基于平衡損失函數(shù)的具有時間效應的多合同信度模型

李新鵬,朱　坤，孫維霞，楊　麗，吳黎軍

(新疆農(nóng)業(yè)大學　a.數(shù)理學院; b.數(shù)學與系統(tǒng)科學學院， 烏魯木齊　830052)

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基于平衡損失函數(shù)的具有時間效應的多合同信度模型

李新鵬a,朱坤a，孫維霞a，楊麗a，吳黎軍b

(新疆農(nóng)業(yè)大學a.數(shù)理學院; b.數(shù)學與系統(tǒng)科學學院， 烏魯木齊830052)

利用信度理論的方法，考慮制定的保費的公平性、合理性，以及各風險組之間具有特殊的相依效應(時間效應)，得到了平衡損失函數(shù)下具有時間效應的多合同模型的信度保費和多合同Bühlmann模型的信度保費，同時給出了結(jié)構(gòu)參數(shù)的無偏估計，推廣了經(jīng)典信度理論。

多合同信度模型；平衡損失函數(shù)；時間效應

信度理論是精算學中最重要的保費厘定技術(shù)。它是用保單持有人過去的索賠額數(shù)據(jù)來計算保單組合的下一年保費的一種定價方法。現(xiàn)代信度理論起源于Bühlmann，它給出了任意分布下的凈保費信度估計。信度保費為樣本均值和聚合保費的加權(quán)和，其中權(quán)重因子被稱為信度因子[1]。

給定保單的過去n年的索賠額X1,…,Xn，其分布依賴于風險參數(shù)Θ。由于風險的非其次性，假設Θ是隨機變量，具有先驗分布h(θ)。在Θ給定條件下，Xi(i=1,2,…,n)獨立同分布，且分布函數(shù)為H(x,θ)。通過保單持有人的前n年索賠額X1,…,Xn來計算第Xi1,…,Xin年的保費。將保費估計值限定在過去索賠額的線性組合中，根據(jù)保單持有人的風險特征得到信度公式：

經(jīng)典信度理論假定在風險參數(shù)給定下,一個保單組合的不同保單索賠額之間獨立且同一個保單不同年索賠額之間也獨立。但在實際應用中,各個保單間是具有風險相依結(jié)構(gòu)的,如同一次交通事故可以導致多次索賠,地域臨近的房屋面臨共同的火災風險等。鄭丹等[2]利用信度理論的方法研究了具有時間變化效應的信度保費估計問題,得到了對應的信度保費。Bolancé等[3]研究了索賠頻率風險模型，得到了時間效應為自相關時間序列時的信度保費。Frees等[4]在時間效應為Student-t copula條件下研究了信度保費的估計問題。溫利民等[5]推廣了Bühlmann和Bühlmann-Straub模型，研究了具有共同隨機效應的信度模型，運用正交投影的方法，得到了信度保費。黃維忠等[6]就平衡損失函數(shù)下具有共同隨機效應的信度保費問題進行了研究。

保險公司在制定下一年保費的時候，希望與保險人心目中的保費相差較小。因此，本文提出使用平衡損失函數(shù)，其既可以反映擬合優(yōu)度，又能反映估計的精確性。設第i個保單的目標估計為δ0i(X)，它與過去的索賠數(shù)據(jù)有關，可以是保險公司認可的保費。因此，定義的平衡損失函數(shù)為：

(1)

0≤ω≤1為權(quán)重因子，其取值不同反映了目標保費與擬合程度的重要性不同。式(1)給出的平衡損失函數(shù)在ω=0時為經(jīng)典信度理論中的平方損失函數(shù)。平衡損失函數(shù)在近些年來應用較廣泛[6-8]。

本文既考慮了風險間的相關性,又考慮了保費制定的公平性、合理性。因此，運用平衡損失函數(shù)研究了風險組之間具有時間相依結(jié)構(gòu)的多合同信度模型,得到了相應的信度保費。

1　模型假設與準備

考慮K個保單構(gòu)成一個保單組合,對于第i個保單,它的過去n年索賠額為Xi1,…,Xin,假設每個保單各年索賠額都有各自的風險參數(shù),為Θi1,…,Θin，且這些風險參數(shù)具有某種相關結(jié)構(gòu)。假設如下:

假設1給定時間效應Θij=θ時，索賠額Xij間獨立且同分布，且E(Xij|Θij)=μ(Θij)，Var(Xij|Θij)=σ2(Θij)，i=1,2,…,K，j=1,2,…,n+1。

假設3本文使用的平衡損失函數(shù)為

為此，給出以下記號：

Xi=(Xi1,…,Xin)′，Θi=(Θi1,…,Θin)′

X= (X1′,…,XK′)′，Θ= (Θ1′,…,ΘK′)′

本文目標為求解最優(yōu)化問題：

(2)

引理1給出了具有時間效應的多合同信度模型的重要性質(zhì)。

引理1在假設1和假設2下，有以下結(jié)果[9]：

①Xij的均值為

② 過去索賠和未來索賠的協(xié)方差為

③Xi的協(xié)方差矩陣為

④Xi的協(xié)方差矩陣的逆為

2　平衡損失函數(shù)下多合同信度模型的保費估計

定理1為最優(yōu)化問題(2)的解，即第個保單下一年的信度保費估計。

定理1在上述3個假設條件下，運用平衡損失函數(shù)，通過求解最優(yōu)化問題(2)，得到Xi,n+1的最優(yōu)信度保費估計為：

其中：

證明引入一隨機變量Yi=Iδ0i(X)+(1-I)Xi,n+1，其中I為0-1區(qū)間的隨機變量，它獨立于其他的隨機變量且P(I=1)=1-P(I=0)=ω。ω為式(2)中的權(quán)重因子。因此，最優(yōu)化問題(2)等價于

(3)

由引理2知，最優(yōu)化問題(3)的解為：

μYi=EYi=E[E(Yi|I)]=

ωE(Yi|I=1)+(1-ω)E(Yi|I=0)=

ωE[δ0i(X)]+(1-ω)EXi,n+1=

ωμδ+(1-ω)μ

又因為E(Xi|I)=E(Xi)為一常數(shù)向量，所以Cov[E(Yi|I),E(Xi|I)]=0。由引理1知：

ΣYiXi=Cov(Yi,Xi)=E[Cov(Yi,Xi|I)]+

Cov[E(Xi|I),E(Yi|I)]=

ωCov(Yi,Xi|I=1)+

(1-ω)Cov(Yi,Xi|I=0)=

ωCov(δ0i(X),Xi)+

(1-ω)Cov(Xi,n+1,Xi)=

ωdii1n′ + (1-ω)ai,n + 1(ai1,…,ain)

1n為n×1的全1向量，且

因此，

所以，Xi,n+1的最優(yōu)估計為：

結(jié)構(gòu)參數(shù)σ2的無偏估計為

結(jié)構(gòu)參數(shù)a2的無偏估計為

3　結(jié)束語

本文在平衡損失函數(shù)下研究了具有時間效應的多合同信度模型,得到了相應的信度保費,推廣了經(jīng)典的信度理論,且基于所得結(jié)論給出了平衡損失函數(shù)下多合同Bühlmann模型的信度估計和基本結(jié)構(gòu)參數(shù)μ,σ2,a2的無偏估計。

[1]BüHLMANN H,GISLER A.A course in credibility theory and its applications[M].Netherlands:Springer,2005.[2]鄭丹,章溢,溫利民.具有時間變化效應的信度模型[J].江西師范大學學報(自然科學版),2012,36(3):249-252.

[3]BOLANCé C,GUILLé M,PINQUET J.Time-varying credibility for frequency risk models:estimation and tests for autoregressive specification on the random effects[J].Insurance:Mathematics and Economics,2003,33(2):273-282.

[4]FREES E W,WANG P.Credibility using copulas[J].North American Acturial Journal,2005,9(2):31-48.

[5]WEN L M,WU X Y,ZHOU X.The credibility premiums for models with dependence induced by common effects[J].Insurance:Mathematics and Economics,2009,44(1):19-25.

[6]HUANG W Z,WU X Y.The credibility premiums with common effects obtained under balanced loss functions[J].Chinese Journal of Applied Probability and Statistics,2012,28(2):203-216.

[8]李新鵬,吳黎軍.平衡損失函數(shù)下具有時間變化效應的信度保費[J].重慶理工大學學報(自然科學),2013,27(4):133-137.

[9]鄭丹.相依風險下的信度模型[D].南昌:江西師范大學,2013.

(責任編輯陳艷)

Multiple Contracts Model with Time Effects Based on Balanced Loss Function

LI Xin-penga, ZHU Kuna, SUN Wei-xiaa, YANG Lia, WU Li-junb

(a.College of Mathematics and Physics; b.College of Mathematics and System Sciences,Xinjiang Agriculture University, Urumqi 830052, China)

Using the credibility theory method, and considering the premium’s equity, various risk groups’ dependent effects, i.e. time effects, this paper obtained the multiple contracts model’s premium with time effects under balanced loss function, and derived the multiple contracts Bühlmann model’s premium, and gave the unbiased estimation of structure parameter, thus generalized the classical credibility theory.

multiple contracts model; balanced loss function; time effect

2015-10-10.

國家自然科學基金資助項目(11361058)；新疆維吾爾自治區(qū)大學生創(chuàng)新訓練項目(201510758112)

李新鵬(1986—),男,甘肅人,碩士,講師,主要從事精算數(shù)學研究，E-mail:news20060801015@126.com。

format：LI Xin-peng, ZHU Kun, SUN Wei-xia,et al.Multiple Contracts Model with Time Effects Based on Balanced Loss Function[J].Journal of Chongqing University of Technology(Natural Science)，2016(8):165-168.

10.3969/j.issn.1674-8425(z).2016.08.027

O212

A

1674-8425(2016)08-0165-04

引用格式：李新鵬,朱坤，孫維霞，等.基于平衡損失函數(shù)的具有時間效應的多合同信度模型[J].重慶理工大學學報(自然科學)，2016(8):165-168.