Stress, uncertainty and multimodality of risk measures

par Kehan Li

Thèse de doctorat en Mathématiques appliquées

Sous la direction de Dominique Guégan et de Bertrand Kian Hassani.

Soutenue le 06-06-2017

à Paris 1 , dans le cadre de École doctorale d'Économie (Paris) , en partenariat avec Centre d'économie de la Sorbonne (Paris) (équipe de recherche) .

Le président du jury était Jean-Paul Laurent.

Le jury était composé de Dominique Guégan, Bertrand Kian Hassani, Duc Khuong Nguyen, Florian Ielpo.

  • Titre traduit

    Stress, incertitude et multimodalité des mesures de risque


  • Résumé

    Dans cette thèse, nous discutons du stress, de l'incertitude et de la multimodalité des mesures de risque en accordant une attention particulière à deux parties. Les résultats ont une influence directe sur le calcul du capital économique et réglementaire des banques. Tout d'abord, nous fournissons une nouvelle mesure de risque - la VaR du stress du spectre (SSVaR) - pour quantifier et intégrer l'incertitude de la valeur à risque. C'est un modèle de mise en œuvre de la VaR stressée proposée par Bâle III. La SSVaR est basée sur l'intervalle de confiance de la VaR. Nous étudions la distribution asymptotique de la statistique de l'ordre, qui est un estimateur non paramétrique de la VaR, afin de construire l'intervalle de confiance. Deux intervalles de confiance sont obtenus soit par le résultat gaussien asymptotique, soit par l'approche saddlepoint. Nous les comparons avec l'intervalle de confiance en bootstrapping par des simulations, montrant que l'intervalle de confiance construit à partir de l'approche saddlepoint est robuste pour différentes tailles d'échantillons, distributions sous-jacentes et niveaux de confiance. Les applications de test de stress utilisant SSVaR sont effectuées avec des rendements historiques de l'indice boursier lors d'une crise financière, pour identifier les violations potentielles de la VaR pendant les périodes de turbulences sur les marchés financiers. Deuxièmement, nous étudions l'impact de la multimodalité des distributions sur les calculs de la VaR et de l'ES. Les distributions de probabilité unimodales ont été largement utilisées pour le calcul paramétrique de la VaR par les investisseurs, les gestionnaires de risques et les régulateurs. Cependant, les données financières peuvent être caractérisées par des distributions ayant plus d'un mode. Avec ces données nous montrons que les distributions multimodales peuvent surpasser la distribution unimodale au sens de la qualité de l'ajustement. Deux catégories de distributions multimodales sont considérées: la famille de Cobb et la famille Distortion. Nous développons un algorithme d'échantillonnage de rejet adapté, permettant de générer efficacement des échantillons aléatoires à partir de la fonction de densité de probabilité de la famille de Cobb. Pour une étude empirique, deux ensembles de données sont considérés: un ensemble de données quotidiennes concernant le risque opérationnel et un scénario de trois mois de rendement du portefeuille de marché construit avec cinq minutes de données intraday. Avec un éventail complet de niveaux de confiance, la VaR et l'ES à la fois des distributions unimodales et des distributions multimodales sont calculés. Nous analysons les résultats pour voir l'intérêt d'utiliser la distribution multimodale au lieu de la distribution unimodale en pratique.


  • Résumé

    In this thesis, we focus on discussing the stress, uncertainty and multimodality of risk measures with special attention on two parts. The results have direct influence on the computation of bank economic and regulatory capital. First, we provide a novel risk measure - the Spectrum Stress VaR (SSVaR) - to quantify and integrate the uncertainty of the Value-at-Risk. It is an implementation model of stressed VaR proposed in Basel III. The SSVaR is based on the confidence interval of the VaR. We investigate the asymptotic distribution of the order statistic, which is a nonparametric estimator of the VaR, in order to build the confidence interval. Two confidence intervals are derived from either the asymptotic Gaussian result, or the saddlepoint approach. We compare them with the bootstrapping confidence interval by simulations, showing that the confidence interval built from the saddlepoint approach is robust for different sample sizes, underlying distributions and confidence levels. Stress testing applications using SSVaR are performed with historical stock index returns during financial crisis, for identifying potential violations of the VaR during turmoil periods on financial markets. Second, we investigate the impact of multimodality of distributions on VaR and ES calculations. Unimodal probability distributions have been widely used for parametric VaR computation by investors, risk managers and regulators. However, financial data may be characterized by distributions having more than one modes. For these data, we show that multimodal distributions may outperform unimodal distribution in the sense of goodness-of-fit. Two classes of multimodal distributions are considered: Cobb's family and Distortion family. We develop an adapted rejection sampling algorithm, permitting to generate random samples efficiently from the probability density function of Cobb's family. For empirical study, two data sets are considered: a daily data set concerning operational risk and a three month scenario of market portfolio return built with five minutes intraday data. With a complete spectrum of confidence levels, the VaR and the ES from both unimodal distributions and multimodal distributions are calculated. We analyze the results to see the interest of using multimodal distribution instead of unimodal distribution in practice.

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