Dépendances non linéaires en finance

The thesis is composed of three parts. Part I introduces the mathematical and statistical tools that are relevant for the study of dependences, as well as statistical tests of Goodness-of-fit for empirical probability distributions. I propose two extensions of usual tests when dependence is present in the sample data and when observations have a fat-tailed distribution. The financial content of the thesis starts in Part II. I present there my studies regarding the “cross-sectional” dependences among the time series of daily stock returns, i.e. the instantaneous forces that link several stocks together and make them behave somewhat collectively rather than purely independently. A calibration of a new factor model is presented here, together with a comparison to measurements on real data. Finally, Part III investigates the temporal dependences of single time series, using the same tools and measures of correlation. I propose two contributions to the study of the origin and description of “volatility clustering”: one is a generalization of the ARCH-like feedback construction where the returns are self-exciting, and the other one is a more original description of self-dependences in terms of copulas. The latter can be formulated model-free and is not specific to financial time series. In fact, I also show here how concepts like recurrences, records, aftershocks and waiting times, that characterize the dynamics in a time series can be written in the unifying framework of the copula.La thèse est composée de trois parties. La partie I introduit les outils mathématiques et statistiques appropriés pour l'étude des dépendances, ainsi que des tests statistiques d'adéquation pour des distributions de probabilité empiriques. Je propose deux extensions des tests usuels lorsque de la dépendance est présente dans les données, et lorsque la distribution des observations a des queues larges. Le contenu financier de la thèse commence à la partie II. J'y présente mes travaux concernant les dépendances transversales entre les séries chronologiques de rendements journaliers d'actions, c'est à dire les forces instantanées qui relient plusieurs actions entre elles et les fait se comporter collectivement plutôt qu'individuellement. Une calibration d’un nouveau modèle à facteurs est présentée ici, avec une comparaison à des mesures sur des données réelles. Finalement, la partie III étudie les dépendances temporelles dans des séries chronologiques individuelles, en utilisant les mêmes outils et mesures de corrélations. Nous proposons ici deux contributions à l'étude du « volatility clustering », de son origine et de sa description: l'une est une généralisation du mécanisme de rétro-action ARCH dans lequel les rendements sont auto-excitants, et l'autre est une description plus originale des auto-dépendances en termes de copule. Cette dernière peut être formulée sans modèle et n'est pas spécifique aux données financières. En fait, je montre ici aussi comment les concepts de récurrences, records, répliques et temps d'attente, qui caractérisent la dynamique dans les séries chronologiques, peuvent être écrits dans la cadre unifié des copules