基于copula函数的国际原油价格与股票市场收益的相关性研究-朱慧明.pdf
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1、第37卷第200期2016年3月财经理论与实践(双月刊)THE THEORY AND PRACTICE OF FINANCE AND ECONOM ICSVol. 37 No. 200M ar. 2016证券与投资基于Copula函数的国际原油价格与股票市场收益的相关性研究朱慧明,董丹,郭鹏(湖南大学工商管理学院,湖南长沙 410082) 摘要:针对国际原油价格与金砖五国股票市场收益之间的相关性问题,使用AR(p)- GARCH(1,1)- Copula模型进行检验。运用广义误差分布(GED)获取收益残差序列,对W TI原油价格和金砖五国股市收益之间的相关性进行实证分析。研究结果表明,国际原油
2、价格与中国股市收益呈现微弱的相关关系,而与其他四国股市收益的相关关系较为明显。用时变SJC Copula模型刻画国际原油价格与金砖五国股票市场收益的相关性最为合适。关键词:股票市场收益;原油价格;Copula函数;相关性中图分类号: F830. 91 文献标识码: A 文章编号: 1003- 7217( 2016) 02- 0032- 06一、引言原油是当今世界最主要的战略能源之一,对国民经济和金融市场的发展具有重大意义。历史表明国际原油价格的每一次大幅波动,都会给世界经济带来巨大影响。从油价波动引起股市波动的机理来分析,对原油进口国而言,油价上涨会提高国内的物价水平,降低居民的实际收入水平,
3、从而抑制居民消费,不利于经济增长,股市也会受到影响。油价上涨还会导致中下游企业成本的增加,企业利润的减少会减弱生产积极性,不利于经济增长和股市的发展。同时,油价上涨必然导致生产企业减少石油的投入,降低企业的资本利用率,减少投资和资本存量,从而影响经济的增长,进而造成股市波动。油价的波动对发展中国家的影响比对发达国家的影响要大得多,主要是因为这些经济体依附于能源密集型产业,经历了快速经济增长,但能源使用效率低下 1 。鉴于新兴经济体的石油消耗不断增加,研究国际原油价格与股票市场收益的相关性具有显著意义。最近几年, “金砖五国”成为新兴市场的典型代表:金砖五国以快速的经济增长速度和巨大的市场潜力著
4、称,逐渐成为世界经济增长的重要推动力量。因此,本文重点研究国际原油价格与金砖五国股市收益之间的相依结构。金洪飞,金荦 2用VAR模型和二元GARCH模型研究了中美股市价格和国际石油价格的收益率及波动的溢出效应,实证结果表明中国股市价格与国际油价之间不存在任何方向的收益率溢出效应和波动溢出效应,而国际油价对美国股市有负向先导作用,并且存在双向的波动溢出。 Kunlapath S 3等用Copula函数研究了股票收益和油价回报之间的相互关系,排除了石油天然气股票公司的股票指数以去除油价和石油天然气公司的直接关系。研究结果表明,在大多数情况下,油价和股票指数之间存在弱依赖性,这与先前的研究结果一致,
5、然而石油消耗国和生产国的油价与股市具有强相关性。戚倩旻,朱洪亮 4应用VAR模型和误差修正模型,研究了中美股市价格和国际石油价格间的关系及油价对中国股市板块指数的影响,研究表明国际石油价格同中美股市指数都存在协整关系,在油价与美国股市指数的关系中,油价处于主导地位。 Cuong C 5使用非参Chi- and K- plots和Copula函数分别刻画了油价对中国和越南的相关性,国际油价与越南股市之间具有左尾相依性,与中国的结果相反。 Xiao-qian W en 6利用Copula函数探讨了在金融危机期间油价与股市之间是否具有传染效应。虽然目前存在较多对油价和股市之间的相关性研究,但是却严重
6、缺乏对金砖五国这样的新兴经济体的研究。因收稿日期: 2015- 11- 12基金项目: 国家自然科学基金创新群体项目( 71221001) 、国家自然科学基金重点项目( 71431008)作者简介: 朱慧明( 1966 ) ,男,湖南湘潭人,湖南大学工商管理学院教授、博士生导师,研究方向:金融工程与风险管理、管理统计与经济计量。2016年第2期(总第200期)朱慧明,董丹等:基于Copula函数的国际原油价格与股票市场收益的相关性研究此,本文结合GARCH和Copula方法研究国际油价和金砖五国股市收益的相关性影响。二、 Copula理论与方法(一)边缘分布的估计根据Copula理论,度量油价
7、与股市收益之间的相关性,首先需要对油价和股市收益率分别建立一个边缘分布。用正态分布拟合金融时间序列的均值方程的残差,其结果不是很符合实际情况。GARCH- GED模型能较好的描述金融时间序列的时变波动、高峰、偏斜、厚尾等分布特性。为了提高模型的拟合效果,采用基于广义误差分布( GED)的AR( p)- GARCH( 1, 1)模型描述边缘分布。模型的均值方程和方差方程如下:Rt = + pj = 1 jRt- j + t ( 1) 2t = + 2t- 1 + 2t- 1 ( 2) t服从广义误差分布( GED) 。其中, Rt表示收益率, j是由最优的AIC确定的自回归系数, p是非负整数,
8、 2t是 t的条件方差。 GED分布的概率密度函数为:f( ) =n exp ( - 12 / n) 2 n+ 1n ( 1/ n), ( 0 k )( 3)其中 = 2( - 2/ k) ( 1/ k) ( 3/ k) 1/ 2, ( )为gamma函数。 n是GED参数,即尾部厚度参数。 n = 2时GED分布就转化为正态分布,当n U =lim 1( 1 - 2 + C( , ) ) / ( 1 - ) ( 6)SJC Copula函数不仅能够度量下尾相依,还能度量上尾相依。相比Clayton Copula函数和GumbelCopula函数,更能反映市场中的真实行为。3.时变SJC Co
9、pula时变SJC Copula是在SJC Copula函数的基础上,根据上尾、下尾相关系数的时变性来定义参数的时变性,得到不同时间点上不同参数的值。在时变SJCCopula函数中,每一个时点上的下、上尾相关系数为: Lt = ( L + L Lt- 1 + L 1n ni= 1ut- i - vt- i )( 7) Ut = ( U + U Ut- 1 + U 1n ni= 1ut- i - vt- i )( 8)时变SJC Copula比SJC Copula更能看出不同时间点上下尾相关结构的变化情况。(三)Copula函数的参数估计在实际问题中,由于复杂模型中未知参数太多,极大似然估计方法
10、应用很困难,这时采用推断函数法( IFM )进行估计。 IFM参数估计分为两步:( 1)首先,估计边缘分布的参数 = ( 1 , , n) = arg max Tt= 1Pi= 1ln fi ( xit ) ( 9)( 2)给定 ,估计Copula函数的参数 c c = arg max Tt= 1ln c( F1 ( X 1t ) , , Fp ( Xpt ) )( 10)则IFM参数估计为: IFM = ( , c ) 。(四)随机变量的相关性度量在风险管理中有三种常见类型的相关性度量:线性相关, Spearman s rho和Kendall s tau相关以33财经理论与实践(双月刊) 2
11、016年第2期及尾部相关性系数。 Pearson线性相关系数是常用的相关性分析方法,要求变量间的关系是线性的,而且方差有限。而金融市场中出现的不少数据通常是尖峰厚尾分布,其方差有时并不存在,而且它不能度量非线性相关关系,因此不能用线性相关系数来反映相关性。Spearman相关系数用来估计两个变量X 、 Y之间的相关性,其中变量间的相关性可以使用单调函数来描述。可由相应的Copula函数给出: = 121010uvdC( u, v) - 3 ( 11)Kendall s tau在非椭圆分布的相关性度量方面运用广泛,它是一种基于样本的顺序统计量的非参相关性度量方法。 Kendall s tau秩相
12、关系数仅仅取决于Copula函数C(不取决于X与Y的边缘分布) , 由下式得出: ( X, Y) = 41010C( u1 , u2 ) dC( u1 , u2 ) - 1( 12)Copula函数的上尾和下尾相关性系数量化了尾部强度。设X, Y是两个随机变量,其分布函数分别为FX和FY,那么X与Y的上端尾部相关性和下端尾部相关性系数的定义分别如下: u( X, Y) = limq 1- X F- 1X ( q) Y F- 1Y ( q) ( 13) l( X, Y) = limq 0+ X F- 1X ( q) Y F- 1Y ( q) ( 14)假定极限 u, l 0, 1存在。对于正态C
13、opula和许多其他种类的Copula ,尾部相关性系数为0。三、实证分析近年来,作为全球新兴经济体代表的“金砖五国”在经济舞台上的影响力进一步增强。考虑到金砖五国成立的时间较短,选取从2005年1月1日至2015年5月20日国际油价和金砖五国即巴西、俄罗斯、印度、中国、南非的股市日收盘指数Pt为样本,考察国际油价和股票市场的相关关系。为了使研究对象的时间保持一致,剔除了不在同一交易日的数据后,实际有效数据为2097组。将每日股票市场收益用收益率表示,定义为:Rt = 100 ( ln Pt - ln Pt- 1 ) ( 15)国际原油价格选取国际上广泛使用的W TI价格,为确保研究单位一致,
14、将W TI价格换算成收益率,计算方法同表达式( 13)一致。表1国际油价与金砖五国股市收益的描述性统计结果变量最小值最大值均值标准差偏度峰度J - B统计量LM ( 10)统计量油价- 0. 1283 0. 1641 - 0. 0001 0. 0235 - 0. 0133 7. 7907 2005 380. 8580 巴西- 12. 0961 13. 6766 0. 0087 1. 7854 0. 0640 9. 0419 3191 589. 9490 俄罗斯- 0. 2066 0. 2523 0. 0002 0. 0224 - 0. 4456 22. 9257 35000 544. 3830
15、 印度- 11. 6044 15. 9900 0. 0388 1. 5688 0. 1784 11. 7301 6670 278. 4490 中国- 9. 2561 9. 0345 0. 0274 1. 6847 - 0. 3413 6. 7901 1296 155. 9780 南非- 7. 5807 6. 8340 0. 0386 1. 2668 - 0. 1699 7. 0358 1433 461. 3990 注: LM ( 10)是滞后10阶的检验统计量, 表示在1%的显著性水平拒绝下原假设。由表1可知,除了油价的均值为负数之外,金砖五国股市收益率均值均为正数,但数值都较小,均在零附近。
16、俄罗斯的标准差比较小,其他几个市场的标准差较大。偏度显示正向冲击对于巴西和印度市场更为常见,而负向冲击对于其他市场更为常见。表2国际油价与金砖五国股市收益的相关系数估计结果巴西俄罗斯印度中国南非Pearson 0. 6078 0. 5325 0. 3884 0. 1618 0. 4379Spearman 0. 5784 0. 4056 0. 5050 0. 1451 0. 5835Kendall 0. 3820 0. 3064 0. 3859 0. 0776 0. 4585得出油价和股市的收益率峰度都大于6,远远大于正态分布的3,峰度最高的是俄罗斯股票市场,其值达到了22. 9。从统计结果可知
17、收益率服从尖峰、厚尾分布。 J- B统计量明显拒绝收益正态性假设, LM检验表明变量存在ARCH效应。表2给出了国际油价与金砖五国股市收益的相关系数结果。总体来看,油价和金砖五国股市的相关关系比较强。其中, Pearson线性相关、Spearman相关和Kendall相关的最大值分别是0. 6870、 0. 5835和0. 4585,除了油价与中国的相关系数较小之外,其他四国相关系数较大,说明油价与其他四国股市具有中等相关关系。这是因为巴西是石油开采大国,而石油更是作为俄罗斯的经济命脉存在,南非的矿产资源非常丰富,却唯独缺少石油这432016年第2期(总第200期)朱慧明,董丹等:基于Copu
18、la函数的国际原油价格与股票市场收益的相关性研究种战略资源。亚太地区近10年经济快速增长,可以抵消油价对股市的负向冲击。表3收益序列边缘分布估计结果 2 n AIC油价0. 0390( 1. 8363) 0. 0003( 0. 9123) 0. 0000 ( 2. 3673) 0. 0633 ( 5. 8368) 0. 931 ( 79. 7626) 1. 4144 ( 34. 7334) - 4. 9919巴西- 0. 0354( - 1. 5572) 0. 0589( 1. 8895) 0. 0984 ( 3. 7711) 0. 0244( 1. 1218) 0. 8638 ( 45. 0
19、278) 1. 5987 ( 24. 2173) 3. 7441俄罗斯0. 0197( 0. 9398) 0. 0008 ( 2. 6419) 0. 0000 ( 4. 0250) 0. 0963 ( 6. 5144) 0. 8821 ( 51. 2349) 1. 2560 ( 33. 6870) - 5. 3348印度- 0. 0218( - 0. 9877) 0. 0888 ( 3. 7814) 0. 0342 ( 3. 4005) 0. 0996 ( 7. 0940) 0. 8861 ( 59. 5458) 1. 4298 ( 26. 6824) 3. 3313中国0. 0369( 1.
20、 8746) 0. 0465( 1. 8566) 0. 0145 ( 2. 0493) 0. 0465 ( 5. 2522) 0. 9490 ( 100. 9129) 1. 2062 ( 24. 8076) 3. 5839南非- 0. 0248( - 1. 0923) 0. 0797 ( 3. 9072) 0. 0187 ( 3. 1438) 0. 1016 ( 7. 0438) 0. 8876 ( 59. 1438) 1. 7075 ( 23. 3438) 2. 9613注:括号内表示t统计量, 、 、 分别表示1% 、 5% 、 10%下的显著性水平。为了提高模型的拟合效果,采用基于广义误
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