Estimation of State Space Models and Stochastic Volatility

Ma thèse est composée de trois chapitres reliés à l'estimation des modèles espace-état et volatilité stochastique. Dans le première article, nous développons une procédure de lissage de l'état, avec efficacité computationnelle, dans un modèle espace-état linéaire et gaussien. Nous montrons comment exploiter la structure particulière des modèles espace-état pour tirer les états latents efficacement. Nous analysons l'efficacité computationnelle des méthodes basées sur le filtre de Kalman, l'algorithme facteur de Cholesky et notre nouvelle méthode utilisant le compte d'opérations et d'expériences de calcul. Nous montrons que pour de nombreux cas importants, notre méthode est plus efficace. Les gains sont particulièrement grands pour les cas où la dimension des variables observées est grande ou dans les cas où il faut faire des tirages répétés des états pour les mêmes valeurs de paramètres. Comme application, on considère un modèle multivarié de Poisson avec le temps des intensités variables, lequel est utilisé pour analyser le compte de données des transactions sur les marchés financières. Dans le deuxième chapitre, nous proposons une nouvelle technique pour analyser des modèles multivariés à volatilité stochastique. La méthode proposée est basée sur le tirage efficace de la volatilité de son densité conditionnelle sachant les paramètres et les données. Notre méthodologie s'applique aux modèles avec plusieurs types de dépendance dans la coupe transversale. Nous pouvons modeler des matrices de corrélation conditionnelles variant dans le temps en incorporant des facteurs dans l'équation de rendements, où les facteurs sont des processus de volatilité stochastique indépendants. Nous pouvons incorporer des copules pour permettre la dépendance conditionnelle des rendements sachant la volatilité, permettant avoir différent lois marginaux de Student avec des degrés de liberté spécifiques pour capturer l'hétérogénéité des rendements. On tire la volatilité comme un bloc dans la dimension du temps et un à la fois dans la dimension de la coupe transversale. Nous appliquons la méthode introduite par McCausland (2012) pour obtenir une bonne approximation de la distribution conditionnelle à posteriori de la volatilité d'un rendement sachant les volatilités d'autres rendements, les paramètres et les corrélations dynamiques. Le modèle est évalué en utilisant des données réelles pour dix taux de change. Nous rapportons des résultats pour des modèles univariés de volatilité stochastique et deux modèles multivariés. Dans le troisième chapitre, nous évaluons l'information contribuée par des variations de volatilite réalisée à l'évaluation et prévision de la volatilité quand des prix sont mesurés avec et sans erreur. Nous utilisons de modèles de volatilité stochastique. Nous considérons le point de vue d'un investisseur pour qui la volatilité est une variable latent inconnu et la volatilité réalisée est une quantité d'échantillon qui contient des informations sur lui. Nous employons des méthodes bayésiennes de Monte Carlo par chaîne de Markov pour estimer les modèles, qui permettent la formulation, non seulement des densités a posteriori de la volatilité, mais aussi les densités prédictives de la volatilité future. Nous comparons les prévisions de volatilité et les taux de succès des prévisions qui emploient et n'emploient pas l'information contenue dans la volatilité réalisée. Cette approche se distingue de celles existantes dans la littérature empirique en ce sens que ces dernières se limitent le plus souvent à documenter la capacité de la volatilité réalisée à se prévoir à elle-même. Nous présentons des applications empiriques en utilisant les rendements journaliers des indices et de taux de change. Les différents modèles concurrents sont appliqués à la seconde moitié de 2008, une période marquante dans la récente crise financière.

Closure of the Monte Carlo dynamical equation in the spherical Sherrington-Kirkpatrick model

We study the analytical solution of the Monte Carlo dynamics in the spherical Sherrington-Kirkpatrick model using the technique of the generating function. Explicit solutions for one-time observables (like the energy) and two-time observables (like the correlation and response function) are obtained. We show that the crucial quantity which governs the dynamics is the acceptance rate. At zero temperature, an adiabatic approximation reveals that the relaxational behavior of the model corresponds to that of a single harmonic oscillator with an effective renormalized mass.

Depinning transition of dislocation assemblies: Pileups and low-angle grain boundaries

We investigate the depinning transition occurring in dislocation assemblies. In particular, we consider the cases of regularly spaced pileups and low-angle grain boundaries interacting with a disordered stress landscape provided by solute atoms, or by other immobile dislocations present in nonactive slip systems. Using linear elasticity, we compute the stress originated by small deformations of these assemblies and the corresponding energy cost in two and three dimensions. Contrary to the case of isolated dislocation lines, which are usually approximated as elastic strings with an effective line tension, the deformations of a dislocation assembly cannot be described by local elastic interactions with a constant tension or stiffness. A nonlocal elastic kernel results as a consequence of long-range interactions between dislocations. In light of this result, we revise statistical depinning theories of dislocation assemblies and compare the theoretical results with numerical simulations and experimental data.

Understanding mixing efficiency in the oceans. Do the nonlinearities of the equation of state matter?

There exist two central measures of turbulent mixing in turbulent stratified fluids that are both caused by molecular diffusion: 1) the dissipation rate D(APE) of available potential energy APE; 2) the turbulent rate of change Wr, turbulent of background gravitational potential energy GPEr. So far, these two quantities have often been regarded as the same energy conversion, namely the irreversible conversion of APE into GPEr, owing to the well known exact equality D(APE)=Wr, turbulent for a Boussinesq fluid with a linear equation of state. Recently, however, Tailleux (2009) pointed out that the above equality no longer holds for a thermally-stratified compressible, with the ratio ξ=Wr, turbulent/D(APE) being generally lower than unity and sometimes even negative for water or seawater, and argued that D(APE) and Wr, turbulent actually represent two distinct types of energy conversion, respectively the dissipation of APE into one particular subcomponent of internal energy called the "dead" internal energy IE0, and the conversion between GPEr and a different subcomponent of internal energy called "exergy" IEexergy. In this paper, the behaviour of the ratio ξ is examined for different stratifications having all the same buoyancy frequency N vertical profile, but different vertical profiles of the parameter Υ=α P/(ρCp), where α is the thermal expansion coefficient, P the hydrostatic pressure, ρ the density, and Cp the specific heat capacity at constant pressure, the equation of state being that for seawater for different particular constant values of salinity. It is found that ξ and Wr, turbulent depend critically on the sign and magnitude of dΥ/dz, in contrast with D(APE), which appears largely unaffected by the latter. These results have important consequences for how the mixing efficiency should be defined and measured in practice, which are discussed.

Language support for immigrant children: a study of state schools in the UK and US

In recent decades, immigrants, refugees and asylum seekers have sought a new way of life in large numbers, often leaving their countries of origin behind in search of places that offer a better way of life. The purpose of this study was to investigate how elementary and middle school students in state schools in Reading, England (primarily speakers of Asian languages), and Richmond, Virginia (primarily speakers of Spanish), were supported academically, when most children's first language was not English. The authors were interested in exploring whether or not there were cultural or structural differences in the way each country helped or hindered these students as they progressed through the school systems. Three UK schools in a district of approximately 100,000 and three US schools in a district of approximately 250,000 were the focus of this exploration from 2000 to 2003. Findings indicated that there were cultural and legislative differences and similarities. Teachers and administrators in both countries attempted to provide services with limited and sometimes diminishing resources. Community support varied based on resources, attitudes toward various ethnic groups, and the coping strategies adopted by these groups in their new environments. Marked differences appeared with regard to the manner in which assessments took place and how the results were made available to the public.

An efficient flux difference splitting algorithm for unsteady duct flows of a real gas

A numerical scheme is presented for the solution of the Euler equations of compressible flow of a real gas in a single spatial coordinate. This includes flow in a duct of variable cross-section, as well as flow with slab, cylindrical or spherical symmetry, as well as the case of an ideal gas, and can be useful when testing codes for the two-dimensional equations governing compressible flow of a real gas. The resulting scheme requires an average of the flow variables across the interface between cells, and this average is chosen to be the arithmetic mean for computational efficiency, which is in contrast to the usual “square root” averages found in this type of scheme. The scheme is applied with success to five problems with either slab or cylindrical symmetry and for a number of equations of state. The results compare favourably with the results from other schemes.

An efficient numerical method for compressible flows of a real gas using arithmetic averaging

An efficient numerical method is presented for the solution of the Euler equations governing the compressible flow of a real gas. The scheme is based on the approximate solution of a specially constructed set of linearised Riemann problems. An average of the flow variables across the interface between cells is required, and this is chosen to be the arithmetic mean for computational efficiency, which is in contrast to the usual square root averaging. The scheme is applied to a test problem for five different equations of state.