Modélisation du carnet d'ordres limites et prévision de séries temporelles

Le contenu de cette thèse est divisé de la façon suivante. Après un premier chapitre d’introduction, le Chapitre 2 est consacré à introduire aussi simplement que possible certaines des théories qui seront utilisées dans les deux premiers articles. Dans un premier temps, nous discuterons des points importants pour la construction de l’intégrale stochastique par rapport aux semimartingales avec paramètre spatial. Ensuite, nous décrirons les principaux résultats de la théorie de l’évaluation en monde neutre au risque et, finalement, nous donnerons une brève description d’une méthode d’optimisation connue sous le nom de dualité. Les Chapitres 3 et 4 traitent de la modélisation de l’illiquidité et font l’objet de deux articles. Le premier propose un modèle en temps continu pour la structure et le comportement du carnet d’ordres limites. Le comportement du portefeuille d’un investisseur utilisant des ordres de marché est déduit et des conditions permettant d’éliminer les possibilités d’arbitrages sont données. Grâce à la formule d’Itô généralisée il est aussi possible d’écrire la valeur du portefeuille comme une équation différentielle stochastique. Un exemple complet de modèle de marché est présenté de même qu’une méthode de calibrage. Dans le deuxième article, écrit en collaboration avec Bruno Rémillard, nous proposons un modèle similaire mais cette fois-ci en temps discret. La question de tarification des produits dérivés est étudiée et des solutions pour le prix des options européennes de vente et d’achat sont données sous forme explicite. Des conditions spécifiques à ce modèle qui permettent d’éliminer l’arbitrage sont aussi données. Grâce à la méthode duale, nous montrons qu’il est aussi possible d’écrire le prix des options européennes comme un problème d’optimisation d’une espérance sur en ensemble de mesures de probabilité. Le Chapitre 5 contient le troisième article de la thèse et porte sur un sujet différent. Dans cet article, aussi écrit en collaboration avec Bruno Rémillard, nous proposons une méthode de prévision des séries temporelles basée sur les copules multivariées. Afin de mieux comprendre le gain en performance que donne cette méthode, nous étudions à l’aide d’expériences numériques l’effet de la force et la structure de dépendance sur les prévisions. Puisque les copules permettent d’isoler la structure de dépendance et les distributions marginales, nous étudions l’impact de différentes distributions marginales sur la performance des prévisions. Finalement, nous étudions aussi l’effet des erreurs d’estimation sur la performance des prévisions. Dans tous les cas, nous comparons la performance des prévisions en utilisant des prévisions provenant d’une série bivariée et d’une série univariée, ce qui permet d’illustrer l’avantage de cette méthode. Dans un intérêt plus pratique, nous présentons une application complète sur des données financières.

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Modelo telegráfico de valoración de opciones

En este trabajo construimos un modelo de mercado financiero basado en un proceso telegráfico más un proceso de saltos para la valoración de opciones Europeas. Vamos a asumir que el tamaño de los saltos es constante y después que es aleatorio, en ambos casos estos saltos ocurren cuando la tendencia del mercado cambia. Estos modelos capturan la dinámica del mercado en periodos con presencia de ciclos financieros. Mostraremos la estructura del conjunto de medidas neutrales al riesgo, además, de fórmulas explícitas para los precios de las opciones Europeas de venta y compra.

Probabilidad de ruina con un modelo de riesgo Markov-modulado y propiedades del proceso telegráfico

En esta tesis se entiende la intuición y las matemáticas del modelo generalizado de la teoría de la ruina, expuesto por Li y Lu quienes se remiten a los cálculos de la probabilidad de ruina de Reinhard. Teniendo en cuenta las definiciones, la media y la varianza del proceso telegráfico con saltos encontradas en la tesis doctoral de Óscar López. Luego se simula el proceso de riesgo y finalmente con un ejemplo se calcula la probabilidad de ruina numéricamente. Todo el proceso se va a realizar teniendo en cuenta reclamaciones con distribución exponencial.

An empirical model comparison for valuing crack spread options

In this paper, we investigate the pricing of crack spread options. Particular emphasis is placed on the question of whether univariate modeling of the crack spread or explicit modeling of the two underlyings is preferable. Therefore, we contrast a bivariate GARCH volatility model for cointegrated underlyings with the alternative of modeling the crack spread directly. Conducting an empirical analysis of crude oil/heating oil and crude oil/gasoline crack spread options traded on the New York Mercantile Exchange, the more simplistic univariate approach is found to be superior with respect to option pricing performance.

O método das opções reais aplicado na avaliação das oportunidades de investimento no setor de seguros

Esta dissertação tem como objetivo demonstrar a validade do método de análise da avaliação das oportunidades de investimentos que utiliza a Teoria das Opções Reais. De forma a demonstrar a aplicabilidade desta metodologia de avaliação, será exemplificado, com base no modelo das opções reais, uma oportunidade de investimento no setor de seguros. As opções reais fecham a brecha entre as finanças e o planejamento estratégico introduzindo um meio para incorporar o impacto da incerteza implícita nas oportunidades de investimento, e ao mesmo tempo considerando como as ações gerenciais podem limitar as possíveis perdas ou capitalizar os possíveis ganhos nos projetos de investimento. Este processo de avaliação não direciona somente os administradores a focar suas atenções nas diferentes oportunidades e alternativas estratégicas, mas fornece também uma metodologia sistemática para medir a influencia das ações contingentes sobre o próprio risco e valor do projeto. Os métodos tradicionais de avaliação dos investimentos assumem que os administradores adotem um comportamento passivo à implementação dos projetos, considerando somente o valor dos fluxos de caixa esperados dos mesmos. A partir da teoria de precificação das opções financeiras, as opções reais expandem o valor global do projeto incorporando os potenciais ganhos e limitando as possíveis perdas. O modelo de opções reais permite aos administradores alavancar o valor do acionista em um ambiente de negócios dinâmico considerando a possibilidade de uma gestão ótima das opções estratégicas e operacionais existentes. Tipicamente, o ativo subjacente é o valor bruto dos fluxos de caixa esperados do projeto, mas considerando a incerteza, o valor total do projeto deve considerar o valor implícito das opções reais presentes nas oportunidades de investimento. A flexibilidade gerencial, que permite adaptar as decisões futuras as mudanças inesperadas do mercado, representa um fonte crucial de valor agregado em um ambiente dinâmico. Muitas opções reais presentes nos projetos e que interagem entre si, podem ocorrer em paralelo ou seqüencialmente, de maneira que o valor combinado destas opções seja diferente da simples soma algébrica das opções individuais.

Modelando a volatilidade dos retornos de Petrobrás usando dados de alta frequência

O objetivo do presente trabalho é analisar as características empíricas de uma série de retornos de dados em alta freqüência para um dos ativos mais negociados na Bolsa de Valores de São Paulo. Estamos interessados em modelar a volatilidade condicional destes retornos, testando em particular a presença de memória longa, entre outros fenômenos que caracterizam este tipo de dados. Nossa investigação revela que além da memória longa, existe forte sazonalidade intradiária, mas não encontramos evidências de um fato estilizado de retornos de ações, o efeito alavancagem. Utilizamos modelos capazes de captar a memória longa na variância condicional dos retornos dessazonalizados, com resultados superiores a modelos tradicionais de memória curta, com implicações importantes para precificação de opções e de risco de mercado

Ensaios em Finanças

Esta tese é composta de três artigos sobre finanças. O primeiro tem o título "Nonparametric Option Pricing with Generalized Entropic Estimators " e estuda um método de apreçamento de derivativos em mercados incompletos. Este método está relacionado com membros da família de funções de Cressie-Read em que cada membro fornece uma medida neutra ao risco. Vários testes são feitos. Os resultados destes testes sugerem um modo de definir um intervalo robusto para preços de opções. Os outros dois artigos são sobre anúncios agendados em diferentes situações. O segundo se chama "Watching the News: Optimal Stopping Time and Scheduled Announcements" e estuda problemas de tempo de parada ótimo na presença de saltos numa data fixa em modelos de difusão com salto. Fornece resultados sobre a otimalidade do tempo de parada um pouco antes do anúncio. O artigo aplica os resultados ao tempo de exercício de Opções Americanas e ao tempo ótimo de venda de um ativo. Finalmente o terceiro artigo estuda um problema de carteira ótima na presença de custo fixo quando os preços podem saltar numa data fixa. Seu título é "Dynamic Portfolio Selection with Transactions Costs and Scheduled Announcement" e o resultado mais interessante é que o comportamento do investidor é consistente com estudos empíricos sobre volume de transações em momentos próximos de anúncios.

A unit root test based on partially adaptive estimation

This paper constructs a unit root test baseei on partially adaptive estimation, which is shown to be robust against non-Gaussian innovations. We show that the limiting distribution of the t-statistic is a convex combination of standard normal and DF distribution. Convergence to the DF distribution is obtaineel when the innovations are Gaussian, implying that the traditional ADF test is a special case of the proposed testo Monte Carlo Experiments indicate that, if innovation has heavy tail distribution or are contaminated by outliers, then the proposed test is more powerful than the traditional ADF testo Nominal interest rates (different maturities) are shown to be stationary according to the robust test but not stationary according to the nonrobust ADF testo This result seems to suggest that the failure of rejecting the null of unit root in nominal interest rate may be due to the use of estimation and hypothesis testing procedures that do not consider the absence of Gaussianity in the data.Our results validate practical restrictions on the behavior of the nominal interest rate imposed by CCAPM, optimal monetary policy and option pricing models.

Utilização da opção de diferimento na avaliação de implantação de projeto de mecanismo de desenvolvimento limpo em uma empresa de cerâmica vermelha

A evolução da teoria de precificação de opções considera um conjunto de ferramentas necessárias para gerenciar e explorar o valor advindo da incerteza e da volatilidade que ampliam os parâmetros da geração de valor ao acrescentarem os conceitos de flexibilidade gerencial. Dentro deste contexto, o presente estudo teve como objetivo avaliar economicamente a implantação do Mecanismo de Desenvolvimento Limpo em uma empresa de cerâmica vermelha localizada no Arranjo Produtivo de São Miguel do Guamá, nordeste do Pará. A avaliação pretendeu demonstrar o valor da flexibilidade gerencial de Diferimento conforme adaptações realizadas na metodologia proposta por Copeland & Antikarov (2001), a qual adiciona à avaliação tradicional de fluxo de caixa descontado a Opção Real – OR – que a pesquisa considerou; e que fundamentou-se por meio de revisão de literatura para formulação do método. Essa determinação seguiu um roteiro de etapas essenciais para a análise das variáveis que compreendem o modelo e que possibilitou a ordenação dos resultados quanto aos valores da OR considerada e do valor presente incluindo a flexibilidade gerencial; com a aplicação do método na empresa objeto da pesquisa. Finalmente, como resultado deste estudo conclui-se que a Teoria de Opções Reais por meio da Opção de Diferimento ou Adiamento contribui com informações que auxiliam nas decisões gerenciais de investimento em projetos quando comparados à metodologia tradicional de avaliação visto que são consideradas incertezas inerentes ao projeto, tal como o ambiente real.

Bayesian Analysis of Linear Inverse Problems with Applications in Economics and Finance

In my PhD thesis I propose a Bayesian nonparametric estimation method for structural econometric models where the functional parameter of interest describes the economic agent's behavior. The structural parameter is characterized as the solution of a functional equation, or by using more technical words, as the solution of an inverse problem that can be either ill-posed or well-posed. From a Bayesian point of view, the parameter of interest is a random function and the solution to the inference problem is the posterior distribution of this parameter. A regular version of the posterior distribution in functional spaces is characterized. However, the infinite dimension of the considered spaces causes a problem of non continuity of the solution and then a problem of inconsistency, from a frequentist point of view, of the posterior distribution (i.e. problem of ill-posedness). The contribution of this essay is to propose new methods to deal with this problem of ill-posedness. The first one consists in adopting a Tikhonov regularization scheme in the construction of the posterior distribution so that I end up with a new object that I call regularized posterior distribution and that I guess it is solution of the inverse problem. The second approach consists in specifying a prior distribution on the parameter of interest of the g-prior type. Then, I detect a class of models for which the prior distribution is able to correct for the ill-posedness also in infinite dimensional problems. I study asymptotic properties of these proposed solutions and I prove that, under some regularity condition satisfied by the true value of the parameter of interest, they are consistent in a "frequentist" sense. Once I have set the general theory, I apply my bayesian nonparametric methodology to different estimation problems. First, I apply this estimator to deconvolution and to hazard rate, density and regression estimation. Then, I consider the estimation of an Instrumental Regression that is useful in micro-econometrics when we have to deal with problems of endogeneity. Finally, I develop an application in finance: I get the bayesian estimator for the equilibrium asset pricing functional by using the Euler equation defined in the Lucas'(1978) tree-type models.

Black-scholes type equations

In this work we are concerned with the analysis and numerical solution of Black-Scholes type equations arising in the modeling of incomplete financial markets and an inverse problem of determining the local volatility function in a generalized Black-Scholes model from observed option prices. In the first chapter a fully nonlinear Black-Scholes equation which models transaction costs arising in option pricing is discretized by a new high order compact scheme. The compact scheme is proved to be unconditionally stable and non-oscillatory and is very efficient compared to classical schemes. Moreover, it is shown that the finite difference solution converges locally uniformly to the unique viscosity solution of the continuous equation. In the next chapter we turn to the calibration problem of computing local volatility functions from market data in a generalized Black-Scholes setting. We follow an optimal control approach in a Lagrangian framework. We show the existence of a global solution and study first- and second-order optimality conditions. Furthermore, we propose an algorithm that is based on a globalized sequential quadratic programming method and a primal-dual active set strategy, and present numerical results. In the last chapter we consider a quasilinear parabolic equation with quadratic gradient terms, which arises in the modeling of an optimal portfolio in incomplete markets. The existence of weak solutions is shown by considering a sequence of approximate solutions. The main difficulty of the proof is to infer the strong convergence of the sequence. Furthermore, we prove the uniqueness of weak solutions under a smallness condition on the derivatives of the covariance matrices with respect to the solution, but without additional regularity assumptions on the solution. The results are illustrated by a numerical example.

Topics in financial econometrics

In the first chapter, we consider the joint estimation of objective and risk-neutral parameters for SV option pricing models. We propose a strategy which exploits the information contained in large heterogeneous panels of options, and we apply it to S&P 500 index and index call options data. Our approach breaks the stochastic singularity between contemporaneous option prices by assuming that every observation is affected by measurement error. We evaluate the likelihood function by using a MC-IS strategy combined with a Particle Filter algorithm. The second chapter examines the impact of different categories of traders on market transactions. We estimate a model which takes into account traders’ identities at the transaction level, and we find that the stock prices follow the direction of institutional trading. These results are carried out with data from an anonymous market. To explain our estimates, we examine the informativeness of a wide set of market variables and we find that most of them are unambiguously significant to infer the identity of traders. The third chapter investigates the relationship between the categories of market traders and three definitions of financial durations. We consider trade, price and volume durations, and we adopt a Log-ACD model where we include information on traders at the transaction level. As to trade durations, we observe an increase of the trading frequency when informed traders and the liquidity provider intensify their presence in the market. For price and volume durations, we find the same effect to depend on the state of the market activity. The fourth chapter proposes a strategy to express order aggressiveness in quantitative terms. We consider a simultaneous equation model to examine price and volume aggressiveness at Euronext Paris, and we analyse the impact of a wide set of order book variables on the price-quantity decision.

Dois ensaios em finanças

In the first chapter, we test some stochastic volatility models using options on the S&P 500 index. First, we demonstrate the presence of a short time-scale, on the order of days, and a long time-scale, on the order of months, in the S&P 500 volatility process using the empirical structure function, or variogram. This result is consistent with findings of previous studies. The main contribution of our paper is to estimate the two time-scales in the volatility process simultaneously by using nonlinear weighted least-squares technique. To test the statistical significance of the rates of mean-reversion, we bootstrap pairs of residuals using the circular block bootstrap of Politis and Romano (1992). We choose the block-length according to the automatic procedure of Politis and White (2004). After that, we calculate a first-order correction to the Black-Scholes prices using three different first-order corrections: (i) a fast time scale correction; (ii) a slow time scale correction; and (iii) a multiscale (fast and slow) correction. To test the ability of our model to price options, we simulate options prices using five different specifications for the rates or mean-reversion. We did not find any evidence that these asymptotic models perform better, in terms of RMSE, than the Black-Scholes model. In the second chapter, we use Brazilian data to compute monthly idiosyncratic moments (expected skewness, realized skewness, and realized volatility) for equity returns and assess whether they are informative for the cross-section of future stock returns. Since there is evidence that lagged skewness alone does not adequately forecast skewness, we estimate a cross-sectional model of expected skewness that uses additional predictive variables. Then, we sort stocks each month according to their idiosyncratic moments, forming quintile portfolios. We find a negative relationship between higher idiosyncratic moments and next-month stock returns. The trading strategy that sells stocks in the top quintile of expected skewness and buys stocks in the bottom quintile generates a significant monthly return of about 120 basis points. Our results are robust across sample periods, portfolio weightings, and to Fama and French (1993)’s risk adjustment factors. Finally, we identify a return reversal of stocks with high idiosyncratic skewness. Specifically, stocks with high idiosyncratic skewness have high contemporaneous returns. That tends to reverse, resulting in negative abnormal returns in the following month.