显然,若 F1 (x1 ),。。。, FN (xN ) 是一元分布函数,令 un Fn (xn ) 是一随机变量,则 C 是具有边 缘分布函数 F1 (x1 ),。。。, FN (xN ) 的分布多元函数 C(F1 (x1 ),。。。, Fn (xn ),。。。, FN (xN )) 。
定义 满足以下性质的函数 C(u,v)我们定义为二维 Copula 函数: (1)C(u,v)的定义域为[0,1]×[0,1];
(2)C(u,v)二维递增,并且有零基面;
(3)对任意的 u,v[0,1],满足 C(u,1)=u 和 C(1,v)=v。
假设 F(x)、G(y)是一元随机变量 X,Y 的连续分布函数,令 u=F(x),v=G(y),
u,v 均服从[0,1]上的均匀分布,则 C(u,v)是一个边缘分布均为[0,1]上均匀分布的二元联 合分布函数,规定定义域内任一点,都能使 0≤C(u,v)≤1 成立。
Copula 函数具有优良的性质,可以灵活地选择边缘分布的形式,对于严格单调递增变化 都不会改变,是基于 Copula 函数导出的相关性和一致性测度的原因。
2。1。2 Sklar 定理
给定 F 为联合分布函数 F1 (x1 ),。。。, FN (xN ) ,它具有边缘分布,假设它存在一个 Copula 函数
C,符合下面的情况:
F (x1 ,。。。, xn ,。。。, xN ) C(F1 (x1 ),。。。, Fn (xn ),。。。, FN (xN ))
若边际分布函数 F 连续,则 C 唯一;反之,如果满足上面公式,F 一定是具有给定边缘分布 的联合分布函数。
通过边缘分布密度函数 c (F1 (x1 ),。。。, FN (xN )) 和 Copula 函数 C 的,可以求出 N 元分布函数
F1 (x1 ),。。。, FN (xN ) 的密度函数
Nf (x1 ,。。。, xn ,。。。, xN ) c(F1 (x1 ),。。。, Fn (xn ),。。。, FN (xN )) fn (xn )
n1
其中 c(u1 ,。。。, un ,。。。, uN )
C(u1 ,。。。, un ,。。。, uN )
u1 ,。。。, un ,。。。, uN
; fn (xn ) 是边缘分布Fn (xn )
的密度函数。
式子(1。2)可以得出,如果变量间的关系独立而且不相关的,那么我们可以得到 Copula 函数也是独立而且不相关的。如果存在非独立不相关的变量间的关系,则 Copula 函数表示的 就是变量间的相关结构。
由此可得,Copula 函数可以通过分布函数的联合分布函数和逆函数求出,而通过 Copula 函数能分开研究变量间的相关结构和边际分布,可以使得多变量概率模型的分析难度变低。
2。2 常用的 Copula 函数
Copula 主要有两大类:椭圆 Copula 类和阿基米德 Copula 类。
2。2。1 极值 Copula 函数
如果满足以下性质的那么我们把这个 Copula 函数称为极值 Copula 函数:
2。2。2 阿基米德 Copula 函数
如果一个生成元:[0,1] [0, ],Copula 函数的具体表达式为: C( u , u ,。。。, u )=(-1 (u )(u ) 。。。 (u ))
是一个连续的凸函数且严格单调递减, (0)1 ,且生成元满足以下条件:
2。2。3 椭圆 Copula 函数
(一)正态 Copula 函数:它的分布函数和概率密度函数分别为:
-1 1 1
是对称矩的正定矩阵,它的对角线元素是 1, 是 对应的行列式值;相关系数矩阵为
的(·)是标准的正态分布函数,n (1 ,2 ,。。。,n )', I 是单位矩阵。 一般情况下,两个变量的相关结构能很好地被二元正态 Copula 函数刻画出来,所以,常