金融时间序列间的条件相关性分析与Copula函数的选择原则_李述山
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其中 (Z1t,W1t) 和 (Z2t,W2t) 独立且与 (Xt,Yt)|Ψ(t-1) 同分布 。
軒(ui,vj)|的大小刻画了 CopuCopula 函数 ,则 Wn= max |C(ui,vj)-C
1≤i,j≤n
la函数对数据的拟合程度 ,Wn 的取值越小 , 拟合程度越高 。 2.2
能够较全面地刻画非线性相关性
C
作者简介 : 李述山 (1966- ), 男 , 山东蒙阴人 , 博士 , 教授 , 研究方向 : 统计学 。
统计与决策 2010 年第 10 期 ( 总第 310 期 )
23
理 论 新 探
已知条件下 Xt 与 Yt 之间的条件 Kendall 相关系数为 :
τC=P{(Z1t-Z2t)(W1t-W2t)>0}-P{Z1t-Z2t)(W1t-W2t)<0}
其中 :C(t,t)=1-2t+c(t,t)
1.2
金融时间序列间的条件相关性度量 对两金融时间序列 {Xt,t=1 ,2 ,…,n} ,{Yt,t=1 ,2 ,… ,n} , 记
Ψt 为 t 及其以前时刻的信息集 , 我们关心的是在 Ψt-1 已知的
条件下 ,Xt 与 Yt 的相关程度 。 定义 1 定义 2 称在 Ψt-1 已知的条件下 ,Xt 与 Yt 之间的相关性 设在 Ψt-1 已知的条件下 ,Xt 与 Yt 的联合分布函 为 Xt 与 Yt 的条件相关性 。 数 为 Ht (x ,y) , 边 际 分 布 函 数 分 别 为 Ft (x) ,Gt (y) , 则 存 在 一 个 Copula 函 数 Ct 使 得 Ht (x ,y)=Ct (Ft (x) ,Gt (y)) , 称 Ct 为 (Xt,Yt) 在 Ψt-1 已知条件下的条件 Copula 函数 。 类似于非条件相关性度量 , 我们定义相应的条件相关性 度量 。 条件 τ :τC, 条件 α 上尾相关系数 :λU (α) , 条件 α 下尾相
Yt)|Ψ(t-1) 的 联 合 分 布 函 数 为 Ht(x,y) , 边 际 分 布 函 数 分 别 为 Ft (x) ,Gt(y) , 则 Xt 与 Yt 在 Ψ(t-1) 已知条件下 的 条 件 α 左 尾 相 关
系数和条件 α 右尾条件相关系数分别定义为 :
1 ,2 ,…,n )((ξi,ηi) 为 (ξ ,η) 的样本 ) 的 τ 的非参数估计量为 [1]: 軇= n τ 2
指 出 对 于 一 个 具 有 边 缘 分 布 F 1, F 2 , … , F m 的 联 合 分 布 函 数
F , 一 定 存 在 一 个 Copula 函 数 C , 使 得 F(x1, … ,xm)=C(F1 (x1) ,
…,Fm(xm) )。 事实上 ,Copula 函数描述了变量间的相关结构 , 运 用 Copula 技 术 来 分 析 随 机 变 量 间 的 相 关 性 有 很 多 优 点 : 与线性 相 关 系 数 相 比 , 由 Copula 函 数 导 出 的 一 致 性 和 相 关 性测度可以捕捉变量间非线性相关关系, 因此应用范围更 广 、 实用性更强 ; 与基于联合分布函数的建模方法相比 ,Cop-
λL (α)=P(Wt≤Gt (α)|Zt≤Ft (α)) λU (α)=P(Wt>Gt (1-α)|Zt>Ft (1-α))
左尾相关系数和右尾条件相关系数分别定义为 :
c -1 -1
c
-1
-1
軇軇 Σ
-1
1≤i<j≤n
sgn(ξi-ηi)(ηi-ηj))
(7 )
(2 )α 上尾相关系数与 α 下尾相关系数
理 论 新 探
金融时间序列间的条件相关性分析与 Co p u la 函数的选择原则
李述山
( 山东科技大学 信息与工程学院 , 山东 青岛 266510 )
摘
要 : 类似于通常的非线性相关性度量 , 文章建立了时间序列间的几个条件相关性度量 ; 提出
了相关性分析中 Copula 函数选择的两 个 原 则 ; 通 过 构 建 Copula-EGARCH 模 型 , 将 两 个 金 融 资 产 间的条件相关性分析转化为标准化残差间的相关性分析 。 通过沪深股市之间的条件相关性实证研究 发现 , 在常见的几种 Archimedean Copula 中 GS Copula 与 BB1 Copula 对金融市场相关性的描述具 有良好的效果 , 能够较全面地反映两个市场之间各种非线性条件相关性 , 并且 沪 市 与 深 市 之 间 的 条 件相关性很强 。 关键词 : 条件相关性 ;Archimedean Copula ;Copula-EGARCH 模型 ; 非线性相关性 中图分类号 :F830 文献标识码 :A 文章编号 :1002-6487 (2010 )10-0023-03 传统的线性相关系数已经不适应金融风险分析的需要 ,
益率 , 用 Copula-EGARCH 模型刻画 :
) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) )
Xit=μi+σitεit ln(σit )=ωi+Σαij|εit-j|+Σγik(εit-k)+Σβijln(σit-j )
j = 1 k = 1 j = 1 2 pi ri qi 2
C
+
(5 ) (6 )
即用参数估计法得到的 Kendall 的 τ 、α 上 、 下尾相关系 上述原则对条件 Copula 函数的选择同样适用 。
軍t(u,u)=1-2u+Ct(u ,u) 其中 :C 2 相关性分析中 Co p u la 函数的选择原则
3 基于 Co p u la - EGARCH 模型的条件相关 性分析
假 设 X1t,X2t 为 t 时 刻 两 项 资 产 ( 或 资 产 组 合 ) 的 对 数 收
采用 Copula 技术进行相关性分析 , 就要求 Copula 函数 要很好地刻画各种非线性相关关系 , 这体现在两个方面 : 一 是 Copula 函数要能很好地拟合实际数据 ; 二是 Copula 函数 要能够充分反映各变量间的非线性相关性指标 。 因此我们提 出如下选取原则 。
λL =lim P(Wt≤Gt (u)|Zt≤Ft (u))
u→0+
c
-1
-1
軒 (u ,v) 是 相 应 的 经 记 C(u ,v) 为 (ξ ,η) 对 应 的 Copula 函 数 ,C 軒 (u ,v) 是 C(u ,v) 的 估 计 量 , 因 此 , 我 们 用 验 Copula 函 数 , 由 于 C
0
引言 Copula 函数是连接随机变量边缘分布的连接函数 ,Sklar
Kentalτ 、α 上尾相关系数 λL(α) 、 下尾相关系数 λU、 上尾相关系
数 λL、 下尾相关系数已成为几种最重要的非线性相关系数 , 它们在金融风险分析中具有重要的作用 , 且都可以由 Copula 进行表达 [1~4]:
V) 为 边 缘 分 布 均 为 [0 ,1] 上 均 匀 分 布 的 随 机 向 量 , (uk,vk) (k= 1 ,2 ,… ,n ) 为 样 本 , 将 [0 ,1] 均 匀 分 割 成 m ×m 个 单 元 格 G(i ,j) (i ,j=1 ,2 ,… ,m ) 记 Aij 为 落 入 单 元 格 G(i ,j) 内 的 实 际 频 数 ,Bij
τC 度量了 Xt 与 Yt 在 Ψ(t-1) 已知的条件之下变化的一致
性程度 。 定义 4 设 {Xt} ,{Yt} 为两个随机变量序列 ,(Zt,Wt)=(Xt,
Kendall 的 τ 、α 上尾相关系数与 α 下尾相关系数等是重 要的相关性指标 ,Copula 函数的选择要较好地反映这些相关
性指标 。 (1 )Kental 的 τ : 设 (ξ ,η) 为 二 维 随 机 向 量 , 基 于 (ξi,ηi) (i=
表示落入单元格 G(i,j) 内的理论频数 , 则在原假设 H0:(U,V)~C
如下二式作为 α 上 、 下尾相关系数的非参数估计 :
λU =lim P(Wt>Gt (u)|Zt≤Ft (u))
u→1-
c
-1
-1
结论 :设(Zt,Wt)=(Xt,Yt)|Ψ(t-1)对应的 Copula 函数为 Ct,则
軒 (α , α) 軌 L(α)= C λ α 軒 (1-α ,1-α) 軌 U(α)= 1-2(1-α)+C λ α
数的估计要与上述非参数估计接近 。
(8 ) (9 )
τC=4
0<u ,v<1
蓦 C (u,v)dC (u,v)-1
t t
(4 )
軍 C C λU (α)= Ct(1-α,1-α) ,λL (α)= Ct(α,α) α α 軍 C λU =lim Ct(u,u) ,λL =lim Ct(u,u) u→1 u→0 u 1-u
型不限制边 缘 分 布 的 选 择 , 而 且 Copula 函 数 有 很 多 分 布 族 ; 二是 Copula 模 型 将 随 机 变 量 之 间 的 相 关 程 度 和 相 关 模 式 有 机地结合在一起 , 不仅可以得到度量相关程度的相关参数 , 还可以 得 到 描 述 相 关 模 式 的 Copula 函 数 , 可 以 更 全 面 地 刻 画随机变量间的相关关系 [1]。 因此 ,Copula 技术在相关性分析 及风险分析等方面得到了广泛的应用 。 当 我 们 用 Copula 函 数 来 刻 画 条 件 联 合 分 布 时 , 就 可 以 进行条件相关性分析 。 本文拟建立条件相关性的概念以及条 件相关性度量 , 提出相关性分析中 Copula 函数选择的原则 , 通 过 构 建 Copula-EGARCH 模 型 , 将 两 个 金 融 资 产 间 的 条 件 相关性转化为标准化残差间的相关性进行分析 , 并进行实证 研究 。
τ=4
0<u ,v<1
蓦 C(u,v)Hale Waihona Puke BaiduC(u,v)-1
(1 )
軍 λU(α)= C(1-α,1-α) ,λL(α)= C(α,α) α α 軍 λU=lim C(t,t) ,λL=lim C(t,t) t→1 1-t t→1 t
+
(2 ) (3 )
ula 模型更为灵活 。 这表现在如下两个方面 : 一是 Copula 模
(10 )
εij~iid(0 ,1) ,i=1 ,2
2
2.1
Copula 函数与经验 Copula 函数的拟合程度要高
首 先 , 所 选 择 Copula 函 数 要 通 过 拟 合 优 度 检 验 , 如 K-S
(ε1t,ε2t)~iid(C(F1(z1) ,F2(z2)))
检验 、χ2 拟合优度检验等 。 文 [9] 引入了一个评价 Copula 函数 的 χ2 拟 合 优 度 的 拟 合 优 度 检 验 法 ( 以 二 元 情 况 为 例 ): 设 (U ,
C
1 1.1
相关性度量与条件相关性度量
相关性度量
关 系 数 :λ L (α) , 条 件 上 尾 相 关 系 数 :λ U , 条 件 下 尾 相 关 系 数 :
C
C
λL , 同样它们可以由相应的条件 Copula 函数进行表达 。
定义 3 设 {Xt} ,{Yt} 为两个随机变量序列 , 定义在 Ψ(t-1)
其中 σit 为在 t-1 时刻的信息集 Ψt-1 给定的条件下 Xit 的 条件方差 。 引理 [2] 变的 。 由式 (10 ) 可以看 出 , 在 t-1 时 刻 的 信 息 集 Ψt-1 给 定 的 条 件 下 ,Xt =(X1t,X2t) 是 εt =(ε1t,ε2t) 的 严 格 增 变 换 , 因 此 有 如 下 推 论。 推论 收 益 率 向 量 Xt=(X1t ,X2t) 在 Ψt-1 已 知 条 件 下 的 条 件 Copula 函 数 与 标 准 化 残 差 εt =(ε1t ,ε2t) 的 Copula 函 数 相 同 , 因 此 X1t 与 X2t 之 间 的 条 件 相 关 性 与 ε1t ,ε2t 之 间 的 相 关 性相同。 由推论可以看出 ,X1t 与 X2t 之 间 的 条 件 相 关 性 可 以 通 过 残差 ε1t,ε2t 之间的相关性获得 。 由于 εt=(ε1t,ε2t) (t=1 ,2 ,…,T ) 独立同分布 , 可以视为来自同一个二维总体的样本 , 因此 ε1t, 连接函数对于随机变量的严格单调增变换是不
軒(ui,vj)|的大小刻画了 CopuCopula 函数 ,则 Wn= max |C(ui,vj)-C
1≤i,j≤n
la函数对数据的拟合程度 ,Wn 的取值越小 , 拟合程度越高 。 2.2
能够较全面地刻画非线性相关性
C
作者简介 : 李述山 (1966- ), 男 , 山东蒙阴人 , 博士 , 教授 , 研究方向 : 统计学 。
统计与决策 2010 年第 10 期 ( 总第 310 期 )
23
理 论 新 探
已知条件下 Xt 与 Yt 之间的条件 Kendall 相关系数为 :
τC=P{(Z1t-Z2t)(W1t-W2t)>0}-P{Z1t-Z2t)(W1t-W2t)<0}
其中 :C(t,t)=1-2t+c(t,t)
1.2
金融时间序列间的条件相关性度量 对两金融时间序列 {Xt,t=1 ,2 ,…,n} ,{Yt,t=1 ,2 ,… ,n} , 记
Ψt 为 t 及其以前时刻的信息集 , 我们关心的是在 Ψt-1 已知的
条件下 ,Xt 与 Yt 的相关程度 。 定义 1 定义 2 称在 Ψt-1 已知的条件下 ,Xt 与 Yt 之间的相关性 设在 Ψt-1 已知的条件下 ,Xt 与 Yt 的联合分布函 为 Xt 与 Yt 的条件相关性 。 数 为 Ht (x ,y) , 边 际 分 布 函 数 分 别 为 Ft (x) ,Gt (y) , 则 存 在 一 个 Copula 函 数 Ct 使 得 Ht (x ,y)=Ct (Ft (x) ,Gt (y)) , 称 Ct 为 (Xt,Yt) 在 Ψt-1 已知条件下的条件 Copula 函数 。 类似于非条件相关性度量 , 我们定义相应的条件相关性 度量 。 条件 τ :τC, 条件 α 上尾相关系数 :λU (α) , 条件 α 下尾相
Yt)|Ψ(t-1) 的 联 合 分 布 函 数 为 Ht(x,y) , 边 际 分 布 函 数 分 别 为 Ft (x) ,Gt(y) , 则 Xt 与 Yt 在 Ψ(t-1) 已知条件下 的 条 件 α 左 尾 相 关
系数和条件 α 右尾条件相关系数分别定义为 :
1 ,2 ,…,n )((ξi,ηi) 为 (ξ ,η) 的样本 ) 的 τ 的非参数估计量为 [1]: 軇= n τ 2
指 出 对 于 一 个 具 有 边 缘 分 布 F 1, F 2 , … , F m 的 联 合 分 布 函 数
F , 一 定 存 在 一 个 Copula 函 数 C , 使 得 F(x1, … ,xm)=C(F1 (x1) ,
…,Fm(xm) )。 事实上 ,Copula 函数描述了变量间的相关结构 , 运 用 Copula 技 术 来 分 析 随 机 变 量 间 的 相 关 性 有 很 多 优 点 : 与线性 相 关 系 数 相 比 , 由 Copula 函 数 导 出 的 一 致 性 和 相 关 性测度可以捕捉变量间非线性相关关系, 因此应用范围更 广 、 实用性更强 ; 与基于联合分布函数的建模方法相比 ,Cop-
λL (α)=P(Wt≤Gt (α)|Zt≤Ft (α)) λU (α)=P(Wt>Gt (1-α)|Zt>Ft (1-α))
左尾相关系数和右尾条件相关系数分别定义为 :
c -1 -1
c
-1
-1
軇軇 Σ
-1
1≤i<j≤n
sgn(ξi-ηi)(ηi-ηj))
(7 )
(2 )α 上尾相关系数与 α 下尾相关系数
理 论 新 探
金融时间序列间的条件相关性分析与 Co p u la 函数的选择原则
李述山
( 山东科技大学 信息与工程学院 , 山东 青岛 266510 )
摘
要 : 类似于通常的非线性相关性度量 , 文章建立了时间序列间的几个条件相关性度量 ; 提出
了相关性分析中 Copula 函数选择的两 个 原 则 ; 通 过 构 建 Copula-EGARCH 模 型 , 将 两 个 金 融 资 产 间的条件相关性分析转化为标准化残差间的相关性分析 。 通过沪深股市之间的条件相关性实证研究 发现 , 在常见的几种 Archimedean Copula 中 GS Copula 与 BB1 Copula 对金融市场相关性的描述具 有良好的效果 , 能够较全面地反映两个市场之间各种非线性条件相关性 , 并且 沪 市 与 深 市 之 间 的 条 件相关性很强 。 关键词 : 条件相关性 ;Archimedean Copula ;Copula-EGARCH 模型 ; 非线性相关性 中图分类号 :F830 文献标识码 :A 文章编号 :1002-6487 (2010 )10-0023-03 传统的线性相关系数已经不适应金融风险分析的需要 ,
益率 , 用 Copula-EGARCH 模型刻画 :
) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) )
Xit=μi+σitεit ln(σit )=ωi+Σαij|εit-j|+Σγik(εit-k)+Σβijln(σit-j )
j = 1 k = 1 j = 1 2 pi ri qi 2
C
+
(5 ) (6 )
即用参数估计法得到的 Kendall 的 τ 、α 上 、 下尾相关系 上述原则对条件 Copula 函数的选择同样适用 。
軍t(u,u)=1-2u+Ct(u ,u) 其中 :C 2 相关性分析中 Co p u la 函数的选择原则
3 基于 Co p u la - EGARCH 模型的条件相关 性分析
假 设 X1t,X2t 为 t 时 刻 两 项 资 产 ( 或 资 产 组 合 ) 的 对 数 收
采用 Copula 技术进行相关性分析 , 就要求 Copula 函数 要很好地刻画各种非线性相关关系 , 这体现在两个方面 : 一 是 Copula 函数要能很好地拟合实际数据 ; 二是 Copula 函数 要能够充分反映各变量间的非线性相关性指标 。 因此我们提 出如下选取原则 。
λL =lim P(Wt≤Gt (u)|Zt≤Ft (u))
u→0+
c
-1
-1
軒 (u ,v) 是 相 应 的 经 记 C(u ,v) 为 (ξ ,η) 对 应 的 Copula 函 数 ,C 軒 (u ,v) 是 C(u ,v) 的 估 计 量 , 因 此 , 我 们 用 验 Copula 函 数 , 由 于 C
0
引言 Copula 函数是连接随机变量边缘分布的连接函数 ,Sklar
Kentalτ 、α 上尾相关系数 λL(α) 、 下尾相关系数 λU、 上尾相关系
数 λL、 下尾相关系数已成为几种最重要的非线性相关系数 , 它们在金融风险分析中具有重要的作用 , 且都可以由 Copula 进行表达 [1~4]:
V) 为 边 缘 分 布 均 为 [0 ,1] 上 均 匀 分 布 的 随 机 向 量 , (uk,vk) (k= 1 ,2 ,… ,n ) 为 样 本 , 将 [0 ,1] 均 匀 分 割 成 m ×m 个 单 元 格 G(i ,j) (i ,j=1 ,2 ,… ,m ) 记 Aij 为 落 入 单 元 格 G(i ,j) 内 的 实 际 频 数 ,Bij
τC 度量了 Xt 与 Yt 在 Ψ(t-1) 已知的条件之下变化的一致
性程度 。 定义 4 设 {Xt} ,{Yt} 为两个随机变量序列 ,(Zt,Wt)=(Xt,
Kendall 的 τ 、α 上尾相关系数与 α 下尾相关系数等是重 要的相关性指标 ,Copula 函数的选择要较好地反映这些相关
性指标 。 (1 )Kental 的 τ : 设 (ξ ,η) 为 二 维 随 机 向 量 , 基 于 (ξi,ηi) (i=
表示落入单元格 G(i,j) 内的理论频数 , 则在原假设 H0:(U,V)~C
如下二式作为 α 上 、 下尾相关系数的非参数估计 :
λU =lim P(Wt>Gt (u)|Zt≤Ft (u))
u→1-
c
-1
-1
结论 :设(Zt,Wt)=(Xt,Yt)|Ψ(t-1)对应的 Copula 函数为 Ct,则
軒 (α , α) 軌 L(α)= C λ α 軒 (1-α ,1-α) 軌 U(α)= 1-2(1-α)+C λ α
数的估计要与上述非参数估计接近 。
(8 ) (9 )
τC=4
0<u ,v<1
蓦 C (u,v)dC (u,v)-1
t t
(4 )
軍 C C λU (α)= Ct(1-α,1-α) ,λL (α)= Ct(α,α) α α 軍 C λU =lim Ct(u,u) ,λL =lim Ct(u,u) u→1 u→0 u 1-u
型不限制边 缘 分 布 的 选 择 , 而 且 Copula 函 数 有 很 多 分 布 族 ; 二是 Copula 模 型 将 随 机 变 量 之 间 的 相 关 程 度 和 相 关 模 式 有 机地结合在一起 , 不仅可以得到度量相关程度的相关参数 , 还可以 得 到 描 述 相 关 模 式 的 Copula 函 数 , 可 以 更 全 面 地 刻 画随机变量间的相关关系 [1]。 因此 ,Copula 技术在相关性分析 及风险分析等方面得到了广泛的应用 。 当 我 们 用 Copula 函 数 来 刻 画 条 件 联 合 分 布 时 , 就 可 以 进行条件相关性分析 。 本文拟建立条件相关性的概念以及条 件相关性度量 , 提出相关性分析中 Copula 函数选择的原则 , 通 过 构 建 Copula-EGARCH 模 型 , 将 两 个 金 融 资 产 间 的 条 件 相关性转化为标准化残差间的相关性进行分析 , 并进行实证 研究 。
τ=4
0<u ,v<1
蓦 C(u,v)Hale Waihona Puke BaiduC(u,v)-1
(1 )
軍 λU(α)= C(1-α,1-α) ,λL(α)= C(α,α) α α 軍 λU=lim C(t,t) ,λL=lim C(t,t) t→1 1-t t→1 t
+
(2 ) (3 )
ula 模型更为灵活 。 这表现在如下两个方面 : 一是 Copula 模
(10 )
εij~iid(0 ,1) ,i=1 ,2
2
2.1
Copula 函数与经验 Copula 函数的拟合程度要高
首 先 , 所 选 择 Copula 函 数 要 通 过 拟 合 优 度 检 验 , 如 K-S
(ε1t,ε2t)~iid(C(F1(z1) ,F2(z2)))
检验 、χ2 拟合优度检验等 。 文 [9] 引入了一个评价 Copula 函数 的 χ2 拟 合 优 度 的 拟 合 优 度 检 验 法 ( 以 二 元 情 况 为 例 ): 设 (U ,
C
1 1.1
相关性度量与条件相关性度量
相关性度量
关 系 数 :λ L (α) , 条 件 上 尾 相 关 系 数 :λ U , 条 件 下 尾 相 关 系 数 :
C
C
λL , 同样它们可以由相应的条件 Copula 函数进行表达 。
定义 3 设 {Xt} ,{Yt} 为两个随机变量序列 , 定义在 Ψ(t-1)
其中 σit 为在 t-1 时刻的信息集 Ψt-1 给定的条件下 Xit 的 条件方差 。 引理 [2] 变的 。 由式 (10 ) 可以看 出 , 在 t-1 时 刻 的 信 息 集 Ψt-1 给 定 的 条 件 下 ,Xt =(X1t,X2t) 是 εt =(ε1t,ε2t) 的 严 格 增 变 换 , 因 此 有 如 下 推 论。 推论 收 益 率 向 量 Xt=(X1t ,X2t) 在 Ψt-1 已 知 条 件 下 的 条 件 Copula 函 数 与 标 准 化 残 差 εt =(ε1t ,ε2t) 的 Copula 函 数 相 同 , 因 此 X1t 与 X2t 之 间 的 条 件 相 关 性 与 ε1t ,ε2t 之 间 的 相 关 性相同。 由推论可以看出 ,X1t 与 X2t 之 间 的 条 件 相 关 性 可 以 通 过 残差 ε1t,ε2t 之间的相关性获得 。 由于 εt=(ε1t,ε2t) (t=1 ,2 ,…,T ) 独立同分布 , 可以视为来自同一个二维总体的样本 , 因此 ε1t, 连接函数对于随机变量的严格单调增变换是不