Affine and generalized affine models : Theory and applications

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Trois essais en économie des ressources naturelles

Cette thèse est composée de trois articles en économie des ressources naturelles non-renouvelables. Nous considérons tour à tour les questions suivantes : le prix in-situ des ressources naturelles non-renouvelables ; le taux d’extraction optimal et le prix des res- sources non-renouvelables et durables. Dans le premier article, nous estimons le prix in-situ des ressources naturelles non-renouvelables en utilisant les données sur le coût moyen d’extraction pour obtenir une approximation du coût marginal. En utilisant la Méthode des Moments Généralisés, une dynamique du prix de marché derivée des conditions d’optimalité du modèle d’Hotelling est estimée avec des données de panel de 14 ressources naturelles non-renouvelables. Nous trouvons des résultats qui tendent à soutenir le modèle. Premièrement, le modèle d’Hotelling exhibe un bon pouvoir explicatif du prix de marché observé. Deuxièmement, bien que le prix estimé présente un changement structurel dans le temps, ceci semble n’avoir aucun impact significatif sur le pouvoir explicatif du modèle. Troisièmement, on ne peut pas rejeter l’hypothèse que le coût marginal d’extraction puisse être approximé par les données sur le coût moyen. Quatrièmement, le prix in-situ estimé en prenant en compte les changements structurels décroît ou exhibe une forme en U inversé dans le temps et semble être corrélé positivement avec le prix de marché. Cinquièmement, pour neuf des quatorze ressources, la différence entre le prix in-situ estimé avec changements structurels et celui estimé en négligeant les changements structurels est un processus de moyenne nulle. Dans le deuxième article, nous testons l’existence d’un équilibre dans lequel le taux d’extraction optimal des ressources non-renouvelables est linéaire par rapport au stock de ressource en terre. Tout d’abord, nous considérons un modèle d’Hotelling avec une fonction de demande variant dans le temps caractérisée par une élasticité prix constante et une fonction de coût d’extraction variant dans le temps caractérisée par des élasticités constantes par rapport au taux d’extraction et au stock de ressource. Ensuite, nous mon- trons qu’il existe un équilibre dans lequel le taux d’extraction optimal est proportionnel au stock de ressource si et seulement si le taux d’actualisation et les paramètres des fonctions de demande et de coût d’extraction satisfont une relation bien précise. Enfin, nous utilisons les données de panel de quatorze ressources non-renouvelables pour vérifier empiriquement cette relation. Dans le cas où les paramètres du modèle sont supposés invariants dans le temps, nous trouvons qu’on ne peut rejeter la relation que pour six des quatorze ressources. Cependant, ce résultat change lorsque nous prenons en compte le changement structurel dans le temps des prix des ressources. En fait, dans ce cas nous trouvons que la relation est rejetée pour toutes les quatorze ressources. Dans le troisième article, nous étudions l’évolution du prix d’une ressource naturelle non-renouvelable dans le cas où cette ressource est durable, c’est-à-dire qu’une fois extraite elle devient un actif productif détenu hors terre. On emprunte à la théorie de la détermination du prix des actifs pour ce faire. Le choix de portefeuille porte alors sur les actifs suivant : un stock de ressource non-renouvelable détenu en terre, qui ne procure aucun service productif ; un stock de ressource détenu hors terre, qui procure un flux de services productifs ; un stock d’un bien composite, qui peut être détenu soit sous forme de capital productif, soit sous forme d’une obligation dont le rendement est donné. Les productivités du secteur de production du bien composite et du secteur de l’extraction de la ressource évoluent de façon stochastique. On montre que la prédiction que l’on peut tirer quant au sentier de prix de la ressource diffère considérablement de celle qui découle de la règle d’Hotelling élémentaire et qu’aucune prédiction non ambiguë quant au comportement du sentier de prix ne peut être obtenue de façon analytique.

Les modèles vectoriels et multiplicatifs avec erreurs non-négatives de séries chronologiques.

L'objectif du présent mémoire vise à présenter des modèles de séries chronologiques multivariés impliquant des vecteurs aléatoires dont chaque composante est non-négative. Nous considérons les modèles vMEM (modèles vectoriels et multiplicatifs avec erreurs non-négatives) présentés par Cipollini, Engle et Gallo (2006) et Cipollini et Gallo (2010). Ces modèles représentent une généralisation au cas multivarié des modèles MEM introduits par Engle (2002). Ces modèles trouvent notamment des applications avec les séries chronologiques financières. Les modèles vMEM permettent de modéliser des séries chronologiques impliquant des volumes d'actif, des durées, des variances conditionnelles, pour ne citer que ces applications. Il est également possible de faire une modélisation conjointe et d'étudier les dynamiques présentes entre les séries chronologiques formant le système étudié. Afin de modéliser des séries chronologiques multivariées à composantes non-négatives, plusieurs spécifications du terme d'erreur vectoriel ont été proposées dans la littérature. Une première approche consiste à considérer l'utilisation de vecteurs aléatoires dont la distribution du terme d'erreur est telle que chaque composante est non-négative. Cependant, trouver une distribution multivariée suffisamment souple définie sur le support positif est plutôt difficile, au moins avec les applications citées précédemment. Comme indiqué par Cipollini, Engle et Gallo (2006), un candidat possible est une distribution gamma multivariée, qui impose cependant des restrictions sévères sur les corrélations contemporaines entre les variables. Compte tenu que les possibilités sont limitées, une approche possible est d'utiliser la théorie des copules. Ainsi, selon cette approche, des distributions marginales (ou marges) peuvent être spécifiées, dont les distributions en cause ont des supports non-négatifs, et une fonction de copule permet de tenir compte de la dépendance entre les composantes. Une technique d'estimation possible est la méthode du maximum de vraisemblance. Une approche alternative est la méthode des moments généralisés (GMM). Cette dernière méthode présente l'avantage d'être semi-paramétrique dans le sens que contrairement à l'approche imposant une loi multivariée, il n'est pas nécessaire de spécifier une distribution multivariée pour le terme d'erreur. De manière générale, l'estimation des modèles vMEM est compliquée. Les algorithmes existants doivent tenir compte du grand nombre de paramètres et de la nature élaborée de la fonction de vraisemblance. Dans le cas de l'estimation par la méthode GMM, le système à résoudre nécessite également l'utilisation de solveurs pour systèmes non-linéaires. Dans ce mémoire, beaucoup d'énergies ont été consacrées à l'élaboration de code informatique (dans le langage R) pour estimer les différents paramètres du modèle. Dans le premier chapitre, nous définissons les processus stationnaires, les processus autorégressifs, les processus autorégressifs conditionnellement hétéroscédastiques (ARCH) et les processus ARCH généralisés (GARCH). Nous présentons aussi les modèles de durées ACD et les modèles MEM. Dans le deuxième chapitre, nous présentons la théorie des copules nécessaire pour notre travail, dans le cadre des modèles vectoriels et multiplicatifs avec erreurs non-négatives vMEM. Nous discutons également des méthodes possibles d'estimation. Dans le troisième chapitre, nous discutons les résultats des simulations pour plusieurs méthodes d'estimation. Dans le dernier chapitre, des applications sur des séries financières sont présentées. Le code R est fourni dans une annexe. Une conclusion complète ce mémoire.

Valor en riesgo del portafolio de TES de los bancos colombianos

En este trabajo se realiza la medición del riesgo de mercado para el portafolio de TES de un banco colombiano determinado, abordando el pronóstico de valor en riesgo (VaR) mediante diferentes modelos multivariados de volatilidad: EWMA, GARCH ortogonal, GARCH robusto, así como distintos modelos de VaR con distribución normal y distribución t-student, evaluando su eficiencia con las metodologías de backtesting propuestas por Candelon et al. (2011) con base en el método generalizado de momentos, junto con los test de independencia y de cobertura condicional planteados por Christoffersen y Pelletier (2004) y por Berkowitz, Christoffersen y Pelletier (2010). Los resultados obtenidos demuestran que la mejor especificación del VaR para la medición del riesgo de mercado del portafolio de TES de los bancos colombianos, es el construido a partir de volatilidades EWMA y basado en la distribución normal, ya que satisface las hipótesis de cobertura no condicional, independencia y cobertura condicional, al igual que los requerimientos estipulados en Basilea II y en la normativa vigente en Colombia.

Telecommunications and economic growth: an empirical analysis of sub-saharan Africa

We examine the effect on economic growth of mobile cellular phones in sub-Saharan Africa where a marked asymmetry is present between land-line penetration and mobile telecommunications expansion. This study extends previous ones along two important dimensions. First, we allow for the potential endogeneity between economic growth and telecommunications expansion by employing a special linear generalized method of moments (GMM) estimator. Second, we explicitly model for varying degrees of substitutability between mobile cellular and land-line telephony, so that greater expansion of mobile telecommunications can have a different impact whenever the level of land-line penetration differs. We find that mobile cellular phone expansion is an important determinant of the rate of economic growth in Sub-Saharan Africa. Moreover, we find that the contribution of mobile cellular phones to economic growth has been growing in importance in the region, and that the marginal impact of mobile telecommunication services is even greater wherever land-line phones are rare. Given the low cost of mobile telecommunications technology relative to other broad infrastructure projects, especially land-line infrastructure, we advocate that mobile telecommunication services be encouraged in the area.

Uso estratégico de la deuda: un estudio a nivel de empresa para colombia 1995-2003

El presente trabajo intenta estimar si las empresas emplean estratégicamente la deuda para limitar la entrada de potenciales rivales. Mediante la metodología de Método Generalizado de Momentos (GMM) se evalúa el efecto que tienen los activos específicos, la cuota de mercado y el tamaño, como proxies de las rentas del mercado, y las barreras de entrada sobre los niveles de endeudamiento, a nivel de empresa para Colombia, durante 1995-2003. Se encuentra que las empresas utilizan los activos específicos para limitar la entrada al mercado y que el endeudamiento decrece a medida que las empresas aumentan su cuota en el mercado

Multi-objective optimization scheme for static and dynamic multicast flows

Muchas de las nuevas aplicaciones emergentes de Internet tales como TV sobre Internet, Radio sobre Internet,Video Streamming multi-punto, entre otras, necesitan los siguientes requerimientos de recursos: ancho de banda consumido, retardo extremo-a-extremo, tasa de paquetes perdidos, etc. Por lo anterior, es necesario formular una propuesta que especifique y provea para este tipo de aplicaciones los recursos necesarios para su buen funcionamiento. En esta tesis, proponemos un esquema de ingeniería de tráfico multi-objetivo a través del uso de diferentes árboles de distribución para muchos flujos multicast. En este caso, estamos usando la aproximación de múltiples caminos para cada nodo egreso y de esta forma obtener la aproximación de múltiples árboles y a través de esta forma crear diferentes árboles multicast. Sin embargo, nuestra propuesta resuelve la fracción de la división del tráfico a través de múltiples árboles. La propuesta puede ser aplicada en redes MPLS estableciendo rutas explícitas en eventos multicast. En primera instancia, el objetivo es combinar los siguientes objetivos ponderados dentro de una métrica agregada: máxima utilización de los enlaces, cantidad de saltos, el ancho de banda total consumido y el retardo total extremo-a-extremo. Nosotros hemos formulado esta función multi-objetivo (modelo MHDB-S) y los resultados obtenidos muestran que varios objetivos ponderados son reducidos y la máxima utilización de los enlaces es minimizada. El problema es NP-duro, por lo tanto, un algoritmo es propuesto para optimizar los diferentes objetivos. El comportamiento que obtuvimos usando este algoritmo es similar al que obtuvimos con el modelo. Normalmente, durante la transmisión multicast los nodos egresos pueden salir o entrar del árbol y por esta razón en esta tesis proponemos un esquema de ingeniería de tráfico multi-objetivo usando diferentes árboles para grupos multicast dinámicos. (en el cual los nodos egresos pueden cambiar durante el tiempo de vida de la conexión). Si un árbol multicast es recomputado desde el principio, esto podría consumir un tiempo considerable de CPU y además todas las comuicaciones que están usando el árbol multicast serán temporalmente interrumpida. Para aliviar estos inconvenientes, proponemos un modelo de optimización (modelo dinámico MHDB-D) que utilice los árboles multicast previamente computados (modelo estático MHDB-S) adicionando nuevos nodos egreso. Usando el método de la suma ponderada para resolver el modelo analítico, no necesariamente es correcto, porque es posible tener un espacio de solución no convexo y por esta razón algunas soluciones pueden no ser encontradas. Adicionalmente, otros tipos de objetivos fueron encontrados en diferentes trabajos de investigación. Por las razones mencionadas anteriormente, un nuevo modelo llamado GMM es propuesto y para dar solución a este problema un nuevo algoritmo usando Algoritmos Evolutivos Multi-Objetivos es propuesto. Este algoritmo esta inspirado por el algoritmo Strength Pareto Evolutionary Algorithm (SPEA). Para dar una solución al caso dinámico con este modelo generalizado, nosotros hemos propuesto un nuevo modelo dinámico y una solución computacional usando Breadth First Search (BFS) probabilístico. Finalmente, para evaluar nuestro esquema de optimización propuesto, ejecutamos diferentes pruebas y simulaciones. Las principales contribuciones de esta tesis son la taxonomía, los modelos de optimización multi-objetivo para los casos estático y dinámico en transmisiones multicast (MHDB-S y MHDB-D), los algoritmos para dar solución computacional a los modelos. Finalmente, los modelos generalizados también para los casos estático y dinámico (GMM y GMM Dinámico) y las propuestas computacionales para dar slución usando MOEA y BFS probabilístico.

Tropospheric ozone and winter wheat production in England and Wales: A note

Tropospheric ozone is an air pollutant thought to reduce crop yields across Europe. Much experimental scientific work has been completed or is currently underway to quantify yield effects at ambient ozone levels. In this research, we seek to directly evaluate whether such effects are observed at the farm level. This is done by intersecting a farm level panel dataset for winter wheat farms in England & Wales with information on ambient ozone, and estimating a production function with ozone as a fixed input. Panel data methods, Generalised Method of Moments (GMM) techniques and nested exogeneity tests are employed in the estimation. The results confirm a small, but nevertheless statistically significant negative effect of ambient ozone levels on wheat yields.

Energy substitutability in transition agriculture: estimates and implications for Hungary

Subsidised energy prices in pre-transition Hungary had led to excessive energy intensity in the agricultural sector. Transition has resulted in steep input price increases. In this study, Allen and Morishima elasticities of substitution are estimated to study the effects of these price changes on energy use, chemical input use, capital formation and employment. Panel data methods, Generalised Method of Moments (GMM) and instrument exogeneity tests are used to specify and estimate technology and substitution elasticities. Results indicate that indirect price policy may be effective in controlling energy consumption. The sustained increases in energy and chemical input prices have worked together to restrict energy and chemical input use, and the substitutability between energy, capital and labour has prevented the capital shrinkage and agricultural unemployment situations from being worse. The Hungarian push towards lower energy intensity may be best pursued through sustained energy price increases rather than capital subsidies. (C) 2003 Elsevier B.V. All rights reserved.

In vitro evaluation of the fermentation properties of galactooligosaccharides synthesised by alpha-galactosidase from Lactobacillus reuteri

Stirred, pH-controlled anaerobic batch cultures were used to evaluate the in vitro utilisation by canine gut microflora of novel alpha-galactooligosaccharides synthesised with an enzyme extract from a canine Lactobacillus reuteri strain. Fructooligosaccharides (FOS), melibiose and raffinose were used as reference carbohydrates for the prebiotic properties of the synthesised oligosaccharide (galactosyl melibiose mixture-GMM). Addition of Lactobacillus acidophilus was used as control for the evaluation of the synbiotic properties of the oligosaccharide with L. reuteri. Populations of predominant gut bacterial groups were monitored over 48 h of batch culture by fluorescent in situ hybridisation, and short-chain fatty acid (SCFA) production was measured. GMM showed a higher increase in bifidobacteria and lactobacilli population number and size as well as a higher decrease in clostridia population number and size compared to the commercial prebiotics (FOS, melibiose, raffinose). This prebiotic effect was further increased by the addition of L. reuteri followed by a change in the SCFA production pattern compared to GMM alone or GMM with L. acidophilus. The observed change in SCFA production was in accordance with the fermentation properties of L. reuteri, suggesting that the novel synbiotic had a significant effect on the canine gut microflora fermentation.

Generative topographic mapping applied to clustering and visualization of motor unit action potentials

The identification and visualization of clusters formed by motor unit action potentials (MUAPs) is an essential step in investigations seeking to explain the control of the neuromuscular system. This work introduces the generative topographic mapping (GTM), a novel machine learning tool, for clustering of MUAPs, and also it extends the GTM technique to provide a way of visualizing MUAPs. The performance of GTM was compared to that of three other clustering methods: the self-organizing map (SOM), a Gaussian mixture model (GMM), and the neural-gas network (NGN). The results, based on the study of experimental MUAPs, showed that the rate of success of both GTM and SOM outperformed that of GMM and NGN, and also that GTM may in practice be used as a principled alternative to the SOM in the study of MUAPs. A visualization tool, which we called GTM grid, was devised for visualization of MUAPs lying in a high-dimensional space. The visualization provided by the GTM grid was compared to that obtained from principal component analysis (PCA). (c) 2005 Elsevier Ireland Ltd. All rights reserved.

In vitro examination of the effect of Orlistat on the ability of the faecal microbiota to utilize dietary lipids

Orlistat is an anti-obesity treatment with which several gastrointestinal (GI) side-effects are commonly associated in the initial stages of therapy. There is no physiological explanation as to why two-thirds of those who take the drug experience one or more side-effects. It has been hypothesized that the GI microbiota may protect from or contribute to these GI disturbances. Using in vitro batch culture and human gut model systems, studies were conducted to determine whether increased availability of dietary lipids and/or orlistat affect the composition and/or activity of the faecal microbiota. Results from 24-h batch culture fermentation experiments demonstrated no effect of orlistat in the presence or absence of a dietary lipid (olive oil) on the composition of bacterial communities [as determined by fluorescence in situ hybridization (FISH) and denaturing gradient gel electrophoresis (DGGE) analyses], but did show there was great variability in the lipolytic activities of the microbiotas of individuals, as determined by gas chromatography analysis of long-chain fatty acids in samples. Subsequent studies focused on the effect of orlistat in the presence and absence of lipid in in vitro human gut model systems. Systems were run for 14 days with gut model medium (GMM) only (to steady state, SS), then fed at 12-h intervals with 50 mg orlistat, 2 g olive oil or a mixture of both for 14 days. FISH and DGGE were used to monitor changes in bacterial populations. Bacteria were cultivated from the GMM only (control) systems at SS. All strains isolated were screened for lipolytic activity using tributyrin agar. FISH and DGGE demonstrated that none of the compounds (singly or in combination) added to the systems had any notable effect on microbial population dynamics for any of the donors, although Subdoligranulum populations appeared to be inhibited by orlistat in the presence or absence of lipid. Orlistat had little or no effect on the metabolism of indigenous and added lipids in the fermentation systems, but there was great variability in the way the faecal microbiotas of the donors were able to degrade added lipids. Variability in lipid degradation could be correlated with the number and activity of isolated lipolytic bacteria. The mechanism by which orlistat and the GI microbiota cause side-effects in individuals is unknown, but several hypotheses have been proposed to account for their manifestation. The demonstration of great variability in the lipolytic activity of microbiotas to degrade lipids led to a large-scale cultivation-based study of lipolytic/lipase-positive bacteria present in the human faecal microbiota. Of 4,000 colonies isolated from 15 donors using five different agars, 378 strains were identified that had lipase activity. Molecular identification of strains isolated from five donors demonstrated that lipase activity is more prevalent in the human GI microbiota than previously thought, with members of the phyla Firmicutes, Bacteroidetes and Actinobacteria identified. Molecular identification and characterization of the substrate specificities of the strains will be carried out as part of ongoing work.

The small open-economy New Keynesian Phillips Curve: empirical evidence and implied inflation dynamics

In this paper we apply GMM estimation to assess the relevance of domestic versus external determinants of CPI inflation dynamics in a sample of OECD countries typically classified as open economies. The analysis is based on a variant of the small open-economy New Keynesian Phillips Curve derived in Galí and Monacelli (Rev Econ Stud 72:707–734, 2005), where the novel feature is that expectations about fluctuations in the terms of trade enter explicitly. For most countries in our sample the expected relative change in the terms of trade emerges as the more relevant inflation driver than the contemporaneous domestic output gap.

Inflation dynamics in the new EU member states: how relevant are external factors?

In this paper we evaluate the relative influence of external versus domestic inflation drivers in the 12 new European Union (EU) member countries. Our empirical analysis is based on the New Keynesian Phillips Curve (NKPC) derived in Galí and Monacelli (2005) for small open economies (SOE). Employing the generalized method of moments (GMM), we find that the SOE NKPC is well supported in the new EU member states. We also find that the inflation process is dominated by domestic variables in the larger countries of our sample, whereas external variables are mostly relevant in the smaller countries.

A neurofuzzy classifier for two class problems

A neurofuzzy classifier identification algorithm is introduced for two class problems. The initial fuzzy base construction is based on fuzzy clustering utilizing a Gaussian mixture model (GMM) and the analysis of covariance (ANOVA) decomposition. The expectation maximization (EM) algorithm is applied to determine the parameters of the fuzzy membership functions. Then neurofuzzy model is identified via the supervised subspace orthogonal least square (OLS) algorithm. Finally a logistic regression model is applied to produce the class probability. The effectiveness of the proposed neurofuzzy classifier has been demonstrated using a real data set.