世界黄金价格波动特征研究

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  摘要:文章使用半参数随机波动率模型(SPM),对2003年1月1日至2017年8月10日期间世界黄金价格波动特征进行了实证分析。模型拟合检验结论表明,SPM模型能够很好地拟合世界黄金价格波动过程当中存在的尖峰厚尾性、波动聚集性和非对称性等金融数据特征。采用基于贝叶斯的MCMC方法对模型进行参数估计,通过进一步与SV-N和SV-T模型对比分析,结果显示SPM对于世界黄金价格波动特征刻画要明显优于SV-N和SV-T模型。
  关键词:黄金期货;半参数随机波动率模型;MCMC

一、引言


  黄金是同时具有商品、货币以及投资属性的一种特殊商品,可用于资产储备和投资增值。自2002年上海黄金交易所成立以来,我国黄金市场逐步市场化,与世界接轨,为投资者与投资机构提供了良好的平台。目前黄金期货市场交易量和交易额持续增多,起到了很好的风险发散作用。黄金不仅具有商品属性,还具有金融属性,其波动性不仅影响人民生活稳定还影响金融稳定,其市场健康发展对于国家金融系统稳定非常重要,所以对黄金期货市场的科学研究是刻不容缓的。


  目前,对黄金期货收益率波动特征的研究并不多见。陈杨林等(2008)应用GARCH与SV-T模型对世界黄金价格的走势与波动性进行分析,实证结果表明SV-T模型对世界黄金价格走势的拟合与预测均优于GARCH模型;Jonathan 等人(2010)选取美国黄金期货1999~ 2005年高频样本作为分析数据,采用 GARCH 模型和 Garman Klass 统计值相结合的方式,探讨了该市场日内波动结构;王兆才(2012)研究表明两状态MRS-GARCH(1,1)模型的拟合和预测效果均优于单状态的GARCH模型;孙赵晖(2015)利用SV类模型,以2009年以来的上海黄金交易市场的收益率数据为代表,分析结果认为我国黄金市场波动持续性强且具有尖峰厚尾性,其中Leverage-SV模型拟合效果相对较优;苏理云等(2017)针对黄金市场呈现的波动持续性等特征,建立SV-POT的组合模型,较为精确地预测了该金融市场的动态Var。
  在SV模型中,贝叶斯非参数化方法是一个全新的研究领域,Eleni-Ioanna Delatola等提出了一种基于贝叶斯分析方法的半参数SV模型(SPM),并通过数值模拟验证了该模型较传统SV类模型的优越性,该类完全放弃对观测方程的随机误差项的参数假设,考虑一个半参数的SV模型,在这种模型中,收益的分布是非参数化的,相比于参数分布能够更好地描述金融资产收益特性,并能够提高收益和风险价值的预测精度。
  本文的主要贡献是首次尝试在半参数随机波动(Semiparametric Stochastic Volatility,SPM)模型框架内来考察世界黄金价格波动过程的动态特征。选取2003年1月1日至2017年8月10日期间世界黄金期货市场收盘价为原始数据,利用SPM、SV-N、SV-T模型进行实证研究,使用MCMC方法进行参数估计,以期能够较为精确地掌握世界黄金期货市场的波动特征。

二、模型及MCMC估计方法


  (一)SV-N模型
  Taylor等提出了SV模型,SV类模型在波动过程中引入了一个新的随机过程,相较于GARCH族模型,其对收益率的拟合能力更强,且对波动率具有更好的拟合效果和预测能力。
  标准的SV模型如下:
  yt=exp(ht/2)εt,εt~i,i,dN(0,1),t= 1,2,…,n(1)
  其中,ht表示第t日的收益率的对数波动率,而yt则代表第t日的收益率,误差项εt和ηt相互独立,ηt为波动的扰动水平,独立同分布于正态分布,εt独立同分布N(0,1)。φ为持续性参数,反映的是当前波动对未来波动的持续影响,当|?覬|<1,SV是协方差平稳的。
  (二)SV-T模型
  因为多数金融时间序列的无条件分布与标准正态分布相比,会呈现出尖峰厚尾的特征,这就导致SV-N模型对于描述金融时间序列有一定的局限性。许多学者尝试对SV模型进行改进,Chib等对标准SV模型中观测方程的随机误差项设定为具有厚尾特征的分布如t分布、GED 分布等,Liesenfeld R and Jung RC提出了SV-T模型,并发现该模型可以更好的刻画金融数据尖峰厚尾分布特征。
  SV-T模型如下:
  yt=exp(ht/2)εt,εt~i,i,dt(0,1,v),t= 1,2,…,n(2)
  ht+1=u+φ(ht-u)+ηt,ηt~i,i,dN(0,δη),t= 1,2,…,n
  f(εt)=[(v-2)]■■1+■■
  與标准SV模型最主要的区别在于SV-T中令误差项,并以此来刻画厚尾特征。(2)中第三个式子是用来描述金融数据“尖峰厚尾”特征的,当4

  (三)SPM模型
  Kim等提出线性标准SV模型,定义rt=logy■■和εt=logv■■,结果如下:
  rt=ht+εt,εt~F,
  ht+1=μ+?覬(ht-μ)+σηt,ηt~N(0,1)(3)
  如果vt服从正态分布,可以看到εt服从logχ■■分布,Kim等提出通过仔细调整的有限正态混合分布去近似logχ■■的分布,Delatola等提出对于不知εt~F的分布,利用Dirichlet过程先验这一非参数分布对εt进行统计建模,使用一个无限正态混合分布去近似εt的分布。即   εt|μ■~N(μ■,βσ■■)μ■~G,G~DP(α,G■)G■≡N(μ■,(1-β)σ■■)
  其中,DP表示Dirichlet过程;α和G0分别表示精度参数和基分布;β为光滑参数。用非参数混合Dirichlet过程表示εt的条件分布为无限个均值不同,方差相同的正态分布混合分布,条件均值μt服从精度参数为α的Dirichlet过程,且基分布的均值为μ0,方差为(1-β)σ■■的正态分布。
  另外,由于Kim等对数据转换为线性模型的时候发现了一个问题,即当收益率的值很接近于零或等于零时,这就使得收益率数据变换后的值是极小的负值甚至为负无穷,因此,Kim等参照Fuller的做法,引入一个比较小的补偿参数c,于是rt=log(y■■+c),相应地这里也要对εt的分布进行修改,即
  p(εt)=WN(logc,σc)+(1-W)■ωjN(μj,βσ■■)
  其中W表示为收益率为零的概率。如果模型不做这样的修改,那么由于零收益率的存在,这使得模型的MCMC抽样不容易收敛。此外,如果εt服从一个参数分布,则其均值是固定的,因此在波动率方程中均值μ是可识别的。但是此模型中εt有一个非参数先验分布,于是εt的均值是随机的,参照Bush等的做法将μ加入到εt中,因此模型(3)重新表示成如下形式(SPM):
  rt=h■■+ε■■,ε■■~F,
  h■■=?覬h■■+σηt,ηt~N(0,1)
  其中ε■■=εt+μ,h■■=ht-μ,以此将μ与εt区分开来。在SPM模型中,收益的分布是非参数化的,相比于参数分布能够更好地描述金融资产收益特性,并能够提高收益和风险价值的预测精度。


  (四)MCMC估计方法
  由于模型中包含不可观测的变量——波动率,所以模型的参数估计比较困难。这里简单介绍SPM模型的MCMC估计参数方法,具体参照Delatola等设计的MCMC抽样方法。令y*=(y■■,y■■,…,y■■),h=(h1,h2,…,hn)andμ′=(μ1′,μ2′,…,μn′),指示变量S=(S1,S2,…,Sn)用来判断Dirichlet过程特殊值属于哪种混合分布。MCMC算法更新参数步骤如下:
  1. 設定?覬,σ■■,σ■■,μ0,μ′,M,S和W的初值;
  2. 从后验分布h|y*,?覬,σ■■,σ■■,μ0,μ′,M,W,S中更新h;
  3. 从后验分布S|y*,?覬,σ■■,σ■■,μ0,μ′,M,W,H中更新s;
  4. 从后验分布σ■■,μ0,μ′,M,W|y*,?覬,σ■■,S,h中更新σ■■;
  5. 从后验分布?覬,σ■■|y*,σ■■,μ0,μ′,M,W,S,h中更新?覬。

三、黄金市场的实证分析


  (一)数据说明与统计描述
  本文选取2003年1月1日至2017年8月10日共3723组世界黄金期货市场收盘价为样本数据(如图1所示),数据来源于 Investing.com。在实证分析中将日收盘价转换为日收益率来使用,收益率采用JP摩根集团的对数收益率的概念,即Rt=lnpt-lnpt-1(其中Rt是收益率,pt是第t日的黄金期货收盘价,pt-1是前一日的黄金期货收盘价)。
  (a)给出了黄金期货日度收盘价格的变化轨迹,可以看出在2012年以前黄金价格一度走高,说明在黄金期货市场开放以来,越来越多的投资者与机构意识到了黄金期货增值、规避风险等特性;而从(b)可以看到黄金期货收益率具有金融数据所特有的波动聚集性,暴涨暴跌这种极端情况比比皆是;从(c)、(d)两图我们可以看到无论是经验收益率密度还是QQ图,均与正态分布偏离较大,说明黄金期货收益率序列并不服从正态分布。


  从表1中可以看到黄金期货对数收益率序列偏度为-0.3748936(左偏),峰度为 8.043399(高峰),说明该序列具有金融数据所特有的“尖峰厚尾”性。JB 检验P 值<0.01,即JB 检验值位于拒绝域内,ADF=-15.273,小于ADF检验1%~10%的各种显著水平ADF临界值,又p=0.01,所以拒绝原假设(原假设为非平稳),即认为黄金期货日收益率序列是平稳的。综上描述,可以应用SV-N、SV-T及SPM模型对黄金期货日收益率序列进行实证研究。
  (二)参数估计与黄金期货实证研究
  根据SPM模型模拟产生样本长度的观测序列,其中?覬0=0.97,σ2=0.15,εt服从7个正态分布的混合分布。运用MCMC抽样方法进行参数估计,得到模型参数估计结果。
  表2给出了数值模拟的实验结果,参数估计结果和相应的95%的置信区间,参数估计的结果接近于相应的真实值,且真实值均处于置信区间中,表明此估计方法比较准确,可以获得合理并有效的参数估计结果。本文以黄金期货日度收益率数据,运用MCMC抽样方法估计参数,运行100000次抽样,前5000次作为预热舍弃,后95000次抽样值用于模型分析,得到模型参数估计结果如表4所示。
  表3给出了SPM模型、SV-N模型和SV-T模型的参数估计结果。从表中可以看出,波动率持续性参数 的估计值均接近于1,这意味着黄金期货收益的波动过程明显具有很强的持续性,其中SPM模型的值最大,证明了SPM模型能够更好地刻画序列的波动持续性。参数估计值大于4,说明分布具有厚尾特征。
  (三)模型比较   本文采用对数预测得分对模型预测效果进行比较研究,向前一步预测的平均定义为:
  LPS=■■logp(r■|r■)
  其中rt=(r1,r2,…,rt)。一般LPS值越小说明模型预测能力越好,但研究发现,通常不同模型LPS值比较接近,另外在金融风险管理领域中,人们更关注于极端事件,因此对极端事件的预测能力更重要,于是本文采用对数预测尾部得分(LPTSβ)对模型极端风险预测效果进行比较研究LPTSβ定义分别为:
  LPTSβ=■∑■■I(ri>zβ)logp(r■|r■)
  其中zβ表示收益数据经验分布的上100β%分位数。具体评价准则为LPTSβ值越小,说明模型对于极端事件预测能力越好。
  表3给出黄金期货日度收益率数据在不同模型中预测结果,从表4可以看出不同模型的LPS得分值非常接近,说明模型预测能力均较好,但是在LPTS得分,SPM模型得分值最小,说明在极端风险预测方面上,SPM模型预测效果最好。因此,SPM模型不但能够较好刻画黄金期货日度收益率数据,而且对极端事件预测方面均有较好的效果。

四、结语


  本文使用SV-N、SV-T、SPM模型和MCMC估计方法对世界黄金价格波动过程的动态特征进行了实证分析,采用对数预测得分对模型预测效果进行比较研究。结果表明,从LPTS得分看,SPM得分最低,预测效果最好。相较于SV-N、SV-T模型,SPM在刻画金融数据尾部特征以及波动特征方面能力更强、拟合效果更好。
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  (作者单位:贵州大学数学与统计学院)
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