В эконометрике модель авторегрессионной условной гетероскедастичности (ARCH) представляет собой статистическую модель для временных рядов данных , которая описывает дисперсию текущего члена ошибки или инновации как функцию фактических размеров членов ошибки предыдущих периодов времени; [1] часто дисперсия связана с квадратами предыдущих инноваций. Модель ARCH подходит, когда дисперсия ошибки во временном ряду следует модели авторегрессии (AR); если для дисперсии ошибки предполагается модель авторегрессионного скользящего среднего (ARMA), то модель является обобщенной моделью авторегрессионной условной гетероскедастичности ( GARCH ). [2]
Модели ARCH обычно используются при моделировании финансовых временных рядов , которые демонстрируют изменяющуюся во времени волатильность и кластеризацию волатильности , т. е. периоды колебаний, перемежаемые периодами относительного спокойствия (то есть, когда временной ряд демонстрирует гетероскедастичность). Модели типа ARCH иногда считаются принадлежащими к семейству моделей стохастической волатильности , хотя это строго неверно, поскольку в момент времени t волатильность полностью предопределена (детерминирована) с учетом предыдущих значений. [3]
Спецификация модели
Для моделирования временного ряда с использованием процесса ARCH обозначим члены ошибки (возврат остатков по отношению к среднему процессу), т.е. члены ряда. Они разделены на стохастическую часть и зависящее от времени стандартное отклонение, характеризующее типичный размер членов, так что
Случайная величина — это сильный процесс белого шума . Ряд моделируется
,
где и .
Модель ARCH( q ) можно оценить с помощью обычных наименьших квадратов . Метод проверки того, проявляют ли остатки изменяющуюся во времени гетероскедастичность с использованием теста множителя Лагранжа, был предложен Энглом (1982). Эта процедура выглядит следующим образом:
Получите квадраты ошибок и регрессируйте их на константу и q запаздывающие значения:
где q — длина ARCH-лагов.
Нулевая гипотеза заключается в том, что при отсутствии компонентов ARCH мы имеем для всех . Альтернативная гипотеза заключается в том, что при наличии компонентов ARCH по крайней мере один из оцененных коэффициентов должен быть значимым. В выборке остатков T при нулевой гипотезе об отсутствии ошибок ARCH тестовая статистика T'R² следует распределению с q степенями свободы, где — число уравнений в модели, которое соответствует остаткам по сравнению с лагами (т. е. ). Если T'R² больше табличного значения хи-квадрат, мы отвергаем нулевую гипотезу и делаем вывод о наличии эффекта ARCH в модели ARMA . Если T'R² меньше табличного значения хи-квадрат, мы не отвергаем нулевую гипотезу.
В этом случае модель GARCH ( p , q ) (где p — порядок членов GARCH , а q — порядок членов ARCH ), следуя обозначениям оригинальной статьи, задается следующим образом:
Обычно при тестировании на гетероскедастичность в эконометрических моделях лучшим тестом является тест Уайта . Однако при работе с данными временных рядов это означает проверку на наличие ошибок ARCH и GARCH.
Экспоненциально взвешенное скользящее среднее (EWMA) — это альтернативная модель в отдельном классе моделей экспоненциального сглаживания. Как альтернатива моделированию GARCH, она имеет некоторые привлекательные свойства, такие как больший вес по более поздним наблюдениям, но также и недостатки, такие как произвольный фактор затухания, который вносит субъективность в оценку.
ГАРЧ(п,д) спецификация модели
Длина задержки p процесса GARCH( p , q ) устанавливается в три этапа:
Оценить наиболее подходящую модель AR( q )
.
Вычислите и постройте график автокорреляций
Асимптотическое, то есть для больших выборок, стандартное отклонение равно . Отдельные значения, которые больше этого, указывают на ошибки GARCH. Чтобы оценить общее количество лагов, используйте тест Льюнга–Бокса , пока их значение не станет менее, скажем, 10% значимым. Q-статистика Льюнга–Бокса следует распределению с n степенями свободы, если квадраты остатков некоррелированы. Рекомендуется рассматривать до T/4 значений n . Нулевая гипотеза утверждает, что ошибок ARCH или GARCH нет. Отклонение нулевой гипотезы, таким образом, означает, что такие ошибки существуют в условной дисперсии .
НГАРЧ
This section needs expansion with: [4][5]. You can help by adding to it. (October 2017)
НАГАРЧ
Нелинейный асимметричный GARCH(1,1) ( NAGARCH ) — это модель со спецификацией: [6] [7]
,
где и , что обеспечивает неотрицательность и стационарность дисперсионного процесса.
Для доходности акций параметр обычно оценивается как положительный; в этом случае он отражает явление, обычно называемое «эффектом кредитного плеча», означающее, что отрицательная доходность увеличивает будущую волатильность на большую величину, чем положительная доходность той же величины. [6] [7]
Эту модель не следует путать с моделью NARCH и ее расширением NGARCH, представленными Хиггинсом и Берой в 1992 году. [8]
ИГАРХ
Интегрированная обобщенная авторегрессионная условная гетероскедастичность (IGARCH) — это ограниченная версия модели GARCH, где постоянные параметры в сумме дают единицу, и импортирует единичный корень в процесс GARCH. [9] Условием для этого является
.
ЭГАРХ
Модель экспоненциального обобщенного авторегрессионного условного гетероскедастического (EGARCH) Нельсона и Као (1991) является другой формой модели GARCH. Формально, EGARCH(p,q):
Поскольку могут быть отрицательными, ограничений по знаку для параметров нет.
ГАРЧ-М
Модель GARCH-in-mean (GARCH-M) добавляет член гетероскедастичности в уравнение среднего. Она имеет следующую спецификацию:
Остаток определяется как:
QGARCH
Модель Quadratic GARCH (QGARCH) Сентаны (1995) используется для моделирования асимметричных эффектов положительных и отрицательных шоков.
В примере модели GARCH(1,1) остаточный процесс равен
где находится iid и
GJR-GARCH
Подобно QGARCH, модель Glosten-Jagannathan-Runkle GARCH (GJR-GARCH) Глостена, Джаганнатана и Ранкла (1993) также моделирует асимметрию в процессе ARCH. Предложение состоит в том, чтобы моделировать , где iid, и
где если , и если .
Модель TGARCH
Модель Threshold GARCH (TGARCH) Закояна (1994) похожа на GJR GARCH. Спецификация основана на условном стандартном отклонении вместо условной дисперсии :
где если , и если . Аналогично, если , и если .
фГАРЧ
Модель fGARCH Хентшеля [12], также известная как Family GARCH , представляет собой комплексную модель, которая объединяет множество других популярных симметричных и асимметричных моделей GARCH, включая APARCH, GJR, AVGARCH, NGARCH и т. д.
КОГАРЧ
В 2004 году Клаудия Клюппельберг , Александр Линднер и Росс Маллер предложили обобщение процесса GARCH(1,1) с непрерывным временем для дискретного времени. Идея состоит в том, чтобы начать с уравнений модели GARCH(1,1)
и затем заменить сильный процесс белого шума бесконечно малыми приращениями процесса Леви , а квадратичный процесс шума — приращениями , где
где положительные параметры , и определяются как , и . Теперь, учитывая некоторые начальные условия , указанная выше система имеет единственное по траектории решение , которое затем называется моделью GARCH с непрерывным временем ( COGARCH ). [13]
ZD-ГАРЧ
В отличие от модели GARCH, модель Zero-Drift GARCH (ZD-GARCH) Ли, Чжана, Чжу и Лина (2018) [14] допускает наличие дрейфа в модели GARCH первого порядка. Модель ZD-GARCH заключается в том, чтобы моделировать , где iid, а
Модель ZD-GARCH не требует , и поэтому она вкладывает модель экспоненциально взвешенного скользящего среднего (EWMA) в " RiskMetrics ". Поскольку дрейфовый член , модель ZD-GARCH всегда нестационарна, и ее статистические методы вывода существенно отличаются от методов классической модели GARCH. На основе исторических данных параметры и могут быть оценены обобщенным методом QMLE .
Пространственный GARCH
Пространственные процессы GARCH по Отто, Шмиду и Гартоффу (2018) [15] рассматриваются как пространственный эквивалент временных обобщенных моделей авторегрессионной условной гетероскедастичности (GARCH). В отличие от временной модели ARCH, в которой распределение известно с учетом полного набора информации для предыдущих периодов, распределение не является простым в пространственной и пространственно-временной обстановке из-за взаимозависимости между соседними пространственными локациями. Пространственная модель задается как и
где обозначает -е пространственное местоположение и относится к -му элементу матрицы пространственных весов и для . Матрица пространственных весов определяет, какие местоположения считаются смежными.
GARCH, управляемый гауссовым процессом
В другом ключе сообщество машинного обучения предложило использовать модели регрессии гауссовского процесса для получения схемы GARCH. [16] Это приводит к непараметрической схеме моделирования, которая обеспечивает: (i) повышенную устойчивость к переобучению, поскольку модель маргинализируется по своим параметрам для выполнения вывода в соответствии с байесовским обоснованием вывода; и (ii) захват сильно нелинейных зависимостей без увеличения сложности модели. [ необходима ссылка ]
Ссылки
^ Энгл, Роберт Ф. (1982). «Авторегрессионная условная гетероскедастичность с оценками дисперсии инфляции в Соединенном Королевстве». Econometrica . 50 (4): 987–1007 . doi :10.2307/1912773. JSTOR 1912773.
^ ab Bollerslev, Tim (1986). «Обобщенная авторегрессионная условная гетероскедастичность». Журнал эконометрики . 31 (3): 307–327 . CiteSeerX 10.1.1.468.2892 . doi :10.1016/0304-4076(86)90063-1. S2CID 8797625.
^ Брукс, Крис (2014). Введение в эконометрику финансов (3-е изд.). Кембридж: Cambridge University Press. стр. 461. ISBN9781107661455.
^ Ланне, Маркку; Сайкконен, Пентти (июль 2005 г.). «Нелинейные модели GARCH для высокоустойчивой волатильности» (PDF) . The Econometrics Journal . 8 (2): 251– 276. doi :10.1111/j.1368-423X.2005.00163.x. hdl :10419/65348. JSTOR 23113641. S2CID 15252964.
^ Боллерслев, Тим; Рассел, Джеффри; Уотсон, Марк (май 2010 г.). "Глава 8: Глоссарий ARCH (GARCH)" (PDF) . Эконометрика волатильности и временных рядов: Эссе в честь Роберта Энгла (1-е изд.). Оксфорд: Oxford University Press. стр. 137–163 . ISBN9780199549498. Получено 27 октября 2017 г. .
^ ab Engle, Robert F.; Ng, Victor K. (1993). "Измерение и тестирование влияния новостей на волатильность" (PDF) . Journal of Finance . 48 (5): 1749– 1778. doi : 10.1111/j.1540-6261.1993.tb05127.x . SSRN 262096. В финансовой литературе пока не ясно, являются ли асимметричные свойства дисперсий следствием изменения кредитного плеча. Название "эффект кредитного плеча" используется просто потому, что оно популярно среди исследователей применительно к такому явлению.
^ ab Posedel, Petra (2006). "Analysis Of The Exchange Rate And Pricing Foreign Currency Options On The Croatian Market: The Ngarch Model As An Alternative To The Black Scholes Model" (PDF) . Financial Theory and Practice . 30 (4): 347–368 . Особое внимание в модели уделяется параметру асимметрии [theta (θ)], который описывает корреляцию между доходностью и дисперсией. 6 ... 6 В случае анализа доходности акций положительное значение [theta] отражает эмпирически известный эффект рычага, указывающий на то, что нисходящее движение цены акции вызывает большее увеличение дисперсии, чем такое же нисходящее движение цены акции, что означает, что доходность и дисперсия отрицательно коррелируют
^ Хиггинс, ML; Бера, AK (1992). «Класс нелинейных арочных моделей». International Economic Review . 33 (1): 137– 158. doi :10.2307/2526988. JSTOR 2526988.
^ Капорале, Гульельмо Мария; Питтис, Никитас; Спаньоло, Никола (октябрь 2003 г.). «Модели IGARCH и структурные разрывы». Applied Economics Letters . 10 (12): 765– 768. doi :10.1080/1350485032000138403. ISSN 1350-4851.
^ Сент-Пьер, Эйлин Ф. (1998). «Оценка моделей EGARCH-M: наука или искусство». Ежеквартальный обзор экономики и финансов . 38 (2): 167– 180. doi :10.1016/S1062-9769(99)80110-0.
^ Чаттерджи, Суорн; Хаббл, Эми (2016). «Эффект дня на биотехнологических акциях США — имеют ли значение изменения политики и экономические циклы?». Annals of Financial Economics . 11 (2): 1– 17. doi :10.1142/S2010495216500081.
^ Хентшель, Людгер (1995). «Все в семье Вложенные симметричные и асимметричные модели GARCH». Журнал финансовой экономики . 39 (1): 71– 104. CiteSeerX 10.1.1.557.8941 . doi :10.1016/0304-405X(94)00821-H.
^ Klüppelberg, C. ; Lindner, A.; Maller, R. (2004). «Непрерывный процесс GARCH, управляемый процессом Леви: стационарность и поведение второго порядка». Journal of Applied Probability . 41 (3): 601– 622. doi :10.1239/jap/1091543413. hdl : 10419/31047 . S2CID 17943198.
^ Ли, Д.; Чжан, С.; Чжу, К.; Лин, С. (2018). «Модель ZD-GARCH: новый способ изучения гетероскедастичности» (PDF) . Журнал эконометрики . 202 (1): 1– 17. doi :10.1016/j.jeconom.2017.09.003.
Bollerslev, Tim; Russell, Jeffrey; Watson, Mark (май 2010). "Глава 8: Глоссарий ARCH (GARCH)" (PDF) . Эконометрика волатильности и временных рядов: Эссе в честь Роберта Энгла (1-е изд.). Оксфорд: Oxford University Press. стр. 137–163 . ISBN9780199549498.
Эндерс, В. (2004). «Моделирование волатильности». Временные ряды прикладной эконометрики (второе изд.). John-Wiley & Sons. стр. 108–155 . ISBN978-0-471-45173-0.
Энгл, Роберт Ф. (1982). «Авторегрессионная условная гетероскедастичность с оценками дисперсии инфляции в Соединенном Королевстве». Econometrica . 50 (4): 987– 1008. doi :10.2307/1912773. JSTOR 1912773. S2CID 18673159. (статья, которая вызвала всеобщий интерес к моделям ARCH)
Энгл, Роберт Ф. (1995). ARCH: избранные чтения . Oxford University Press. ISBN978-0-19-877432-7.
Энгл, Роберт Ф. (2001). «GARCH 101: Использование моделей ARCH/GARCH в прикладной эконометрике». Журнал экономических перспектив . 15 (4): 157– 168. doi :10.1257/jep.15.4.157. JSTOR 2696523. (короткое, читабельное введение)
Гуджарати, Д. Н. (2003). Основы эконометрики . С. 856–862 .
Хакер, RS; Хатеми-Дж, A. (2005). «Тест на многомерные эффекты ARCH». Applied Economics Letters . 12 (7): 411– 417. doi :10.1080/13504850500092129. S2CID 218639533.
Нельсон, ДБ (1991). «Условная гетероскедастичность в доходности активов: новый подход». Econometrica . 59 (2): 347–370 . doi :10.2307/2938260. JSTOR 2938260.