КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ


Номер 15-11-30042

НазваниеСтохастика, статистика и финансовая математика

РуководительМуравлев Алексей Анатольевич, Кандидат физико-математических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Математический институт им. В.А. Стеклова Российской академии наук, г Москва

Период выполнения при поддержке РНФ 2015 г. - 2017 г. 

Конкурс№9 - Конкурс 2015 года на получение грантов по приоритетному направлению деятельности Российского научного фонда «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований с представлением результатов в рамках международной конференции (конгресса)».

Область знания, основной код классификатора 01 - Математика, информатика и науки о системах, 01-110 - Теория вероятностей и математическая статистика

Ключевые словаСтохастика, статистика, финансовая математика, разладка случайных процессов, представимость мартингалов, полнота систем случайных процессов, моменты падения

Код ГРНТИ27.43.00


СтатусУспешно завершен


 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ


Аннотация
Развитие стохастических методов во многом обусловлено их практическими применениями в разных прикладных областях. В последнее время основным источником задач является финансовая математика (так например, фундаментальное понятие броуновского движения впервые возникло независимо в работе Л. Башелье "Теория спекуляций" 1900 г. использовавшего его для моделирования цен товаров на бирже, а также в работе А. Эйнштейна в контексте математической физики). Данный проект направлен на развитие методов стохастического анализа, статистики случайных процессов и их приложений в финансовой математике. Будут проведены исследования по свойствам моментов "падения" и "роста" случайного процесса, последовательным методам обнаружения разладок случайных процессов, задаче о внутренней полноте системы случайных процессов. Полученные результаты, помимо их теоретического значения, планируется интерпретировать в контексте приложений к финансовой математике и ее задачам, связанным с оптимальным инвестированием и вопросами экономического равновесия. Величины роста и падения случайного процесса представляют собой его максимальное отклонение от максимума или минимума; планируется изучить их распределения для общего класса случайных процессов, а также совместное распределение этих величин со значениями процесса. В контексте финансовой математики они представляют собой альтернативу стандартным мерам риска (таким как VaR, AVaR) и мерам доходности (отношение Шарпа и т.п.). Разладкой случайного процесса называется ненаблюдаемый момент изменения его вероятностных характеристик, например, в простейшем случае - момент изменения коэффициента сноса броуновского движения. под их обнаружением понимается оценивание данных моментов по изменениям в структуре наблюдаемого процесс.а Планируется разработать методы обнаружения моментов разладок, когда они последовательно происходят на бесконечном временном горизонте. Эти результаты могут быть применены в вопросах оптимального инвестирования, где изменением характеристик наблюдаемых процессов может, например, являться изменение направления движения процессов цен акций. Задача о внутренней полноте состоит в определении того, может ли любой мартингала быть представлен в виде стохастического интеграла по заданной системе процессов, которая дана не непосредственно (например, в форме процесса Ито), а неявно как решение некоторой оптимизационной задачи. Планируется получить достаточные критерии (и, возможно, необходимые) для внутренней полноты в различных постановках задания системы случйных процессов. В финансовой математике это тесно связано с вопросами существования динамического равновесия, где процессы представляют собой цены акций, устанавливаемые для обеспечения баланса спроса и предложения, что задается как решение задачи максимизации полезности каждым экономическим агентом. Полнота необходима для возможности осуществления торговых стратегий (которые представляются стохастическими интегралами), обеспечивающих максимизацию полезности. Указанные задачи находятся на современном крае исследований по стохастическим процессам, и, в особенности, их приложениям в финансовой математике. Новизна состоит в рассмотрении моделей, которые существенно приближают имеющиеся в литературе модели к реальным финансовым рынкам.

Ожидаемые результаты
Исследование свойств величин роста и падения случайных процессов, их распределений, и их совместных распределений со значениями наблюдаемых процессов. Решение задачи о внутренней полноте системы процессов, заданных неявно как в виде оптимизационной задачи с фильтрацией, порожденной фрактальным броуновским движением, а также задачи при наличии несимметричной информации (ожидается либо найти достаточные условия для представимости, либо построить контрпример, показывающий что разумных общих условий недостаточно). Решение задачи обнаружения многократной разладки для различных критериев оптимальности правил обнаружение. Ожидаемые результаты будут иметь как теоретическую значимость для дальнейших исследований, так и, в особенности, могут быть использованы в задачах финансовой математики: задачи связанные с моментами роста и падения представляют альтернативу стандартным финансовым мерам риска; решение задачи обнаружения моментов разладки может быть использовано в вопросах оптимального инвестирования для нахождения моментов по перераспределению портфеля ценных бумаг; задача о внутренней полноте тесно связана с вопросами существования динамического равновесия на финансовых рынках.


 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ


Аннотация результатов, полученных в 2015 году
Найдено преобразование Лапласа четверки величин, состоящей из моментов падения и роста броуновского движения со сносом и значений процесса в эти моменты времени. Предложен метод его аналитического обращения по пространственным координатам. Качественно исследовано решение задачи обнаружения многократной разладки броуновского движения по последовательным наблюдениям, показано, что оно может быть представлено в виде пороговой стратегии для процесса достаточной статистики. Найдены эффективные представления для вычисления новых количественных характеристик оптимальности инвестиционных стратегий на финансовых рынках, основанных на монотонной модификации отношения Шарпа. Доказано, что нормирование квадрата нормы решения линейного стохастического дифференциального уравнения с субэкспоненциально устойчивой матрицей обеспечивает сходимость к нулю нормированного процесса (при условии ограниченности дисперсий компонент). Решена задача оптимального управления в модели рынка, где рисковый актив задается процессом со стохастической волатильностью. В явном виде построено оптимальное управления в задаче управления одним диффузионным процессом, коэффициенты которого зависят от другого диффузионного процесса.

 

Публикации

1. А. Муравлев On the joint distributions related to drawdowns and drawups of a Brownian motion with drift Препринт, - (год публикации - 2015)

2. Е. Паламарчук Анализ асимптотического поведения решения линейного стохастического дифференциального уравнения в случае субэкспоненциально устойчивой матрицы Препринт, - (год публикации - 2015)

3. М. Житлухин, А. Муравлев, М. Урусов Multiple change point detection problem Препринт, Препринт (год публикации - 2015)


Аннотация результатов, полученных в 2016 году
Изучалась линейная версия задачи об обнаружении многократной разладки, где вместо процесса "телеграфного сигнала" рассматривается гауссовский процесс с такими же первыми двумя моментами. Для нее установлен вид процесса достаточной статистики, на основе чего задача об обнаружении разладки была сведена к некоторой задаче оптимального управления. В свою очередь, эта задача сведена к задаче со свободной границей для некоторого дифференциального уравнения, решение которой, исследовано в терминах фундаментальных решений. Найдено преобразование Лапласа для момента первого падения диффузии при условии того, что оно произошло раньше момента первого роста. Показано, что этого достаточно для вычисления совместных распределений; для подсчета был предложен метод, основанный на сведении к соответствующим уравнениям в частных производных. Исследовался также ряд новых задач однократной разладки. Была решена задача построения доверительного интервала для момента разладки по последовательным наблюдениям "в первом приближении" (при малой длине интервала). Сформулирована и решена задача о разладке для броуновского моста: качественно изучено решение и предложен численный алгоритм его нахождения. Исследовался критерий обнаружения CUSUM, для которого было дано новое доказательство его оптимальности в постановке Лордена для непрерывного времени. Были изучены новые меры риска, главным образом, обобщения Conditional Value at Risk на случай двойственных функционалов из пространства Lp. Для них получены эффективные представления. На их основе предложены новые меры доходности финансовых стратегий. Предложено обобщение конструкции квази-выпуклых вероятностей (введенной в работах Rockafellar, Royset и Uryasev, Mafusalov, Norton), которое основано на изученных мерах риска. Показано, как оно связано с мерами доходности. Было установлено, что при определенной структуре вероятностного пространства (непрерывности всех мартингалов), свойство показателя экспоненты оптимальной эквивалентной мартингальной меры быть BMO-мартингалом эквивалентно тому, что найдется хотя бы одна эквивалентная мартингальная мера с таким свойством. Исследовалось обобщение этого результата на случай без ограничения на непрерывность мартингалов; получено соответствующее достаточное условие, которое планируется далее улучшить. Рассматривалась задача управления, состоящая из линейного управляемого случайного процесса и интегрального квадратичного целевого функционала с вырождающимися со временем матрицами в уравнении динамики состояния и подынтегральной квадратичной формы. Получено, что закон управления в виде линейной обратной связи по состоянию является оптимальным в задаче стохастического линейного регулятора на бесконечном интервале времени для невыявляемой системы. Сформулированы соответствующие критерии оптимальности - скорректированный критерий обобщенного долговременного среднего и его потраекторная версия, в качестве нормировки содержащие интеграл от квадрата нормы матрицы диффузии, домноженной на корректирующую функцию. Рассматривалась задача оптимального инвестирования в модели M-CEV со степенной функцией полезности. Для нее найден явный вид оптимальной стратегии. Для него получено два представления: через специальные функции гипергеометрического типа и через цепную дробь от элементарных функций. Изучались математические методы в вопросах, связанных с проблемой взаимозачета (клиринга) в финансовых системах. Был адаптирован метод последовательного исключения неизвестных к нелинейным уравнениям специального типа. На его основе предложен новый эффективный алгоритм вычисления клиринговых векторов. Был рассмотрен алгоритм Роджерса-Луитпольд для моделей с потерями при дефолтах и дано доказательство сходимости алгоритма; он позволяет находить клиринговый вектор за конечное число шагов.

 

Публикации

1. Житлухин М.В., Муравлев А.А., Ширяев А.Н. О доверительных интервалах для момента «разладки» броуновского движения Успехи математических наук, Т. 71, в. 1, с. 171-172 (год публикации - 2016) https://doi.org/10.4213/rm9702

2. Крамков Д., Вестон К. Muckenhoupt’s (Ap) condition and the existence of the optimal martingale measure Stochastic processes and their applications, Volume 126, issue 9, p. 2615-2633 (год публикации - 2016) https://doi.org/10.1016/j.spa.2016.02.012

3. Лисовский Д.И. Байесовская задача о разладке для броуновского моста Успехи математических наук, Т. 71, в. 5, с. 177-178 (год публикации - 2016)

4. Паламарчук Е. On Infinite Time Linear–Quadratic Gaussian Control of Inhomogeneous Systems Proceedings of 2016 European Control Conference, P. 2477-2482 (год публикации - 2016)

5. Ширяев А.Н. О минимаксной оптимальности CUSUM-статистики в задачах о разладке для броуновского движения Теория вероятностей и ее применения, - (год публикации - 2016)


Аннотация результатов, полученных в 2017 году
Для моментов остановки, связанных с падением и ростом броуновского движения со сносом, была численно найдена плотность с помощью обращения преобразования Лапласа. Также было показано, как количество параметров может быть снижено. Получено представление для максимума отношения математического ожидания к отклонению по всем случайным величинам ограниченными некоторой заданной случайной величиной (монотонное отношение Шарпа) через решение некоторой (сравнительно простой) оптимизационной задачи. Задача последовательного различения на конечном временном интервале двух простых гипотез для процесса броуновского моста в байесовской постановке была сведена к задаче со свободной границей, свойства которой были затем полностью изучены. Для задачи нахождения аналитических выражений вероятностного распределения и математического ожидания момента первого выхода винеровского процесса с разладкой на заданный уровень были найдены преобразования Лапласа, с помощью которых затем были получены все требуемые вероятностные характеристики исследуемого момента остановки. Показано, что при условии ограниченности квадрата нормы матрицы диффузии темпом устойчивости асимптотическая верхняя оценка для квадрата нормы решения линейного стохастического дифференциального уравнения с неэкспоненциально устойчивой матрицей имеет вид, зависящий от характеристики интегрального соотношения между темпом устойчивости и нормой матрицы диффузии. Найдено решение задачи оптимального управления портфелем динамика которого описывается многомерных процессом Орнштейна — Уленбека. Установлен многомерный вариант «сшивающей» леммы Фейеля и де Ла Праделя для монотонных функций контроля общего вида, удовлетворяющих некоторым условиям интегрируемости. Получены оценки типа Лова-Янга-Тоуги, с помощью которых многомерная теория интегрирования Янга расширена на новые классы функций. Доказано существование многомерных стохастических интегралов по фрактальному броуновскому движению (с параметром Харста, большим 1/2) для широкого класса подынтегральных функций, включающего некоторые разрывные функции от траекторий данного процесса.

 

Публикации

1. Д.Л. Муравей Оптимальное управление портфелем в модифицированной модели постоянной эластичности дисперсии Труды факультета ВМК МГУ, Прикладная математика и информатика, №54, с. 93-101 (год публикации - 2017)

2. Е. С. Паламарчук Анализ асимптотического поведения решения линейного стохастического дифференциального уравнения с субэкспоненциально устойчивой матрицей и его приложение к задаче управления Теория вероятностей и ее применения, т. 62, в.6,с.654-669 (год публикации - 2017)

3. Житлухин М.В. О максимизации отношения математического ожидания к отклонению случайной величины Успехи математических наук, т. 72, в. 4, с. 191–192 (год публикации - 2017)

4. Лисовский Д.И. О моментах первого выхода винеровского процесса с разладкой на заданный уровень Успехи математических наук, т. 72, в. 6, с.197-198 (год публикации - 2017)

5. П. Яськов Extensions of the sewing lemma with applications Stochastic processes and their applications, - (год публикации - 2018)

6. Паламарчук Е.С. Об обобщении логарифмической верхней функции для решения линейного стохастического дифференциального уравнения с неэкспоненциально устойчивой матрицей Дифференциальные уравнения, - (год публикации - 2018)

7. Ю. М. Кабанов, Р. Мокбель, Х. Эль Битар Взаимозачет в финансовых сетях Теория вероятностей и ее применения, т. 62, в.2, с. 311-344 (год публикации - 2017)


Возможность практического использования результатов
не указано