我们提出总结和结论。数据描述、方法和结果2.1。
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2022-6-10 15:29:27
数据说明我们使用了雅虎金融(Yahoo fi Finance)[24]数据库,对两个国家的调整收盘价时间序列进行了分析:美国(USA)标准普尔500指数和日本(JPN)日经225指数,1985年1月2日至2016年12月30日,以及相应的股票如下:o美国-1985年1月2日至2016年12月30日(T=8068天);库存数量N=194;oJPN-1985年1月4日至2016年12月30日(T=7998天);股票数量N=165,其中我们包括了整个期间指数中存在的股票。表1给出了部门缩写。补充信息表S1和S2中给出了这两个市场的股票(以及行业)列表。2.2. 互相关矩阵和幂映射方法我们研究了N只股票回报时间序列的互相关结构的时间演化,并确定了市场状态的最佳数量(比纯粹的偶然性或随机性更频繁存在的相关模式);此外,市场状态在不同时期的动态演变。dailyreturn时间序列构造为rk(t)=ln Pk(t)- ln Pk(t- 1) ,其中Pk(t)识别长期前体4表1。标准普尔500指数和日经225指数市场不同部门的缩写标签部门CD消费者非必需ID工业SCS消费品IT信息技术CP资本品MT材料CN消费品PR制药公司SEG能源TC技术FN金融和公用事业HC医疗保健t时(交易日)第k只股票的调整后收盘价。然后,使用等时Pearson互相关系数Cij(τ)=(hrirji)构建互相关矩阵- hrihrji)/σiσj,其中i,j=1,N和τ表示大小为M天的时间纪元的结束日期。
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