基本介紹
- 中文名：分數布朗運動及其在保險金融中的套用
- 作者：張驊月
基本信息,中文摘要,
基本信息
副題名
外文題名
論文作者
張驊月著
導師
郭軍義指導
學科專業
機率論與數理統計
學位級別
博士論文
學位授予單位
南開大學
學位授予時間
2007
關鍵字
布朗運動 隨機分析 風險分析 金融 保險
館藏號
F224.7
館藏目錄
2009\F224.7\4
中文摘要
自19世紀60年代，Mandelbrot使科學界注意“長程相關性”以來，這個概念變得越來越重要。如今，具有長程相關性的隨機模型已經激發了人們很大的研究興趣，並且被成功地套用到不同領域。例如，在排隊系統，流體模型，通信網路模型，交通模型，儲存模型和金融。參閱[21]，[41]，[62]，[68]，[80]，[81]，[82]， [96]，[102]和[106]。 分數布朗運動是一個常被使用的具有長程相關性的過程。關於分數布朗運動的研究最早可追溯到Kolmogorov[58]，並命名為Wiener螺線。Mandelbrot和Van Ness在一篇開創性的論文[69]中首次提出了“分數布朗運動”這一名字。關於分數布朗運動的詳細介紹，參閱[30]或[94]。 分數布朗運動作為一種模擬工具有時比標準布朗運動更加靈活。它被用來模擬工程學，物理學和金融數學中的各式各樣的隨機數據。本文我們集中考慮它在保險金融中的套用。 最近幾年保險金融正在蓬勃發展並且取得想當豐碩的成果。集體風險理論所關心的是保險公司的總資產和風險餘額的隨機波動。對於古典風險模型，索賠過程是用一個具有空間齊次性和獨立增量性的複合泊松過程來描述的。根據過程的弱收斂，[52]用帶漂移的布朗運動來近似風險過程。在風險理論中，一個擴散近似的現代版本被[34]和[35]給出。由於它們比較完美的性質，幾乎所有的精算變數包括破產時間、破產前餘額、破產時赤字的精確結果都已經被得到。近來，兩個風險模型下的一些最優問題包括再保險、投資和分紅被關注，並且部分已得到解決。 迄今，人們一直用具有馬爾科夫性的隨機過程來描述索賠過程。但在大部分情形下，保險公司的索賠過程呈現出長程相依性：給定時刻t後過程的行為，不僅依賴於t時刻的信息，而且還依賴於時刻t以前的歷史。這種現象是不容忽視的並且很可能對不同的問題產生影響，例如償付能力，定價及最優再保險水平等等。因此，最近分數布朗運動被用來模擬保險公司可能面臨的索賠，(參閱[3]， [20]，[32]，[33]，[75]和[76])。 在幾何布朗運動的框架下，Black和Scholes建立了著名的期權定價理論。然而，古典金融資產的數學模型仍不完善。兩個明顯的問題存在於Black-Scholes公式中，即金融資產的價格過程不總是高斯和馬爾科夫的。為了更好地描述金融資產的價格，人們引入了更一般的模型，例如重尾Levy過程和隨機波動率模型。後來，通過重標極差法(R/S)，研究人員發現證券市場的波動有明顯的持久性，然後他們試著用分數布朗運動模擬股價和其他資產價格，參閱[36]，[37]和[70]。 研究包括分數布朗運動的隨機微分方程所描述的系統是很自然的。在此體系下，一些標準問題，例如預報、參數估計和濾波已經得到了很好的解決，參考[12]， [14]，[38]，[54]，[55]，[56]，[60]，[78]和[86]。保險和金融中的最佳化問題已經吸引了人們很大的興趣。然而，大部分的結果是在馬爾科夫控制系統下得到的。所以，在更廣的環境下研究最優控制問題有其理論和實際價值。最近人們開始注意到分數布朗運動擾動的系統下的最優控制間題。例如，[23]嘗試著去解一般的最優間題。[46]和[47]莫定了分數布朗運動市場上最優理論和最優消耗的基礎。[49]研究了stop-loss-start-gain投資組合併且給出了標準期權定價的內在價值和時間價值的Carr-Jarrow分解。 另一方面，線性二次規劃是一個典型而且重要的隨機控制類，它可以被解決通過一個相關的黎卡提方程。就我們知道的，[57]得到一個有限時間區間上簡單線性二次規劃的完備解。[51]考慮了分數布朗運動所擾動下隨機線性系統的一些最優控制間題。儘管如此，LQ問題仍沒有被完全展示。所以，我的博士畢業論文主要致力於分數布朗運動擾動體系下，保險金融中LQ間題的進一步研究。 但是，對於分數布朗運動隨機控制間題的研究，不可避免地要涉及到關於它的隨機微分，相關的隨機積分和微分方程。因為分數布朗運動不是半鞅，極其豐富的半鞅隨機積分理論不能直接套用。下面，我們使用最近在[26]中定義地關於分數布朗運動的隨機微分。另外，由於分數布朗運動的非馬氏性，著名的Hamilton-Jacobi-Bellman方程不能被套用但是我們可以採用鞅方法和完全平方的方法去解決相應的控制問題。 本篇論文的結構和內容安排如下： 第一章，我們介紹了分數布朗運動的定義、性質及其關於分數布朗運動隨機積分理論的主要結果。 第二章，我們主要研究了分數布朗運動擾動下的古典風險過程的最優輸入間題。通過完全平方的辦法，最優控制策略的分析解被得到。另外，我們還得到相應的最優值函式。 第三章，我們在帶漂移分數布朗運動的風險模型下，考慮了保險公司的最優輸入和投資問題。我們給出了最優策略存在的充分條件。藉助於兩種不同的辦法，最優策略的解被給出。另外，我們導出了相應的最優值函式。最後，兩種特殊的情況被考慮。 第四章，在風險需求和投資兩種控制下，我們研究了動態均值-方差問題。基於HJB方程的粘性解和拉格朗日乘子技術，我們給出了古典的Cramér-Lundberg模型和擴散模型下有效前沿和有效策略的閉形式的解。 第五章，我們研究了動態均值-方差投資組合選擇問題，其中風險過程是被分數布朗運動擾動的古典風險過程。有效前沿和相應的有效策略也被得到，並且與標準布朗運動情況下的結果進行了比較。 第六章，我們考慮了在分數Black-Scholes市場上，動態連續時間的均值-方差投資組合選擇問題。有效前沿和相應的有效策略也被導出。我們展現了在分數布朗運動的均值-標準差圖上有效前沿仍然是一條直線。最後，我們在數值上比較了最優終端財富的期望，方差分別與Hurst參數，初始資本和無風險利率之間的關係。 第七章，當保費收入為時間的非線性函式時，我們給出了有限時間破產機率的上下界和無窮時間破產機率的顯式解。 需要指明，參考文獻末尾列舉了郭軍義教授和吳榮教授最近的一些工作。 關鍵字：分數布朗運動 長程相關 風險控制 古典風險模型 均值-方差投資組合 隨機積分 有效前沿 完全平方辦法 隨機最大值原則 Hamilton-Jacobi-Bellman方程 半鞅 正倒向隨機微分方程 線性二次規劃 Malliavin導數 Clark-Haussmann-Ocone定理 破產機率 學科分類號：93E20，60G15，60H07
