Statistique paramétrique et non paramétrique des processus
Projet 3
Résumé et objectifs
La modélisation par des processus de diffusion existe dans de nombreux domaines, on cite par
exemple les mathématiques financière, l’économétrie, la biologie, la médecine etc.
La classe des processus affines est largement utilisée en mathématiques financières et en risque de
crédit. On trouve dans cette classe le processus Ornstein-Uhlenbeck (OU) solution de l’équation
différentielle stochastique (EDS) suivante :
dY_{t} = (a – bY_{t}) dt + σ dW_{t}, t ≥ 0,
où a et b des réels , σ > 0 et (W_{t} ; t≥ 0) est un mouvement brownien standard.
On trouve aussi, le processus de Cox-Ingersoll-Ross (CIR) solution de l’EDS suivantes :
dY_{t}= (a – bY_{t}) dt + σ \sqrt{Y}_{t} dW_{t}; t ≥ 0;
où a > 0, b des réels et σ > 0 et (W_{t} ; t≥ 0) est un mouvement brownien standard.
Les objectifs de ce projet sont :
1) On étudie le CIR dans un cadre multidimensionnel. On donne des nouveaux résultats
asymptotiques sur l’estimateur du maximum de vraisemblance (EMV) pour l’estimation des
paramètres du drift dans les deux cas ergodique et non ergodique.
2) On montre des résultats analogue du premier objectif au cas d’une sous classe de processus
affines multidimensionnels en prenant (Y; X) dans R×R ^{d} où Y est un CIR et X est un processus d’OU dans R ^{d} de coefficient de diffusion σ \sqrt{Y_{ t}} . Plus précisément, dans le
cas de dimension deux nous obtiendrons le processus de Heston.
3) On s’intéresse aux modèles des diffusions avec sauts. On étudie le processus CIR avec sauts.
On établit des résultats asymptotiques pour les estimateurs du maximum de vraisemblance
du drift et des paramètres des sauts. On étend ces résultats à des classe des processus de
diffusion dirigées par un mouvement brownien fractionnaire dans un cadre de statistique
paramétrique et un cadre de statistique non paramétrique.
4) On étudie le problème d’estimation statistique de quelques diffusions fractionnaires. Plus
précisément, on s’intéresse au processus OU et au processus CIR dirigé par des
mouvements brownien fractionnaires. On établit des résultats de statistique inférentielle et
des propriétés asymptotiques pour l’estimation des paramètres du drift.
5) On considère une classe de diffusion dirigée par des mouvements browniens fractionnaires
dans un cadre non paramétrique. Plus précisément, on étudie le problème d’estimation
non paramétrique d’une équation différentielle stochastique dirigée par un mouvement
brownien fractionnaire avec un drift linéaire en se basant sur des observations continues.
6) On traite le problème d’estimation multidimensionnel non paramétrique de quelques
fonctionnelles. Plus précisément, on étudie les problèmes d’estimation d’une fonction de
régression, d’une fonction de réparation conditionnelle (CCDF) et de fonction de hasard
conditionnelle en utilisant une approche récursive en se basant sur des algorithmes
d’approximation stochastique.
Retombées socio-économiques du projet
Notre projet est basé sur l’étude des statistiques des processus notamment les diffusions solutions
des EDS qu’elles ont des impacts en physique, en chimie, en biologie, en finance, économétrie, en
machine Learning etc. Leur nature même en fait un outil de modélisation formidable, elle permet
de capter des dynamiques instantanées entachées d’incertitude et elles ont montré leur rôle central
dans l’analyse et la gestion des risques financiers.
Comme modèle de diffusion, dans ce projet, nous étudions le modèle Ornstein-Uhlenbeck
permettant de décrire la vitesse d’une particule. Ce processus à temps continu est solution d’une
équation différentielle stochastique, l’équation de Langevin pour le mouvement brownien d’une
particule avec friction qui peut être représenté comme une transformation affine du mouvement
brownien changé de temps. Ce processus a été très utilisé surtout en biologie, finance et
récemment a été utilisé en climatologie pour modéliser le risque climatique voir les travaux de
Laura Estelle GAY (2019).
Au cours de ce projet, nous étudions le problème d’estimation statistique de modèle Cox-Ingersoll-
Ross qui est très utilisé dans la finance mathématiques. Ce modèle décrit l’évolution des taux
d’intérêt, il est un type de modèle de taux court, plus précisément, il décrit les mouvements de
taux d’intérêt conduit par une seule source de risque de marché. Ce modèle peut aussi modéliser
les évaluations de dérives de taux d’intérêt.
Nous traitons aussi le problème d’estimation fonctionnelle non paramétrique telles que la fonction
de répartition conditionnelle, la fonction de hasard et les régressions qui sont très utilisées par
exemple dans le traitement des épidémies, en finance, en économie et surtout récemment en
machine Learning voir le récent travail de Pawel Chilinski and Ricardo Silva 2020.