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相依时序逐日盯市条件尾期望的经验估计

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陈皓钰, 彭作祥. 相依时序逐日盯市条件尾期望的经验估计[J]. 西南师范大学学报(自然科学版), 2023, 48(5): 30-36. doi: 10.13718/j.cnki.xsxb.2023.05.004
引用本文: 陈皓钰, 彭作祥. 相依时序逐日盯市条件尾期望的经验估计[J]. 西南师范大学学报(自然科学版), 2023, 48(5): 30-36. doi: 10.13718/j.cnki.xsxb.2023.05.004
CHEN Haoyu, PENG Zuoxiang. Empirical Estimation on Mark to Market Conditional Tail Expectation under α-mixing Dependence Structure[J]. Journal of Southwest China Normal University(Natural Science Edition), 2023, 48(5): 30-36. doi: 10.13718/j.cnki.xsxb.2023.05.004
Citation: CHEN Haoyu, PENG Zuoxiang. Empirical Estimation on Mark to Market Conditional Tail Expectation under α-mixing Dependence Structure[J]. Journal of Southwest China Normal University(Natural Science Edition), 2023, 48(5): 30-36. doi: 10.13718/j.cnki.xsxb.2023.05.004

相依时序逐日盯市条件尾期望的经验估计

详细信息
    作者简介:

    陈皓钰,硕士研究生,主要从事概率统计的研究 .

    通讯作者: 彭作祥,教授
  • 中图分类号: O211.4

Empirical Estimation on Mark to Market Conditional Tail Expectation under α-mixing Dependence Structure

  • 摘要: Chen等提出了逐日盯市在险价值,并在严平稳ρ-混合相依情形下,证明了其经验估计量的大样本性质. 基于逐日盯市在险价值,定义了逐日盯市条件尾期望,并在时序满足严平稳强混合条件时,分别证明了经验估计量的强相合性及渐近正态性.
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出版历程
  • 收稿日期:  2022-09-04
  • 刊出日期:  2023-05-20

相依时序逐日盯市条件尾期望的经验估计

    通讯作者: 彭作祥,教授
    作者简介: 陈皓钰,硕士研究生,主要从事概率统计的研究
  • 西南大学 数学与统计学院,重庆 400715

摘要: Chen等提出了逐日盯市在险价值,并在严平稳ρ-混合相依情形下,证明了其经验估计量的大样本性质. 基于逐日盯市在险价值,定义了逐日盯市条件尾期望,并在时序满足严平稳强混合条件时,分别证明了经验估计量的强相合性及渐近正态性.

English Abstract

  • 近年来,风险度量在金融市场中变得愈加重要. 记投资组合收益为随机变量X,其累积分布函数为FX(x). 给定显著性水平α∈(0,1),在险价值

    给出了投资组合以α的概率所遭受的最小损失值. 文献[1-2]分别刻画、研究了对冲基金的风险特征与资本充足率,及住宅市场的下行风险. 文献[3]将在险价值与医院金融风险管理相结合,以达增强医院资产流动的目的. 但VaR因不满足次可加性,故不是一致性风险度量[4]. 作为本文的研究对象,条件尾期望

    刻画了投资组合在损失超过阈值VaRX(α)时所遭受的期望损失值,且当FX(x)为连续函数时,其满足一致性风险度量的所有理想性质[4-5]. 关于条件尾期望估计量及条件尾期望在银行、金融服务与保险等领域的广泛应用,见文献[6-12].

    尽管在险价值与条件尾期望有着简单且易于理解的表达式,但其是根据持有期结束时的投资组合收益变化计算的. 故当金融机构出现投资组合在其持有期内有多次结算时,在险价值与条件尾期望很难适用于该金融机构内部风险的评估. 同时为缓解在险价值对资产市场风险的低估,基于投资组合在每一个连续交易日的收益时序{X1X2,…},文献[13]提出了逐日盯市在险价值

    其中:SkX=X1+…+Xkk为任一给定的正整数;FY(y)为当i=1时,Yi:=min(XiXi+Xi+1,…,Xi+Xi+1+…+Xi+k-1)的累积分布函数. 文献[13]在序列{Xii≥1}满足严平稳ρ-混合相依性的条件下,证明了逐日盯市在险价值经验估计量$-\hat{F}_{Y, n}^{-1}(\alpha)$的强相合性与渐近正态性,其中$\hat{F}_{Y, n}^{-1}(\alpha)$

    α分位数. 基于逐日盯市在险价值,本文提出逐日盯市条件尾期望:

    为保证逐日盯市条件尾期望满足风险度量一致性公理,且为便于后续理论推导,本文针对Y1的累积分布函数FY,作如下假设:

    (ⅰ) FY在定义域内连续;

    (ⅱ) FYξα的某邻域内至少二阶可导,其中ξα:=FY-1(α)=inf{yFY(y)≥α},且FY的一阶导函数F′Y与二阶导函数F″Y在该邻域内有界;

    (ⅲ) F′Y(ξα)=:f(ξα)>0.

    易知上述假设(ⅰ)保证了MMVaRSkX(α)=-ξα,且由假设(ⅱ),(ⅲ)可知逐日盯市条件尾期望有如下积分表达式

    其经验估计量定义为

    其中YinY1,…,Yn的第i次序统计量,[]表示对向下取整. 本文将在时序满足相较于文献[13]更弱的相依性,即严平稳强混合的条件下,证明$-\hat{F}_{Y, n}^{-1}(\alpha)$MMCTESkXn(α)的强相合性与渐近正态性.

    本文主要结论如下:

    定理1  假设{Xii≥1}为严平稳强混合序列,其混合系数满足α(n)≤cn-β,其中c>0,β>1. 则对任一给定的α∈(0,1)与任意的$\delta \in\left(\frac{9}{10+8 \beta}, \frac{1}{2}\right)$,当n→∞时,

    几乎处处成立.

    注1  对比定理1与文献[14]中的引理3.3可知,基于相同的参数δ,本文得到了一个比$O\left(n^{-\frac{1}{2}+\delta}(\log \right. \ \left.\log n)^{\frac{1}{2}}\right)$更好的界$O\left(n^{-\frac{1}{2}+\delta}\right)$.

    定理1的证明  为书写方便,记$\hat{F}_{Y, n}^{-1}(\alpha)$${\mathop \xi \limits^ \wedge _\alpha }$. 因{Xii≥1}为严平稳强混合序列,故由定义可知,{Yii≥1}也是严平稳强混合序列,且其强混合系数αY(n)满足αY(n)≤α(n)≤cn-β,其中c>0,β>1. 对于任意的$\delta \in\left(\frac{9}{10+\beta}, \frac{1}{2}\right)$,令$\epsilon_n=n^{-\frac{1}{2}+\delta}$n≥1,有

    其中$V_i=\mathrm{I}\left(Y_i>\xi_\alpha+\epsilon_n\right), v_{n 1}=F_Y\left(\xi_\alpha+\epsilon_n\right)-\alpha=f\left(\xi_\alpha\right) n^{-\frac{1}{2}+\delta}+o\left(\epsilon_n\right)$. 因为{Yii≥1}是严平稳强混合序列,由定义可知,{Vi-EVii≥1}亦为严平稳强混合序列,且与{Yii≥1}有着相同的强混合系数. 同时因其满足|Vi-EVi|≤1,故由文献[15]的定理1.3可得

    类似地,有

    其中$u_{n 2}=\alpha-F_Y\left(\xi_\alpha-\epsilon_n\right)=f\left(\xi_\alpha\right) n^{-\frac{1}{2}+\delta}+o\left(\epsilon_n\right)$$\left[\frac{n}{2 q}\right]$表示对$\frac{n}{2 q}$向下取整. 记υn=min(υn1υn2),则当n充分大时,有不等式$u_n \geqslant \frac{1}{3} f\left(\xi_\alpha\right) n^{-\frac{1}{2}+\delta}$成立. 令q=「n1-2δ(log n)2⌉,其中「⌉表示向上取整,综合不等式(2)与(3)可知,对于充分大的n,有

    成立,其中$\tau=-\frac{5}{4}+\delta\left(\frac{5}{2}+2 \beta\right)>1$. 因此,存在正整数n0使得

    则由Borel-Cantelli引理可知(1)式几乎处处成立. 定理证毕.

    如下定理2给出了逐日盯市在险价值经验估计量的渐近分布.

    定理2  假设{Xii≥1}为严平稳强混合序列,其混合系数满足α(n)≤cn-β,其中c>0,β>3. 记Y(1)Y(2)≤…≤ Y(n)≤…为过程{Yii≥1}的次序统计量. 若正整数序列{knn≥1}满足1≤knn,且当n→∞时,

    Hn=Y(kn),则

    其中$\sigma _\alpha ^2 = \mathop {\lim }\limits_{n \to \infty } n{\mathop{\rm Var}\nolimits} \left( {{{\hat F}_{Y, n}}\left( {{\xi _\alpha }} \right)} \right) < \infty $.

      因为

    其中Vi=I(Yi>ξα+an),$\tilde{v}_{n 1}=F_Y\left(\xi_\alpha+a_n\right)-\frac{k_n}{n}=F_Y\left(\xi_\alpha+a_n\right)-\alpha+o\left(n^{-\frac{1}{2}}\right)=f\left(\xi_\alpha\right) a_n+o\left(a_n\right)$,及

    其中:Wi=I(Yiξα-an),$\tilde{v}_{n 2}=\frac{k_n}{n}-F_Y\left(\xi_\alpha-a_n\right)=f\left(\xi_\alpha\right) a_n+o\left(a_n\right)$. 则由文献[16]引理3.4的证明易得,当n充分大时,$H_n \in \mathscr{D}_n:=\left[\xi_\alpha-a_n, \xi_\alpha+a_n\right]$几乎处处成立,其中$a_n=n^{-\frac{1}{2}}(\log \log n \cdot \log n)^{\frac{1}{2}}$. 由文献[16]的定理2.4可知,当$\delta>\max \left(\frac{5}{\beta-3}-1, \frac{2}{\beta-1}\right)$β>3,及n→∞时,对所有的$y \in \mathscr{D}_n$,有

    几乎处处成立. 因此,基于(5)式可得,当n→∞时,

    几乎处处成立,其中由文献[15]的定理1.5与定理1.7可知$\frac{n^{\frac{1}{2}}\left(\hat{F}_{Y, n}\left(\xi_\alpha\right)-\alpha\right)}{\sigma_\alpha} \stackrel{\mathscr{L}}{\longrightarrow} N(0, 1)$$\sigma _\alpha ^2 = \mathop {\lim }\limits_{n \to \infty } n{\mathop{\rm Var}\nolimits} \left( {{{\hat F}_{Y, n}}\left( {{\xi _\alpha }} \right)} \right) < \infty $. 利用泰勒展式,有

    综合(6),(7)式可知(4)式成立. 定理证毕.

    接下来的定理3-4给出了MMCTESkX(α)经验估计量的强相合性与渐近正态性.

    定理3  假设定理1的条件成立,且Y1的一阶矩存在. 则对任一固定的α∈(0,1),${MMCTE}_{S_k^X, n}(\alpha) \stackrel{a . s}{\longrightarrow} MMCT{E_{S_k^X}}(\alpha )$.

      若证得

    易知该定理结论成立. 因为E|Y1| < ∞,即$\int_0^1\left|F_Y^{-1}(u)\right| \mathrm{d} u<\infty$,则对任意给定的$\epsilon>0$,存在充分小的$\delta_\epsilon>0$

    (8) 式的左边部分可拆分为

    其中由定理1的证明易得$I_n^{(1)}=\frac{1}{n} \sum_{i=1}^n\left|Y_i\right|-\mathrm{E}\left|Y_1\right| \stackrel{a. s.}{\longrightarrow} 0$,因此存在N1>0,使得对于所有的n>N1,有

    由定理1可知,$\stackrel{\wedge}{F}_{Y, n}^{-1}(u) \stackrel{a \cdot s}{\longrightarrow} F_Y^{-1}(u)$在区间u∈(0,1)上局部一致成立. 故利用控制收敛定理,对于上述给定的$\epsilon$,存在N2>0,使得对于所有的n>N2,有

    成立. 综合(9)-(13)式可知对任意给定的$\epsilon>0$,存在$N_{\epsilon, \delta}:=\max \left(N_1, N_2\right)>0$,使得对所有的$n>N_{\epsilon, \delta}$,有$\mathrm{P}\left(\left|\int_0^1\right| \hat{F}_{Y, n}^{-1}(u)-F_Y^{-1}(u)|\mathrm{d} u|<\epsilon\right)=1$. 这表明(8)式成立. 定理证毕.

    定理4  假设定理1的条件成立,则对任一给定的α∈(0,1),

    其中$\sigma _Y^2(\alpha ) = \frac{1}{{{\alpha ^2}}}\mathop {\lim }\limits_{n \to \infty } {\mathop{\rm Var}\nolimits} \left( {\frac{1}{{{n^{\frac{1}{2}}}}}\sum\limits_{i = 1}^n {\int_{ - \infty }^{{\xi _\alpha }} {\left( {{\rm{I}}\left( {{Y_i} \le u} \right) - {F_Y}(u)} \right)} } {\rm{d}}u} \right) < \infty $.

      首先计算如下积分:

    基于类似的计算步骤,可得

    接着计算如下等式:

    其中基于(14)与(15)式可得

    由此可知RYn(α)的界为

    基于此界,对任一给定的α∈(0,1),因为$\hat{F}_{Y, n}\left(F_Y^{-1}(\alpha)\right)-\alpha=O_P\left(\frac{1}{n^{\frac{1}{2}}}\right), \hat{F}_{Y, n}\left(\hat{F}_{Y, n}^{-1}(\alpha)\right)-\alpha=O\left(\frac{1}{n}\right)$,且由定理1可知$F_Y^{-1}(\alpha)-\hat{F}_{Y, n}^{-1}(\alpha)=o_P(1)$,故$n^{\frac{1}{2}}\left|R_{Y, n}(\alpha)\right|=o_P(1)$. 因此,对任一给定的α∈(0,1),利用文献[15]的定理1.5与定理1.7,有

    成立,其中$\sigma _Y^2(\alpha ) = \frac{1}{{{\alpha ^2}}}\mathop {\lim }\limits_{n \to \infty } {\mathop{\rm Var}\nolimits} \left( {\frac{1}{{{n^{\frac{1}{2}}}}}\sum\limits_{i = 1}^n {\int_{ - \infty }^{{\xi _\alpha }} {\left( {{\rm{I}}\left( {{Y_i} \le u} \right) - {F_Y}(u)} \right)} } {\rm{d}}u} \right) < \infty $. 定理证毕.

参考文献 (16)

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