國(guó)內(nèi)外能源價(jià)格的非線性特征研究

1、國(guó)內(nèi)外能源價(jià)格的非線性特征研究摘要 基于BDS法和替代數(shù)據(jù)法，對(duì)布倫特原油現(xiàn)貨價(jià)、大慶原油現(xiàn)貨價(jià)以及NYMEX天然氣期貨價(jià)和亨利中心天然氣現(xiàn)貨價(jià)的日數(shù)據(jù)進(jìn)展了非線性特征檢驗(yàn)。研究說(shuō)明，上述能源價(jià)格收益率不服從正態(tài)分布，存在長(zhǎng)相關(guān)特征并具有一定的非線性構(gòu)造。在替代數(shù)據(jù)法檢驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)，嵌入維數(shù)小于6時(shí)，上述能源價(jià)格的原始數(shù)據(jù)和替代數(shù)據(jù)沒(méi)有顯著性差異，說(shuō)明在維數(shù)低于6時(shí)，可以用少于6個(gè)經(jīng)濟(jì)變量進(jìn)展線性模擬，以對(duì)相關(guān)能源價(jià)格進(jìn)展短期預(yù)測(cè)，以便為中國(guó)能源政策制定及能源行業(yè)的科學(xué)開展提供有益啟示。關(guān)鍵詞 石油價(jià)格；天然氣價(jià)格；BDS檢驗(yàn)；替代數(shù)據(jù)法；隨機(jī)游走；獨(dú)立同分布假設(shè)可以看出，近年來(lái)關(guān)于能源價(jià)格非線性

2、特征的研究不多。目前BDSBrock Dechert Scheinkman法和替代數(shù)據(jù)法是應(yīng)用比較廣泛的非線性特征研究方法。鑒于此，本文利用BDS法和替代數(shù)據(jù)法，以布倫特原油現(xiàn)貨價(jià)BrentOil、大慶原油現(xiàn)貨價(jià)DaqingOil以及NYMEX天然氣期貨價(jià)NYMEXGas和亨利中心天然氣現(xiàn)貨價(jià)HenryGas為研究對(duì)象，研究上述能源價(jià)格的非線性特征，為進(jìn)一步尋找石油和天然氣價(jià)格的內(nèi)在的規(guī)律性以及今后的能源價(jià)格的非線性預(yù)測(cè)提供一些有益的啟示。一、方法論一BDS法能源價(jià)格時(shí)間序列往往是自相關(guān)的，要消除其自相關(guān)的影響，通常擬合p階自回歸模型，在選擇適宜的階數(shù)p后，計(jì)算自回歸模型的殘差序列，判斷該殘差

3、序列的BDS統(tǒng)計(jì)量是否為獨(dú)立同分布。假設(shè)檢驗(yàn)結(jié)論不是獨(dú)立同分布，那么意味著能源價(jià)格序列在某個(gè)顯著程度下是內(nèi)在非線性的。二替代數(shù)據(jù)法替代數(shù)據(jù)法主要由檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量和零假設(shè)構(gòu)成。其根本邏輯是根據(jù)原始時(shí)間序列的均值和方差等線性性質(zhì)，構(gòu)建零假設(shè)，即構(gòu)建相應(yīng)的高斯線性隨機(jī)過(guò)程，該隨機(jī)過(guò)程產(chǎn)生相應(yīng)的替代數(shù)據(jù)。通過(guò)比照原始數(shù)據(jù)與替代數(shù)據(jù)的檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量來(lái)說(shuō)明原始數(shù)據(jù)中是否存在確定性的非線性特征。1. 零假設(shè)零假設(shè)1： 原始數(shù)據(jù)由獨(dú)立同分布IID的隨機(jī)變量產(chǎn)生。該假設(shè)根據(jù)高斯型的隨機(jī)變量分布產(chǎn)生替代數(shù)據(jù)，并且替代數(shù)據(jù)和原始數(shù)據(jù)的均值、方差和幅值分布等特性一致，但是替代數(shù)據(jù)不具有原始數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)性。該零假設(shè)用于分析原

4、始時(shí)間序列是否存在確定性成分。零假設(shè)2： 原始數(shù)據(jù)是由均值、方差和頻譜線性相關(guān)高斯過(guò)程所產(chǎn)生。該零假設(shè)的目的在于檢驗(yàn)原始數(shù)據(jù)是否存在非線性成分，替代數(shù)據(jù)的生成有兩種方式：一種是用自回歸模型產(chǎn)生替代數(shù)據(jù)，另一種是用隨機(jī)化相位方法來(lái)生成該假設(shè)的替代數(shù)據(jù)。其思想是通過(guò)重構(gòu)原始數(shù)據(jù)的功率譜以保證替代數(shù)據(jù)同原始數(shù)據(jù)的線性相關(guān)性。本文采用Lei M給出的改進(jìn)算法產(chǎn)生相應(yīng)的替代數(shù)據(jù)7，重構(gòu)原始數(shù)據(jù)的Fourier頻譜。首先對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)展Fourier變換：該零假設(shè)產(chǎn)生的替代數(shù)據(jù)和原始數(shù)據(jù)的幅值分布一致，而且替代數(shù)據(jù)也具有原始數(shù)據(jù)的靜態(tài)、單調(diào)非線性性質(zhì)。所產(chǎn)生的替代數(shù)據(jù)是非線性的，而這種非線性不是由動(dòng)力系統(tǒng)產(chǎn)

5、生的。82. 檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量假設(shè)原始數(shù)據(jù)與基于零假設(shè)所產(chǎn)生的替代數(shù)據(jù)的檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)值顯著不同，那么該零假設(shè)被回絕，說(shuō)明兩者有本質(zhì)不同。否那么，該零假設(shè)不被回絕，說(shuō)明原始數(shù)據(jù)與零假設(shè)根本一致。檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量有兩種形式，即中樞性和非中樞性檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量。Theiler等建議采用中樞的、與替代數(shù)據(jù)的產(chǎn)生方法無(wú)關(guān)的檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量。9本文選擇關(guān)聯(lián)維數(shù)作為檢驗(yàn)原油和天然氣價(jià)格的檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量。D2=liml0lnCllnl二、實(shí)證研究一數(shù)據(jù)選擇和處理由于獲取數(shù)據(jù)的有限性，本文選取布倫特原油現(xiàn)貨價(jià)、大慶原油現(xiàn)貨價(jià)以及NYMEX天然氣期貨價(jià)和亨利中心天然氣現(xiàn)貨價(jià)的日數(shù)據(jù)為研究對(duì)象，數(shù)據(jù)來(lái)源于WIND數(shù)據(jù)庫(kù)。用于實(shí)證分析的是上述能源的

6、日數(shù)據(jù)時(shí)間序列的對(duì)數(shù)收益率序列，即生成原始數(shù)據(jù)，這樣可以將時(shí)間序列的趨勢(shì)去掉。二數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析 由表1看出，布倫特原油現(xiàn)貨價(jià)、大慶原油現(xiàn)貨價(jià)以及NYMEX天然氣期貨價(jià)和亨利中心天然氣現(xiàn)貨價(jià)的收益率序列的峰度和偏度系數(shù)分別不等于3和0。大慶原油現(xiàn)貨價(jià)和布倫特原油現(xiàn)貨價(jià)收益率的偏度小于零，說(shuō)明低于平均收益率的天數(shù)要略小于高于平均收益率的天數(shù)，而NYMEX天然氣期貨價(jià)和亨利中心天然氣現(xiàn)貨價(jià)收益率的偏度大于0，說(shuō)明低于平均收益率的天數(shù)要略大于高于平均收益率的天數(shù)。以上能源價(jià)格收益率的JB統(tǒng)計(jì)量在1%的顯著性程度下回絕收益率服從正態(tài)分布的假定，且有“尖峰厚尾特征。因此回絕原假設(shè)，即四種能源價(jià)格收益率序列

7、不服從正態(tài)分布，存在長(zhǎng)相關(guān)特征并具有一定的非線性構(gòu)造，這同有效市場(chǎng)假說(shuō)是相悖的。下面運(yùn)用基于BDS法和替代數(shù)據(jù)法對(duì)以上四種能源價(jià)格收益率進(jìn)展非線性特征研究。三BDS法非線性特征檢驗(yàn)由表2可以看出，當(dāng)=05、075、10時(shí)，隨著嵌入維數(shù)的增大，BDS統(tǒng)計(jì)值均顯著增加，這說(shuō)明上述BDS統(tǒng)計(jì)值均回絕時(shí)間殘差序列是獨(dú)立同分布序列的IID假設(shè)，從而說(shuō)明上述能源價(jià)格時(shí)間序列中具有一定的非線性構(gòu)造，存在非線性的相關(guān)關(guān)系，為了準(zhǔn)確地描繪能源價(jià)格時(shí)間序列的變動(dòng)，必須使用非線性模型。值得注意的是，當(dāng)=05、075和10時(shí)，NYMEX天然氣期貨價(jià)和亨利中心天然氣現(xiàn)貨價(jià)的BDS統(tǒng)計(jì)值大于布倫特原油現(xiàn)貨價(jià)和大慶原油現(xiàn)貨

8、價(jià)的BDS統(tǒng)計(jì)值，說(shuō)明相較布倫特原油現(xiàn)貨價(jià)和大慶原油現(xiàn)貨價(jià)而言，NYMEX天然氣期貨價(jià)和亨利中心天然氣現(xiàn)貨價(jià)的非線性特征相對(duì)要強(qiáng)。四替代數(shù)據(jù)法的非線性特征檢驗(yàn)雖然BDS法可以對(duì)時(shí)間序列進(jìn)展非線性特征檢驗(yàn)，但是BDS法無(wú)法判斷被檢驗(yàn)的序列是確定性還是非確定性非線性序列，而替代數(shù)據(jù)法可以很好地彌補(bǔ)這一缺陷。因此，本文進(jìn)一步對(duì)上述能源價(jià)格時(shí)間序列采用替代數(shù)據(jù)法的三種零假設(shè)和關(guān)聯(lián)維數(shù)統(tǒng)計(jì)量進(jìn)展檢驗(yàn)。根據(jù)零假設(shè)2，四種能源價(jià)格的替代數(shù)據(jù)與原始數(shù)據(jù)具有一樣的功率譜，但是不包含非線性確定性成分。由圖2可看出，隨著嵌入維數(shù)不斷增加，原始數(shù)據(jù)和替代數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)維數(shù)有顯著性差異，這說(shuō)明原始數(shù)據(jù)不是由均值、方差和頻譜

9、線性相關(guān)高斯過(guò)程所產(chǎn)生，即零假設(shè)2被回絕。這意味著原始數(shù)據(jù)具有非線性確定性成分。但是，還不能確定這種非線性是否來(lái)自于非線性動(dòng)力系統(tǒng)。為此，將進(jìn)一步假設(shè)原始數(shù)據(jù)與零假設(shè)3一致。三、結(jié)論基于BDS法和替代數(shù)據(jù)法，本文對(duì)布倫特原油現(xiàn)貨價(jià)BrentOil、大慶原油現(xiàn)貨價(jià)DaqingOil以及NYMEX天然氣期貨價(jià)NYMEXGas和亨利中心天然氣現(xiàn)貨價(jià)HenryGas進(jìn)展了非線性特征檢驗(yàn)，得出以下結(jié)論：第一，從根本統(tǒng)計(jì)量分析可以看出，四種能源價(jià)格峰度和偏度系數(shù)分別不等于3和0，其中大慶原油現(xiàn)貨價(jià)和布倫特原油現(xiàn)貨價(jià)收益率的偏度小于零，說(shuō)明低于平均收益率的天數(shù)要略小于高于平均收益率的天數(shù)，而NYMEX天然氣

10、期貨價(jià)和亨利中心天然氣現(xiàn)貨價(jià)收益率的偏度大于0，說(shuō)明低于平均收益率的天數(shù)要略大于高于平均收益率的天數(shù)。四種能源價(jià)格都存在“尖峰厚尾的特征，即以上原油和天然氣價(jià)格收益率序列不服從正態(tài)分布，存在長(zhǎng)相關(guān)特征并具有一定的非線性構(gòu)造，這同有效市場(chǎng)假說(shuō)是相悖的。第二，從BDS法檢驗(yàn)結(jié)果看，當(dāng)=05、075和10時(shí)，隨著嵌入維數(shù)的增加，BDS統(tǒng)計(jì)值均顯著增大，并且相關(guān)統(tǒng)計(jì)量在5%的顯著性程度下回絕獨(dú)立同分布的零假設(shè)，說(shuō)明上述四種能源價(jià)格時(shí)間序列中具有一定的非線性構(gòu)造，存在非線性的相關(guān)關(guān)系。同時(shí)可以看出，相較布倫特原油現(xiàn)貨價(jià)和大慶原油現(xiàn)貨價(jià)而言，NYMEX天然氣期貨價(jià)和亨利中心天然氣現(xiàn)貨價(jià)的非線性特征相對(duì)要強(qiáng)。第三，從替代數(shù)據(jù)法的非線性特征結(jié)論看，隨著嵌入維數(shù)的不斷增加，原始數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)維數(shù)增長(zhǎng)變得緩慢，而替代數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)維數(shù)傾向于快