石油市场复杂性及仿真研究

发布时间：2020-04-15 11:19

【摘要】： 石油市场是一个典型的复杂系统，除了受到市场供求关系的影响外，还受到其他众多因素的影响，如经济形势、国际关系、突发事件、投机行为和市场心理等。这些因素的共同作用使得石油市场变化异常复杂，任何一个因素微小变化都有可能造成难以预料的结果。大量实证研究表明，国际石油市场是一个非线性的、具有混沌和分形特征的复杂系统；对于这样的复杂系统，传统的线性研究范式已经失效，基于还原论的研究思路不足以探求国际石油市场的内在动力学机制。为了探索国际石油市场及其价格问题的内在特征，得到相应的定性和定量分析结果，为我国有关石油战略的制定提供实证依据和决策支持，本文在复杂系统与复杂性理论框架内，采用混沌和分形分析方法，对国际石油市场复杂性问题进行了系统的实证分析和仿真研究。本文主要取得了如下创新： (1)应用相空间重构技术，对Brent和WTI原油价格收益率的时间序列进行相空间重构；应用G-P算法，求得了不大于3的分数维吸引子的关联维度，表明上述系统是具有分形特征的低维动力学系统；应用Wolf方法得出了大于0的最大Lyapunov指数，给出了系统混沌存在的初步证据；利用关联积分求出了Kolmogorov熵，给出了对系统的混沌程度的估计以及对Brent和WTI原油价格进行有效性预测的时间尺度，如对于Brent日收益率的Kolmogorov熵为0.2787，相应的进行有效性预测的时间尺度小于36天。 (2)针对Brent和WTI原油价格、新加坡含铅和鹿特丹粗柴油价格等国际主要基准石油价格时间序列，应用R／S分析方法，探讨了国际油价系统中存在的分形特征，得到了不同时间标度下，上述市场油价的Hurst指数，发现了Hurst指数均大于0.5，从而说明上述系统是有偏的，具有正向持续性特征；引入V统计量分析了系统的长程记忆机制，发现均存在对历史信息的长期记忆性，并估算了长程记忆的非周期循环长度，如Brent的60日收益率的非周期循环长度约为683天；跟踪了不同时延下Hurst指数的演化轨迹，根据不同的动力学行为将其相应划分为三个阶段，并认为上述阶段的动力学行为分别由噪声交易商、生产商和基本面交易商所主导；应用多重分形分析方法，发现在被考察的系统中存在奇异多重分形，从而说明其分形结构存在不规则性和不均匀性。 (3)针对国际主要基准原油和成品油价格时间序列，结合投资者的投资时间尺度τ和收益预期ε进行研究，运用Zipf分析方法，将石油价格的τ-收益率序列映射为三字符序列(绝对频率)和二字符序列(相对频率)；通过在不同的时间标度下分析序列中价格波动的涨跌信息，得到价格看涨概率与看跌概率的偏差，发现在各特征时间标度下均存在大于0的偏差，且随着时间标度的增加而上升，这说明上述系统的价格行为都是不对称和有偏的；通过将绝对和相对频率结合τ和ε进行分析，发现τ和ε对于价格行为均会产生影响，总体上，时间标度越长，看涨概率越大；收益预期越高，对价格行为的扭曲越大；但是，投资者的收益预期一旦达到临界点，将不再能够扭曲价格行为，这意味着除非修改其过高的期望，否则投资者将被清除出市场。此外，尽管在定量结果上存在细微差别，就价格行为而言，Rotterdam成品油和Brent原油在定性意义上差别不大。 (4)引入了二维三状态类RFIM(Random Field Ising Model)市场模型，采用格点网络和Torus拓扑结构，引入了周期性边界条件，建立了一个由做市商和异构的agents组成的虚拟市场；同时，还引入了agent的自信度，agent间的耦合强度，agent的个性化收益率预期等参数，讨论了上述参数对虚拟市场价格收益率的影响。通过这个高度抽象化的模型，生成了大量的虚拟价格收益率数据，发现该市场可以很好地模拟金融市场的如波动聚集等典型现象；通过相空间重构技术，得到的关联积分展示出了和实证结果相符的明显的分形定性特征；在此基础上，进一步通过分形／多重分形分析方法，得到的Hurst指数与真实石油市场的实证结果比较接近。综上所述，发现该市场所生成的价格行为与真实市场的价格行为具有定性意义上的内在的一致性。这暗示了尽管真实市场展示出种种纷繁复杂的典型现象和动力学行为，其内在机理却可能是极其简单的。在上述对国际石油价格问题的实证和仿真研究所得到的定性和定量结论的基础上，本文进一步对国际石油价格安全和相应的石油市场金融化改革等问题进行了政策研究，得出了相应的分析结论和政策建议，为中国石油战略和有关政策的制定提供了理论的和实证的依据以及决策参考。
【图文】：

投资者,时间标度,数值结果,博士

中已科李拭术大毋博士李位份义认知相对于后者的扭曲。图4一6显示了投资者的认知均存在对实际历史价格行为的扭曲。其中图4一6(l)显示了投资者对于看跌频率的认知存在拐点，相应的数值结果见表4一3.表4一6显示了收益预期对p。仕，0)造成的扭曲最大且为正向的。与此相反，表4一5，4一7显示收益预期造成的扭曲是负向的。图4一6和表4一7表明，随着时间标度r的增加，收益预期造成的扭曲趋于减小。SPeculator，，s伪 gnitionPatternsofPrice氏havfors(1)石IT。(0)speculator

相对频率,投资者,历史信息,信息认知

￡=0.4E=D.5图4-8，4一9显示了非贪婪型和贪婪型投资者在相对频率意义下对历史价格信息认知的截然不同:前者的认知与实际历史信息(即人仓，0))总体上是相似的(见图4一8)，而后者则与历史信息完全不同(见图4一9)。M目目年浏.叭伪沙i向.P吐比口sof晰伪加血.vi明(B彻0 ModestSpeCUI.to『15伪pi如.Pa讹rnsof巧i“Bc知av10“扭otte二山口) 1.0丫~~~~~~~~~~~~~~~石.42s。l。目等g山。去，工。民:。。;口。J匕。^一1.一.目护.，护护护护护矿护图4一&非贪婪型投资者对历史价格信息的认知(相对频率)(1‘二‘2500) GreedySpeculator， 5CogoitionPatte心 ofPri“价如aviors(B比nt)C代.dys件culator， sCognitionPatternsofPri沈Behaviors(Rol比rd姻) 1.2
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：F416.22;F224

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