分形分布在经济学中也经常被称作“帕累托”、“帕累托-莱维(Pareto-Levy)”或“稳定帕累托分布”。19世纪末Pareto在对收入分布的研究中发现,除了将近3%的富人的收入分布服从对数正态分布外,大多人的收入分布会服从逆幂律,从图形上看来表现为一个很厚的尾部。厚尾现象在生活中也经常出现。比如要找到一个身高比另一个人高10倍的人的概率很有限,但是要找到一个比另一个人富10倍的人的概率比正态概率预测要高得多。比如在单词的使用频率上,长单词比短单词用得少;在学术界,一个学者过去写的论文越多,他以后的名气就会越大。1964年,Mandelbrot指出,金融市场收益率服从分形分布,分形分布在均值处有高峰,也有厚尾,非常像观察到的金融市场收益率的频数分布。我们知道,正态分布特征函数的对数是:
lgf(t)=iμt-(σ2 /2 )t2
式中,μ为均值;σ2为方差。
要表达“尖峰”和厚尾这种分形分布的特征,Levy推广了概率分布的特征函数,分形分布的特征函数表达式如下:
lg[f(t)]=iδt-γ|t|α(1+iβ(ν+|t|)tan(απ/2))
这个公式有4个特征参数:α、β、δ和γ。δ是均值的位置参数;γ是可调整的标度参数;β是偏斜度的度量,其取值范围为[-1,1],当β=0时,分布是对称的,当β>0时分布是右厚尾的或向右偏斜的,右斜程度随β趋向于+1而增加,当β=1时达到最大;α既度量分布的“尖峰”程度又度量分布的厚尾程度,α的取值在0~2之间。只有当α=2时,分布等价于正态分布。若α=2、β=0时,就得到正态分布的特征函数。(www.daowen.com)
有效市场假说实际上认为α必须等于2,而在分形市场假说中,α可以在1~2之间取值,α值的不同会剧烈地改变时间序列的性质。
α=2时,分布为正态分布,方差是有限的、稳定的。当1≤α<2时,方差变成无定义或无极限的,在这种情况下,样本方差作为风险度量指标几乎没有什么意义了。
如果0≤α≤1时,稳定的均值就不存在了,α落在这个范围是很少见的。α在1和2之间取值时,对应于分数布朗运动,其特点是长期相关性的统计自相似性,称之为分形时间序列。α是时间序列在概率空间的分形维数,并且α=1/H时,两者为倒数关系。
分形分布有两个重要的特性:第一个性质被称为“约瑟”效应,它表现为分形分布倾向于有趋势和非周期循环;第二个性质被Mandelbort命名为“诺亚”效应,它意味着系统容易有突然和激烈的逆转。
此外,分形分布在时间方面有足够的自相似性(self similar)。如果每日价格的分布有均值(m)以及α=a,那么,5天收益率的分布就有均值5m且仍然有α=a,即作了时间标度的调整,序列的概率分布仍然保持同样的形状,这就是分形时间序列的标度不变性。
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