Áringadozások elıadás Kvantitatív pénzügyek szakirány 2012/13 2. félév

Hasonló dokumentumok
Bevezetés. 1. előadás, február 11. Módszerek. Tematika

18. Valószín ségszámítás. (Valószín ségeloszlások, függetlenség. Valószín ségi változók várható

Statisztika 1. zárthelyi dolgozat március 21.

Megjegyzések. További tételek. Valódi határeloszlások. Tulajdonságok. Gyenge (eloszlásbeli) konvergencia

f (M (ξ)) M (f (ξ)) Bizonyítás: Megjegyezzük, hogy konvex függvényekre mindig létezik a ± ben

A peremeloszlások. Valószínőségszámítás elıadás III. alk. matematikus szak. Példa. Valószínőségi vektorváltozók eloszlásfüggvénye.

A statisztikai vizsgálat tárgyát képező egyedek összességét statisztikai sokaságnak nevezzük.

Tartalom. Kezdeti szimulációs technikák. Tipikus kérdések. A bootstrap módszer. Bevezetés A független, azonos eloszlású eset:

Metrikus terek. továbbra is.

Gyakorlati kérdések. 2. előadás, február 22. Szimuláció (Chambers, 1976) Michael-féle szórásstabilizált P-P plot

Sorozatok, határérték fogalma. Függvények határértéke, folytonossága

Az átlagra vonatkozó megbízhatósági intervallum (konfidencia intervallum)

Bootstrap (Efron, 1979)

A tárgy címe: ANALÍZIS 1 A-B-C (2+2). 1. gyakorlat

BIOMATEMATIKA ELŐADÁS

Wiener-folyamatok definiciója. A funkcionális centrális határeloszlástétel. Norbert Wienerre, a második pedig egy Brown nevű XIX. században élt angol

2. Hatványsorok. A végtelen soroknál tanultuk, hogy az. végtelen sort adja: 1 + x + x x n +...

Komputer statisztika

Kutatói pályára felkészítı modul

ELTE TTK Budapest, január

Valószín ségszámítás (jegyzet)

Zavar (confounding): akkor lép fel egy kísérletben, ha a kísérletet végző nem tudja megkülönböztetni az egyes faktorokat.

V. Deriválható függvények

Autoregressziós folyamatok

Továbblépés. Általános, lineáris modell. Példák. Jellemzık. Matematikai statisztika 12. elıadás,

Fourier sorok FO 1. Trigonometrikus. A diákon megjelenő szövegek és képek csak a szerző (Kocsis Imre, DE MFK) engedélyével használhatók fel!

Kalkulus szigorlati tételsor Számítástechnika-technika szak, II. évfolyam, 2. félév

A függvénysorozatok olyanok, mint a valós számsorozatok, csak éppen a tagjai nem valós számok,

Andai Attila: november 13.

Kopulák. 2 dimenziós példák különbözı összefüggıséggel. Példák. Elliptikus kopulák. Sőrőségfüggvények. ( u) 7. elıadás március 24.

Intervallum Paraméteres Hipotézisek Nemparaméteres. Statisztika december 2.

1 n. 8abc (a + b) (b + c) (a + c) 8 27 (a + b + c)3. (1 a) 5 (1 + a)(1 + 2a) n + 1

Innen. 2. Az. s n = 1 + q + q q n 1 = 1 qn. és q n 0 akkor és csak akkor, ha q < 1. a a n végtelen sor konvergenciáján nem változtat az, ha

egyenletesen, és c olyan színű golyót teszünk az urnába, amilyen színűt húztunk. Bizonyítsuk

Statisztika 1. zárthelyi dolgozat március 18.

I. Függelék. A valószínűségszámítás alapjai. I.1. Alapfogalamak: A valószínűség fogalma: I.2. Valószínűségi változó.

véletlen : statisztikai törvényeknek engedelmeskedik (Mi az ami közös a népszavazásban, a betegségek gyógyulásában és a fiz. kém. laborban?

Mo= argmax f(x), ha X abszolút folytonos; Mo= argmax P (X = x i ), ha X diszkrét.

VII. A határozatlan esetek kiküszöbölése

Matematika B4 I. gyakorlat

FELADATOK A KALKULUS C. TÁRGYHOZ

Statisztika október 27.

1 k < n(1 + log n) C 1n log n, d n. (1 1 r k + 1 ) = 1. = 0 és lim. lim n. f(n) < C 3

(d) x 6 3x 2 2 = 0, (e) x + x 2 = 1 x, (f) 2x x 1 = 8, 2(x 1) a 1

ANALÍZIS I. TÉTELBIZONYÍTÁSOK ÍRÁSBELI VIZSGÁRA

Vegyészmérnöki, Biomérnöki, Környezetmérnöki szakok, 2017/18 ősz. 2 dx = 1, cos nx dx = 2 π. sin nx dx = 2 π

Matematikai statisztika

Populáció. Történet. Adatok. Minta. A matematikai statisztika tárgya. Valószínűségszámítás és statisztika előadás info. BSC/B-C szakosoknak

Kalkulus gyakorlat - Megoldásvázlatok

Statisztika. Földtudomány szak, geológus szakirány, 2015/2016. tanév tavaszi

Valószín ségszámítás 2 gyakorlat Alkalmazott matematikus szakirány

Matematika I. 9. előadás

ANALÍZIS I. DEFINÍCIÓK, TÉTELEK

Valószínűségi változók. Várható érték és szórás

Debreceni Egyetem. Kalkulus példatár. Gselmann Eszter

fogalmazva a nagy számok törvénye azt mondja ki, hogy ha vesszük n független és

Virág Katalin. Szegedi Tudományegyetem, Bolyai Intézet

Lajkó Károly Kalkulus I. példatár mobidiák könyvtár

biometria III. foglalkozás előadó: Prof. Dr. Rajkó Róbert Hipotézisvizsgálat

3.1. A Poisson-eloszlás

ANALÍZIS 1. I. VIZSGA január 11. Mérnök informatikus szak α-variáns Munkaidő: 90 perc., vagyis z 2 1p = i 1p = ( cos 3π 2 2

hidrodinamikai határátmenet

Integrálás sokaságokon

3. SOROZATOK. ( n N) a n+1 < a n. Egy sorozatot (szigorúan) monotonnak mondunk, ha (szigorúan) monoton növekvő vagy csökkenő.

Barczy Mátyás és Pap Gyula

(A TÁMOP /2/A/KMR számú projekt keretében írt egyetemi jegyzetrészlet):

A biostatisztika alapfogalmai, konfidenciaintervallum. Dr. Boda Krisztina PhD SZTE ÁOK Orvosi Fizikai és Orvosi Informatikai Intézet

Matematikai statisztika


Gyakorló feladatok II.

Statisztika (jegyzet)

SOROK Feladatok és megoldások 1. Numerikus sorok

8.1. A rezgések szétcsatolása harmonikus közelítésben. Normálrezgések. = =q n és legyen itt a potenciál nulla. q i j. szimmetrikus. q k.

Kevei Péter november 22.

2. gyakorlat - Hatványsorok és Taylor-sorok

f(n) n x g(n), n x π 2 6 n, σ(n) n x

DISZTRIBÚCIÓK. {x R N φ(x) 0}

Statisztika gyakorlat Geológus szakirány

Analízis I. gyakorlat

18. Differenciálszámítás

kismintás esetekben vagy olyanokban, melyeknél a tanulóalgoritmust tesztadatokon szeretnénk

Eddig megismert eloszlások Jelölése Eloszlása EX D 2 X P(X = 1) = p Ind(p) P(X = 0) = 1 p. Leíró és matematikai statisztika

Valószínűségszámítás II. feladatsor

ALGEBRA. egyenlet megoldásait, ha tudjuk, hogy egész számok, továbbá p + q = 198.

Sorok és hatványsorok vizsgálata Abel nyomán

Valószínűségszámítás alapjai szemléletesen

Határértékszámítás. 1 Határátmenet Tétel. (Nevezetes sorozatok) (a) n, n 2,... n α (α > 0), 1 n 0, 1. 0 (α > 0), (b) n 2 0,... 1.

Boros Zoltán február

A primitív függvény létezése. Kitűzött feladatok. határérték, és F az f egy olyan primitívje, amelyre F(0) = 0. Bizonyítsd be,

hogy alkalmas konstrukcióval megadható-e olyan sztochasztikus folyamat, melynek ezek

... Defi ció. Statisztia otosabba statisztiai függvéy) alatt a mitaeleme valamely T ο ;ο ;:::;ο ) függvéyét értjü, ahol T : R! R olya függvéy, hogy T

æ MATEMATIKAI STATISZTIKA Dr. Bolla Marianna, Matematika Intézet, Sztochasztika Tanszék

megoldásvázlatok Kalkulus gyakorlat Fizika BSc I/1, 1. feladatsor 1. Rajzoljuk le a számegyenesen az alábbi halmazokat!

Segédanyag a Leíró és matematikai statisztika tantárgyhoz március 28.

= λ valós megoldása van.

Kalkulus II., második házi feladat

Matematikai statisztika gyakorlat 2018/2019 II. félév

Draft version. Use at your own risk!

Valószínűségszámítás összefoglaló

1. előadás: Bevezetés. Irodalom. Számonkérés. Cél. Matematikai statisztika előadás survey statisztika MA szakosoknak. A matematikai statisztika tárgya

Átírás:

Árigadozások elıadás Kvatitatív pézügyek szakiráy 01/13. félév Heti óra elıadás + óra gyakorlat Elıadás: fıleg modellek, elemzési módszerek Gyakorlat: R programmal, alkalmazások Számokérés 50%: beadadó feladat (+órai muka gyakorlatoko) 50%: ZH az utolsó gyakorlato az elıadás ayagából Iformációk: www.cs.elte.hu/~zemplei

Tematika Stabilis eloszlások, vozási tartomáyok Extrém-érték modellek egy-és többdimezióba Kopulák Véletle mátrixok ARCH- GARCH modellek Pézügyi kérdések: portfólióoptimalizálás, szabályozók stb.

Módszerek Cikk/köyvfeldolgozás Mide elıadás végé irodalomjegyzék Matematikai modellek, de az alkalmazásokra kocetrálva Példák illusztrációkét (részletese a gyakorlato)

Ismétlés (Ω, A,P): Kolmogorov-féle valószíőségi mezı X : Ω R függvéy valószíőségi vektorváltozó, ha {ω: X(ω) B} A mide B -dimeziós Borel halmazra. Várható érték: E( X ) = X ( ω) dp( ω) Vektorváltozókra koordiátákét Ω

Függvéy várható értéke Legye g: R R B-mérhetı függvéy, X valószíőségi változó. Ekkor g(x) is valószíőségi változó, a várható értéke E( g( X )) = g( X ( ω)) dp( ω) = g( x) dq ( x) = X Ω R R Ha X abszolút folytoos, akkor ebbıl = R E ( g( X )) f ( x) g( x) dx X g( x) df X ( x)

Szóráségyzet (variacia) D (X):=E[(X-E(X)) ] Összeg szóráségyzete csak korrelálatla változókra egyezik meg a szóráségyzetek összegével Korreláció R ( X, Y ) = cov( X, Y ) D( X ) DY ( ) a lieáris kapcsolat erısségét méri

Mometumok E(X k ), ha létezik Tulajdoság: E(X r )< eseté E(X s )<, ha s<r. Ha E(X r )<, akkor z r P( X >z) 0, ha z Azaz: P( X >z)=o(z -r ) Ekvivales feltétel: E( X r ) < z r 1 P( X > z) itegrálható a (0, + ) - e

Nagy számok törvéyei Legye X 1, X,... függetle, azoos eloszlású m várható értékkel. Ekkor P ω X ( ω) + X ( ω) +... + X 1 ω : m = azaz (X 1 +X +...+ X )/ m 1 valószíőséggel. (Kolmogorov tétele) Hicsi tétele: Legye X 1, X,... párokét függetle, azoos eloszlású, m várható értékkel. Ekkor (X 1 +X +...+ X )/ m. sztochasztikusa. ( ) 1

Nagy számok törvéye összefüggı változókra Valami feltétel kell: X 1 =X = =X eseté (X 1 +X + +X )/ = X 1 és így em kovergál kostashoz. Tétel (Berstei). Legye (X 1, X,, X ) olya, hogy D (X 1 )+D (X ) + D (X )<k, valamit tegyük fel, hogy va olya h:n R + függvéy, melyre R(X i,x j ) h( i-j ) és 1 h( i) 0 ekkor (X 1 +X + +X )/ - (m 1 +m + +m )/ 0 sztochasztikusa. i= 1

Valódi határeloszlások Kérdés: lehet-e emelfajult valószíőségi változó a határérték? Tétel: ha X 1, X,... függetle valószíőségi változók, b számsorozat, melyre b és (X 1 +X +...+ X )/b X 1 valószíőséggel, akkor X 1 valószíőséggel álladó. Ehhez segédeszköz: 0 vagy 1 törvéy. Sıt: Tétel: ha X 1, X,... függetle valószíőségi változók, b számsorozat, melyre b és (X 1 +X +...+ X )/b X sztochasztikusa, akkor X 1 valószíőséggel álladó.

Gyege kovergecia Defiíció. X X gyegé (eloszlásba), ha az eloszlásfüggvéyeikre teljesül: F (z) F(z) az F mide folytoossági potjába. Megjegyzés. Ez a kovergecia em mod semmit a valószíőségi változók közelségérıl. Ω=[0,1], P= hosszúság, X =I [0,0.5] X=I [0.5,1] eseté F (z)=f(z), azaz teljesül a gyege kovergecia. A fetiekbıl az is látszik, hogy a határértékek csak az eloszlása érdekes.

Karakterisztikus függvéy (Fourier traszformált) Komplex értékő valószíőségi változók: Z=X+iY, ahol X és Y is valószíőségi változók. E(Z):=E(X)+iE(Y). X (valós) valószíőségi változó karakterisztikus függvéye: ϕ X (t):=e(e itx )=E(costX)+iE(sitX) Tulajdoságai: ϕ X (t) R C függvéy, mely mide X-re létezik. ϕ X (0)=1 mide X-re ϕ X (t) 1 (mert E(e itx ) E( e itx )=1 Ha X és Y függetleek, ϕ X+Y (t)= ϕ X (t)ϕ Y (t), mert E(e it(x+y) )= E(e itx e ity )= E(e itx ) E(e ity ) a függetleség miatt.

Tulajdoságok Ha E(X ) véges valamilye 1 egész számra. Ekkor ϕ X (t) -szer egyeletese folytoosa deriválható és ( l) ϕ X itx l ( t) = e ( ix) dq( x) Pl. 0 potba vett deriváltak: ( l) l l l ϕ (0) = ( ix) dq( x) = ie( X ) X Taylor sorfejtés: tegyük fel, hogy E(X ) véges. Ekkor t 0 mellett it ( it) ( it) ϕx ( t ) = 1+ E( X ) + E( X ) +... + E( X ) + o( t ) 1!!! ahol o(t ) jeletése, hogy t el osztva is 0-hoz tart, ha t 0.

ψ ( t) A stadard ormális eloszlás karakterisztikus függvéye Áll.: a stadard ormális eloszlás karakterisztikus függvéye: Ehhez: eleget tesz a ψ (t)=-t ψ(t) differeciálegyeletek. (Ez léyegébe elég is: (log ψ(t)) =-t, amibıl log ψ(t)=-t /+c, de ψ(0)=1 miatt c=1.) parciális itegrálással. ϕ( t) = x x 1 1 = tx e dx t = cos( ) ; ψ '( ) xsi( tx) e dx π π 1 x x 1 ψ '( t) = si( tx) e t cos( tx) e dx π π e t = tψ ( t)

Cetrális határeloszlás tétel Legyeek X 1, X,, X,... függetle, azoos eloszlású valószíőségi változók. Tegyük fel, hogy σ =D (X) véges (m:=e(x i )). Tekitsük a stadardizált összegüket: Z X1 : = +... + σ m Ekkor Z gyegé kovergál a stadard ormális eloszláshoz, azaz X +... + X m 1 P < z Φ( z ) σ ahol Φ a stadard ormális eloszlás eloszlásfüggvéye. X

Bizoyítás vázlata Elegedı a Z karakterisztikus függvéyére beláti, hogy ϕ (t) exp{-t /}. Ha ψ(t) jelöli az X -m karakterisztikus függvéyét, akkor X 1 +X + +X -m karakterisztikus függvéye ψ (t). Ebbıl A maradéktagos Taylor formula miatt Végül t t = ) ( ) ( σ ψ ϕ ) ( 1 ) (! ) ( 1! ) ( 1 ) ( t o t t o m X E t i m X E it t + = + + + = σ ψ (1) 1 1 1 ) ( ) ( t e o t t o t t t + = + = = σ σ σ σ ψ ϕ

A em azoos eloszlású eset Ekkor a agy számok törvéyéél már látott okok miatt erısebb feltételek kelleek. A legegyszerőbb eset: ha X 1, X,, X,... függetle, egyeletese korlátos valószíőségi változók (ekkor σ i =D (X i ) véges, tegyük fel viszot, hogy összegük végtelehez tart, m i :=E(X i )), akkor a stadardizált összegük: Z : = X 1 +... + X 1 ( m Ekkor Z gyegé kovergál a stadard ormális eloszláshoz, azaz ahol Φ a stadard ormális eloszlás eloszlásfüggvéye. 1 σ +... +σ +... + m ( Z < z) Φ(z) P )

Általáosítások Ljapuov tétel: Legyeek X 1, X,, X,... függetle valószíőségi változók. Tegyük fel, hogy m i =E(X), i σ i =D (X i ) valamit h i =E( X i -m i 3 ) véges. Legye B = σ 1 +σ + + σ. Valamit H 3 =h 1 +h + +h re H /B 0. Ekkor X1+... + X ( m1+... + m ) limp x ( x) < B =Φ Lideberg tétel: Legyeek X 1, X,, X,... függetle valószíőségi változók. Tegyük fel, hogy m i =E(X), i és σ i =D (X i ) véges. Ha tetszıleges ε>0-ra akkor 1 lim ( x m ) dq ( x) = liml(, ε ) = 0 i i B i= 1 { x: x m εb } i X1+... + X ( m1+... + m ) limp x =Φ( x) < B

Lideberg tétel megfordítása Tétel (Feller). Ha és 1 k akkor X1+... + X ( m1+... + m ) limp x =Φ( x) < B Y max k m k 0 B sztochasztikusa, lim L(,ε)=0.

Kovergeciasebesség Ha X 1, X,, X,... függetle, azoos eloszlású valószíőségi változók, t.f.h. m=0, σ=1, akkor supp z X1 +... + X m E X1 < z Φ( z) c σ (Berry-Essée tétel). Gyakorlatba agyo függ az eloszlás alakjától. Például az egyeletes eloszlásra =1 elég jó közelítést ad, de az expoeciális eloszlásra legalább =50 szükséges. 3

Stabilis eloszlások Def.: X stabilis eloszlású, ha tetszıleges a,bre megadható c és d, hogy ax+by eloszlása (X,Y függetle, azoos eloszlású) éppe cz+d eloszlása (Z is X eloszlású) Def.: Vozási tartomáy. F a G vozási tartomáyába tartozik, ha X 1, X,, X,... függetle, F eloszlásúakra megadható a, b ormáló sorozat, hogy i=1 X a i b G eloszlásba

Alkalmazásuk Fizikai törvéyszerőségek (pl. a Lévy eloszlás a Brow mozgás adott szit eléréséhez szükséges idı eloszlása) Általáos határeloszlás-tétel (Potosa a stabilis eloszlásokak va emüres vozási tartomáya) Vastag szélő (heavy tailed) eloszlások, pl. pézügyekbe

Szimmetrikus stabilis eloszlások Karakterisztikus függvéyük exp{- t α } ahol 0<α paraméter (α=: ormális eloszlás, α=1: Cauchy, α=0,5: Lévy) Mide stabilis eloszlás abszolút folytoos, sőrőségfüggvéyük végtele sokszor deriválható, de általába em adhatók meg zárt alakba Midegyik uimodális de a módusz általába em adható meg zárt alakba Az α< paraméterő stabilis eloszlás r-edik mometuma potosa r<α eseté véges

Általáos stabilis eloszlások Paraméterek: α idex β ferdeség γ skála δ hely α <1 és β =1 eseté félegyeesre kocetrált Egyébkét az egész számegyeesre

A ferdeségi paraméter szerepe Spec: E( X ) πα =δ βγ ta δ=0, β=0 eseté E(X)=0 (1< α) De β 0 eseté E(X), ha α 1 pedig a módusz 0 α = eseté E(X)= δ (β-ak ics szerepe)

A többi paraméter szerepe A jól ismert kvatilistraszformáció mőködik: ha q a γ=0, δ=0 (stadard) eloszlás kvatilise, akkor qγ+δ a γ, δ paraméterő eloszlás azoos kvatilise A szóráségyzet additivitásáak szerepét a γ α = γ 1α +γ α veszi át.

Cauchy eloszlás f ( x) = π ( γ γ + ( x δ ) ) X/Y eloszlása stadard Cauchy, ha X,Y függetle stadard ormális. Ebbıl adódóa megegyezik az 1 szabadságfokú t-eloszlással is. Világítótoroy-probléma: γ magasságú, δ távolságba levı világítótoroy véletleszerő iráyba világít. Az x tegelye a vetület eloszlása Cauchy (0,γ, δ)

Egy elrettetı példa α =0,1 β=0 β=0,5 β=1

Általáos határeloszlás Legyeek X 1, X,, X,... függetle, azoos eloszlású valószíőségi változók. Tegyük fel, hogy P( X >x) x -α L(x), ahol L lassú változású fv. a végtelebe (L(cx)/L(x) 1, ha x ). Ekkor megadható a, b hogy a ( X1 +... + X ) b ahol Z éppeαredő stabilis eloszlás. (Ekkor modjuk, hogy az X a Z vozási tartomáyába va) Z

Gyakorlati kérdések Paraméterbecslés: maximum likelihood a leghatásosabb (kofidecia itervallum is kostruálható) Illeszkedésvizsgálat Sőrőségfv. becslésbıl: paraméteres vs. emparaméteres ( középe jó) PP plot QQ plot (általába elıyösebb, mert az eloszlás széleit is mutatja, de ezek itt eltúlzottak lehetek)

Michael-féle szórásstabilizált P-P plot A PP plotál a szélsı potok szórása kicsi (a QQ plotál általába a középsıké) S=arcsi(U 1/ )/π : sőrőségfüggvéye si(πx)- szel aráyos, a redezett mita elemeiek szórása aszimptotikusa azoos. Az ábrázoladó potok: r i = (/π)arcsi[{(i -0.5)/ 1/ }] s i = (/π)arcsi[f{(y i -m)/s}] Tesztstatisztika is számolható: max r i -s i

Szimuláció (Chambers, 1976) Szimmetrikus eset: Legye Θ E[-π/; π/] eloszlású, W pedig exp(1) eloszlású, függetleek. Ekkor Aszimmetrikus eset, θ 0 :=arcta(βta(πα/)/α)

Illusztráció: részvéy-idısorok Napi hozamok, 00-01 Gyakoriság 0 00 400 600 800 1000 100 Átlag: 0,05 Miimum: -7 Maximum: 7 Szórás: 3 Nem ormális eloszlású! -30-0 -10 0 10 0 30 % ADN

Havi aggregálás Havi hozamok, 00-01 Gyakoriság 0 10 0 30 40 50 60-100 -80-60 -40-0 0 0 40 Átlag:1 Mi:-97 Max:38 Szórás:15 Ez sem ormális eloszlású, de már em vastag szélő % ADN

Kokrét példa GBP vs DM api log-hozam idısor ML becslésα-ra: 1,495; β ra:-0,18 Potozott: ormális sfv, vékoy:adatok, vastag: illesztett stabilis

Hivatkozások Chambers, J.M., Mallows, C. ad Stuck, B.W.: A method for simulatig stable radom variable (1976) Michael, P.: The stabilized probability plot (1983) Nola, J. P.: Modelig fiacial data with stable distributios (005) Nola, J. P.: Stable distributios (009)