基于ARCH族模型的沪市股票波动性的实证分析毕业论文.doc
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1、数学与统计学院2013届毕业论文分类号 O212 编 号 2013030132 毕业论文题 目 基于ARCH族模型的沪市股票波动性的实证分析 学 院 数学与统计学院 专 业 统 计 学 姓 名 班 级 09统计一班 学 号 291050132 研究类型 应用研究 指导教师 提交日期 2013.5.16 ii原创性声明本人郑重声明:本人所呈交的论文是在指导教师的指导下独立进行研究所取得的成果。学位论文中凡是引用他人已经发表或未经发表的成果、数据、观点等均已明确注明出处。除文中已经注明引用的内容外, 不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。本声明的法律责任由本人承担。论文作者签名: 年
2、 月 日 论文指导教师签名:基于ARCH族模型的沪市股票波动性的实证分析 摘 要:本文以上证综指为研究对象, 运用EViews6.0统计软件对样本数据进行统计分析, 主要得出以下结论:序列数据具有显著的“尖峰厚尾”特征, 存在波动的聚集性效应, 上海股市具有显著的ARCH效应, 并且股市“杠杆效应”显著. 通过各个模型的参数估计、适应性检验以及模型的AIC、LogL的比较分析, 最终得出结论E-GARCH(1, 1)模型比较适合刻画上证综指的波动特性. 关键词:ARCH效应; 条件异方差; GARCH模型; E-GARCH模型; TARCH模型 分类号:O212 文献标识码:A数学与统计学院2
3、013届毕业论文The Empirical Analysis of the Volatility of ShangHai Stock Market based on the ARCH model familyFENG Xue-feng(School of Mathematics and Statistics, Tianshui Normal University, Tianshui Gansu 741000)Abstract: Shanghai stock index is researched in the paper, the statistical software Eviews6.0
4、is used to analyse the characteristics of the sample. The main conclusions are the following: The series data have remarkable features of “rush back” . The significant ARCH effect and volatility clustering is surveyed in the Shanghai stock market. Through the comparision of parameter estimating, ada
5、ptability test and AIC、LogL of each model, the E-GARCH(1,1)model is the best one to simulate the volatility characteristics of the yield series of Shanghai stock composite price index. Key wards: ARCH effect, conditional heteroskedasticity, GARCH model, E- GARCH model, TARCH model 目 录 1. 引言.1 2. GAR
6、CH模型相关理论3 2. 1 ARCH模型.3 2. 1. 1 ARCH模型提出的背.3 2. 1. 2 ARCH模型的定义 .3 2. 1. 3 ARCH模型的特点.4 2. 1. 4 ARCH模型的不足.4 2. 2 GARCH模型.5 2. 2. 1GARCH模型的定义. 5 2. 2. 2 GARCH(1, 1)模型.5 2. 2. 3 GARCH模型的特点.6 2. 2. 4GARCH(r, s)模型的不足.6 2. 3 GARCH模型的其它拓广.6 2. 3. 1 E-GARCH模型.6 2. 3. 2 TARCH模型.7 3. 沪市股价指数收益率的基本统计分析和检验. 93. 1
7、收益率的描述性统计分析.9 3. 2平稳性检验10 3. 3自相关检验.10 3. 4 ARCH效应的检验.11 4. 基于GARCH族模型对沪市股票波动性的实证分析.13 4. 1基于GARCH(1, 1)模型的实证分析.13 4. 2基于E-GARCH(1, 1)模型的实证分析.15 4. 3基于TARCH(1, 1)模型的实证分析.17 4. 4各种模型的比较分析. 19 5. 结论. 21 参考文献 22 致谢. 23 附录.24 1. 引言研究背景: 我国股市经过二十余年的发展, 取得了非凡的成就. 市场规模不断扩大, 机制越来越完善, 沪深股市能更好地反映我国国民经济状况.但是,
8、我国的股票市场与国外成熟市场相比, 仍然属于发展的新兴市场, 其波动性和风险明显较高, 尤其是异常波动出现的频率很高, 关于股票市场价格波动的研究大多集中在定性分析层面. 所以, 投资者和学者对股价波动特征以及影响因素非常关注. 投资者最感兴趣的是如何借助他们对股市波动特性的理解来获取理想报酬. 因此, 对股价波动特性的研究已成为现今数理金融不可缺少的一部分. 对金融市场的许多研究表明, 大多金融时间序列的差残序列无自相关, 但残差平方序列存在显著的自相关, 即残差的方差(或波动)是一个随时间变化的量, 如股票价格、利率、汇率等. 这就对经典最小二乘回归所假定的残差序列为白噪声序列提出了质疑.
9、 因此, 传统的回归模型, 尤其是最小二乘回归不再适用于对金融时间序列数据进行建模分析和统计推断.2003年, 著名计量经济学家罗伯特恩格尔(Robert Engle)和克莱夫格兰杰(Clive Granger)利用金融时间序列的两个重要性质:时变性(time-varying volatility)和非平稳性(nonstationarity), 提出了一套新的统计分析方法. 为了刻画金融市场波动性的条件方差, 两位学者于二十世纪八十年代初提出了自回归条件异方差(auto regressive conditional heteroskedasticity, ARCH) 模型, 随后, 相继提出了
10、ARCH模型的一些扩展模型, 如GARCH模型、TARCH模型、E-GARCH模型等, 进而形成了一个族模型, 并且这类模型在解释金融时间序列的波动特性中得到广泛应用. 程朝旭, 许俊和耿玉新利用ARCH族模型分析了沪市股票市场的波动性, 结果表明上海股市具有明显的ARCH效应, 呈现出波动的聚集性效应, 且股市“杠杆效应”显著; 安启光和郭喜利用ARCH族模型分析了我国沪市股票的日收益率, 研究表明在熊市坏消息产生的波动比同等大小的好消息产生的波动要大; 而在牛市, 利好消息产生的波动要比同等大小的利空消息产生的波动大.研究目的: 我国股市自诞生以来一直就表现出很大的不稳定性. 基于解决实际
11、问题的需要, 很多学者对我国股市波动特性以及变化规律进行了大量研究. 然而, 有关股价格波动特性的大多研究基本上属于定性分析, 而没有进行定量分析; 虽然某些学者对股价格波动特性以及变化规律的某一方面进行了深入研究, 但未形成系统性. 本文仅针对上述不足, 把我国上海股市选为研究对象, 以实证分析作为主要参考标准, 通过各个模型的对比分析, 进行系统化研究, 目的在于探索我国股市价格的波动规律, 从而为投资者和管理者作决策提供一些科学依据. 研究的分析方法: 本文以上证综合指数为研究对象, 利用ARCH族模型对沪市股票日收益率序列进行建模分析. 依据AIC、LogL准则, 对股票日收益率序列的
12、基本统计量及模型的参数估计结果进行对比分析, 最终筛选出能够比较适合刻画上证综指日收益率的模型. 本文股价指数的数据来源于和迅股道信息平台, 并用计量经济学软件EViews6.0进行统计分析和模型的参数估计. 文章框架结构:1. 简述本文的研究背景及意义, 研究目的并提出研究的分析方法和框架结构. 2. 描述ARCH模型及GARCH模型, 给出了模型的精确定义、特点以及不足;并针对其不足给出了其它模型:E-GARCH模型、TARCH模型. 3. 对上证综合指数日收益率序列进行基本的描述性统计分析及相关检验. 4. 用EViews6.0软件对样本序列数据进行ARCH族模型拟合, 根据检验结果建立
13、比较合适的GARCH模型;再利用非对称的GARCH模型的特征刻画上证综合指数日收益率波动性的杠杆效应. 5. 根据以上分析得出结论E-GARCH(1, 1)模型比较适合刻画上证综指日收益率序列的波动性. 2. GARCH模型相关理论2.1 ARCH模型2.1.1 ARCH模型提出的背景传统计量经济模型都假定样本方差为恒定常数, 实际上, 这一假设并不合理. 大量研究结果表明, 金融时间序列的方差是随时间变化的, 如股票市场收益率、利率、通货膨胀率、汇率等, 特别是股票市场收益率的表现, 在某个时间段波动较大, 而在另一时间段波动较小. 对于这种具有“尖峰厚尾、波动聚集性”等现象的金融时间序列数
14、据, 不能用传统计量经济模型来拟合. 但我们可以发现:残差序列的方差呈现某种自相关. Engle的ARCH模型很好地埔捉到了金融时间序列数据的这个特点. ARCH模型的全称是自回归条件异方差(auto regressive conditional heteroskedasticity, ARCH)模型, 该模型是由美国经济学家提出的, 主要用于具有“波动聚集性”及方差随时间变化特点的金融时间序列数据的建模分析和统计推断. 2.1.2 ARCH模型的定义设表示时刻及时刻以前的所有信息的集合, 对于序列, 如果 , (2.1) , (2.2). (2.3)则称序列是一个ARCH(r)序列(过程),
15、 式(2.1)(2.3)称为ARCH(r)模型. 其中的iiN(0,1)表示独立同标准正态分布. 显然, 在任何时刻, 的条件期望及条件方差分别为 , (2.4), (2.5)的条件分布为 . (2.6)一般要求 以保证条件方差为正. 容易看出, 序列的条件方差是一个随时间变化的量(即条件异方差), 这个随时间变化的条件方差是序列的过去有限项平方的线性组合(即自回归), 因此, 该模型称为自回归条件异方差模型. 为了方便, 有时也将ARCH(r)模型式(2.1)(2.3)写成如下形式: , (2.7) . (2.8)或者 , (2.9) . (2.10) 2.1.3 ARCH模型的特点1) A
16、RCH序列呈现出波动的聚集性(voiatility clustering)效应, 即较大幅度的波动后面倾向于跟着一个较大幅度的波动, 较小幅度的波动后面倾向于跟着一个较小幅度的波动. 2) 用ARCH模型能够比较精确地估计模型参数, 提高预测精度以及可靠性. 当ARCH效应存在时, 若仍使用传统经济模型进行参数估计及统计推断, 就会产生较大偏差; 如果使用ARCH模型, 则可以克服上述不足,从而提高预测值的精度和预测的可靠性.3) ARCH模型的一个显著特点是给出了计算时间序列的条件方差得方法, ARCH模型的另一重要特征是发现了金融时间序列中比较显著的变化是可预测的.4) ARCH模型把方差
17、与条件方差区分了开来, 并假定条件方差是滞后残差的函数, 这为解决异方差问题提供了新的方法.2.1.4 ARCH模型的不足1) 条件方差方程中的参数受到过度约束, 要求条件方差方程中的参数全是非负的. 2) 限制金融时间序列的条件分布为正态分布. 实际上, 大量研究表明, 对条件分布为正态分布所建立的ARCH模型进行残差分析、标准化残差拟合检验时却常拒绝条件分布为正态分布.3) 把条件方差看成的线性函数, 而实际生活中线性情况并不多见; 因此, ARCH模型不能很好地拟合非线性的情况. 4) 条件方差只与有关, 而与的正负无关. 实际上, 条件方差还取决于的符号的正负, 如金融产品的当前收益变
18、化与未来波动呈负相关.2.2 GARCH模型传统计量经济模型假设金融时间序列的样本方差为恒定常数,尽管ARCR(r)模型摆脱了这种“同方差”的限制, 使“异方差”成为可能, 但在实际研究中为了使拟合效果更好, 需要的阶数r 于是, 当ARCH模型的阶数过高时可以在式(2.2)右边加入过去的条件方差项, 就得到广义自回归条件异方差模型(generalized autoregressive conditional heteroskedasticity, GARCH), 该模型是由提出的. GARCH模型的条件方差不仅与滞后项的残差项有关, 而且也与滞后项的条件方差有关. 2.2.1 GARCH模型
19、的定义对于序列如果 , (2.11) , (2.12). (2.13)则称序列是一个GARCH(r, s)序列(过程), 式(2.11)(2.13)称为GARCH(r, s)模型. 由于 的非负性, 一般要求, , 以保证条件方差为正. 2.2.2 GARCH(1, 1)模型 GARCH(1, 1)模型虽然形式简单, 但它在金融学领域中有着广泛的应用. GARCH(1, 1)模型可表示为: , (2.14) , (2.15) . (2.16)其中表示独立同标准正态分布, 参数满足条件, , . GARCH(1, 1)是平稳序列的充要条件是1. 2.2.3 GARCH模型的特点1) 与ARCH模
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