Queues with inter- ruption in Random/ Markovian Environment

In many situations probability models are more realistic than deterministic models. Several phenomena occurring in physics are studied as random phenomena changing with time and space. Stochastic processes originated from the needs of physicists.Let X(t) be a random variable where t is a parameter assuming values from the set T. Then the collection of random variables {X(t), t ∈ T} is called a stochastic process. We denote the state of the process at time t by X(t) and the collection of all possible values X(t) can assume, is called state space

Option pricing in market models driven by telegraph processes with jumps

Esta tesis está dividida en dos partes: en la primera parte se presentan y estudian los procesos telegráficos, los procesos de Poisson con compensador telegráfico y los procesos telegráficos con saltos. El estudio presentado en esta primera parte incluye el cálculo de las distribuciones de cada proceso, las medias y varianzas, así como las funciones generadoras de momentos entre otras propiedades. Utilizando estas propiedades en la segunda parte se estudian los modelos de valoración de opciones basados en procesos telegráficos con saltos. En esta parte se da una descripción de cómo calcular las medidas neutrales al riesgo, se encuentra la condición de no arbitraje en este tipo de modelos y por último se calcula el precio de las opciones Europeas de compra y venta.

A novel repair model for imperfect maintenance

Commonly used repair rate models for repairable systems in the reliability literature are renewal processes, generalised renewal processes or non-homogeneous Poisson processes. In addition to these models, geometric processes (GP) are studied occasionally. The GP, however, can only model systems with monotonously changing (increasing, decreasing or constant) failure intensities. This paper deals with the reliability modelling of failure processes for repairable systems where the failure intensity shows a bathtub-type non-monotonic behaviour. A new stochastic process, i.e. an extended Poisson process, is introduced in this paper. Reliability indices are presented, and the parameters of the new process are estimated. Experimental results on a data set demonstrate the validity of the new process.

A novel repair model for imperfect maintenance

The basic repair rate models for repairable systems may be homogeneous Poisson processes, renewal processes or nonhomogeneous Poisson processes. In addition to these models, geometric processes are studied occasionally. Geometric processes, however, can only model systems with monotonously changing (increasing, decreasing or constant) failure intensity. This paper deals with the reliability modelling of the failure process of repairable systems when the failure intensity shows a bathtub type non-monotonic behaviour. A new stochastic process, an extended Poisson process, is introduced. Reliability indices and parameter estimation are presented. A comparison of this model with other repair models based on a dataset is made.

Using the web graph to influence application behaviour

The Web's link structure (termed the Web Graph) is a richly connected set of Web pages. Current applications use this graph for indexing and information retrieval purposes. In contrast the relationship between Web Graph and application is reversed by letting the structure of the Web Graph influence the behaviour of an application. Presents a novel Web crawling agent, AlienBot, the output of which is orthogonally coupled to the enemy generation strategy of a computer game. The Web Graph guides AlienBot, causing it to generate a stochastic process. Shows the effectiveness of such unorthodox coupling to both the playability of the game and the heuristics of the Web crawler. In addition, presents the results of the sample of Web pages collected by the crawling process. In particular, shows: how AlienBot was able to identify the power law inherent in the link structure of the Web; that 61.74 per cent of Web pages use some form of scripting technology; that the size of the Web can be estimated at just over 5.2 billion pages; and that less than 7 per cent of Web pages fully comply with some variant of (X)HTML.

The sample autocorrelation function and the detection of long-memory processes

The detection of long-range dependence in time series analysis is an important task to which this paper contributes by showing that whilst the theoretical definition of a long-memory (or long-range dependent) process is based on the autocorrelation function, it is not possible for long memory to be identified using the sum of the sample autocorrelations, as usually defined. The reason for this is that the sample sum is a predetermined constant for any stationary time series; a result that is independent of the sample size. Diagnostic or estimation procedures, such as those in the frequency domain, that embed this sum are equally open to this criticism. We develop this result in the context of long memory, extending it to the implications for the spectral density function and the variance of partial sums of a stationary stochastic process. The results are further extended to higher order sample autocorrelations and the bispectral density. The corresponding result is that the sum of the third order sample (auto) bicorrelations at lags h,k≥1, is also a predetermined constant, different from that in the second order case, for any stationary time series of arbitrary length.

Abordagem probabilística em um modelo de programação linear aplicado ao planejamento mineiro

Neste trabalho é discutido o impacto causado pelos parâmetros de processo com comportamento estocástico em um modelo de otimização, aplicado ao planejamento mineiro. Com base em um estudo de caso real, construiu-se um modelo matemático representando o processo produtivo associado à mineração, beneficiamento e comercialização de carvão mineral. Este modelo foi otimizado com a técnica de programação linear, sendo a solução ótima perturbada pelo comportamento estocástico de um dos principais parâmetros envolvidos no processo produtivo. A análise dos resultados permitiu avaliar o risco associado à decisão ótima, sendo com isto proposta uma metodologia para avaliação do risco operacional.

Preços de commodities agrícolas e o comportamento de mercado invertido (backwardation): o caso da soja

A relação entre preços do mercado spot e do mercado futuro e a evidência de Mercado Invertido (backwardation) na estrutura a termo de commodities têm tido ênfase na literatura de economia e de finanças. O objetivo deste trabalho é apresentar as principais causas responsáveis pelo comportamento de Mercado Invertido e identificar as propriedades que caracterizam o equilíbrio de preços em commodities agrícolas. Seja pela existência de prêmio de risco ou do benefício de conveniência, o entendimento dos efeitos sobre a replicação do preço futuro e sobre a estrutura a termo de preços ainda permanece em aberto. A premissa de perfeita replicação de portfólios e a ausência de fricções de mercado implicam, por outro lado, que o entendimento do comportamento de Mercado Invertido advém da compreensão do processo estocástico do próprio ativo subjacente. O apreçamento neutro ao risco, amparado pelos sinais de reversão de preços, permite a modelagem de preços conforme o proposto em Schwartz e Smith (2000), cuja calibração e os resultados serão apresentados para a soja.

Essays on Spatial Econometrics

Esta dissertação concentra-se nos processos estocásticos espaciais definidos em um reticulado, os chamados modelos do tipo Cliff & Ord. Minha contribuição nesta tese consiste em utilizar aproximações de Edgeworth e saddlepoint para investigar as propriedades em amostras finitas do teste para detectar a presença de dependência espacial em modelos SAR (autoregressivo espacial), e propor uma nova classe de modelos econométricos espaciais na qual os parâmetros que afetam a estrutura da média são distintos dos parâmetros presentes na estrutura da variância do processo. Isto permite uma interpretação mais clara dos parâmetros do modelo, além de generalizar uma proposta de taxonomia feita por Anselin (2003). Eu proponho um estimador para os parâmetros do modelo e derivo a distribuição assintótica do estimador. O modelo sugerido na dissertação fornece uma interpretação interessante ao modelo SARAR, bastante comum na literatura. A investigação das propriedades em amostras finitas dos testes expande com relação a literatura permitindo que a matriz de vizinhança do processo espacial seja uma função não-linear do parâmetro de dependência espacial. A utilização de aproximações ao invés de simulações (mais comum na literatura), permite uma maneira fácil de comparar as propriedades dos testes com diferentes matrizes de vizinhança e corrigir o tamanho ao comparar a potência dos testes. Eu obtenho teste invariante ótimo que é também localmente uniformemente mais potente (LUMPI). Construo o envelope de potência para o teste LUMPI e mostro que ele é virtualmente UMP, pois a potência do teste está muito próxima ao envelope (considerando as estruturas espaciais definidas na dissertação). Eu sugiro um procedimento prático para construir um teste que tem boa potência em uma gama de situações onde talvez o teste LUMPI não tenha boas propriedades. Eu concluo que a potência do teste aumenta com o tamanho da amostra e com o parâmetro de dependência espacial (o que está de acordo com a literatura). Entretanto, disputo a visão consensual que a potência do teste diminui a medida que a matriz de vizinhança fica mais densa. Isto reflete um erro de medida comum na literatura, pois a distância estatística entre a hipótese nula e a alternativa varia muito com a estrutura da matriz. Fazendo a correção, concluo que a potência do teste aumenta com a distância da alternativa à nula, como esperado.

Conditional alphas and realized betas

This paper proposes a two-step procedure to back out the conditional alpha of a given stock using high-frequency data. We rst estimate the realized factor loadings of the stocks, and then retrieve their conditional alphas by estimating the conditional expectation of their risk-adjusted returns. We start with the underlying continuous-time stochastic process that governs the dynamics of every stock price and then derive the conditions under which we may consistently estimate the daily factor loadings and the resulting conditional alphas. We also contribute empiri-cally to the conditional CAPM literature by examining the main drivers of the conditional alphas of the S&P 100 index constituents from January 2001 to December 2008. In addition, to con rm whether these conditional alphas indeed relate to pricing errors, we assess the performance of both cross-sectional and time-series momentum strategies based on the conditional alpha estimates. The ndings are very promising in that these strategies not only seem to perform pretty well both in absolute and relative terms, but also exhibit virtually no systematic exposure to the usual risk factors (namely, market, size, value and momentum portfolios).

Opções reais em projetos de investimentos: o caso de uma planta de liquefação de gás natural com flexibilidade de troca de mercado e de troca de produto

O objetivo deste trabalho é revisar os principais aspectos teóricos para a aplicação de Opções Reais em avaliação de projetos de investimento e analisar, sob esta metodologia, um caso real de projeto para investir na construção de uma Planta de Liquefação de gás natural. O estudo do caso real considerou a Opção de Troca de Mercado, ao avaliar a possibilidade de colocação de cargas spot de GNL em diferentes mercados internacionais e a Opção de Troca de Produto, devido à flexibilidade gerencial de não liquefazer o gás natural, deixando de comercializar GNL no mercado internacional e passando a vender gás natural seco no mercado doméstico. Para a valoração das Opções Reais foi verificado, através da série histórica dos preços de gás natural, que o Movimento Geométrico Browniano não é rejeitado e foram utilizadas simulações de Monte Carlo do processo estocástico neutro ao risco dos preços. O valor da Opção de Troca de Mercado fez o projeto estudado mais que dobrar de valor, sendo reduzido com o aumento da correlação dos preços. Por outro lado, o valor da Opção de Troca de Produto é menos relevante, mas também pode atingir valores significativos com o incremento de sua volatilidade. Ao combinar as duas opções simultaneamente, foi verificado que as mesmas não são diretamente aditivas e que o efeito do incremento da correlação dos preços, ao contrário do que ocorre na Opção de Troca de Mercado, é inverso na Opção de Troca de Produto, ou seja, o derivativo aumenta de valor com uma maior correlação, apesar do valor total das opções integradas diminuir.

Avaliação das Opções Reais de Conversão e Abandono para Uma Mineradora de Minério de Ferro Sob Cenário de Stress

O mercado de minério de ferro tem passado por um período de stress nos últimos meses. O arrefecimento dos investimentos chineses em infraestrutura resultou em perspectivas negativas para a demanda dessa commodity. Paralelamente, a entrada em operação de novos projetos com volume de produção relevante aumentou a oferta desse produto no mercado. Essa conjuntura de fatores resultou na queda do preço do minério de ferro no mercado mundial e em um cenário de retornos reduzidos para as mineradoras. Nesse contexto, o objetivo do presente estudo é avaliar a flexibilidade gerencial, disponível aos administradores de mineradoras operacionais, de suspender ou fechar o empreendimento dependendo do preço do minério de ferro. Essas decisões serão estudadas através da Teoria das Opções Reais, onde a opção de conversão será aplicada na situação de suspensão e reabertura da mina e a opção de abandono será aplicada na situação do seu fechamento. O processo estocástico a ser seguido pelo preço do minério de ferro será o Movimento Geométrico Browniano, implementado através de um Modelo Binomial conforme proposto por Cox, Ross e Rubinstein (1979). O resultado do trabalho comprova o valor das opções reais estudadas e indica que essas opções reais têm maior valor em cenários de stress, quando o preço do minério de ferro está desvalorizado.

A Higher order and stable method for the numerical integration of Random Differential Equations

Trabalho apresentado no Congresso Nacional de Matemática Aplicada à Indústria, 18 a 21 de novembro de 2014, Caldas Novas - Goiás

Joint dynamic probabilistic constraints with projected linear decision rules

We consider multistage stochastic linear optimization problems combining joint dynamic probabilistic constraints with hard constraints. We develop a method for projecting decision rules onto hard constraints of wait-and-see type. We establish the relation between the original (in nite dimensional) problem and approximating problems working with projections from di erent subclasses of decision policies. Considering the subclass of linear decision rules and a generalized linear model for the underlying stochastic process with noises that are Gaussian or truncated Gaussian, we show that the value and gradient of the objective and constraint functions of the approximating problems can be computed analytically.

Stretched-exponential behavior and random walks on diluted hypercubic lattices

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)