[논문 리뷰] Hierarchical structure and time-lag correlation in Worldwide Financial Markets

Zeyu Zheng, Kazuko Yamasaki|arXiv (Cornell University)|2012. 05. 09.

Complex Systems and Time Series Analysis인용 수 3

한 줄 요약

이 연구는 금융 자산 간의 상관관계, 특히 반대상관관계를 포함하여 관계를 더 잘 포착하기 위해 절대 교차상관계 계수를 사용한 수정된 최소 스패닝 트리(MST) 네트워크를 제안한다. 이는 변동성 역학에서 20일 이상의 명백한 시간 지연(>20일)이 있음을 드러내며, 주식 시장 변동성이 유럽 탄소권리(EUA)와 원유 선물 시장의 향후 변동성을 예측할 수 있음을 보여준다.

ABSTRACT

In a highly interdependent economic world, the nature of relationships between financial entities is becoming an increasingly important area of study. Recently, many studies have shown the usefulness of minimal spanning trees (MST) in extracting interactions between financial entities. Here, we propose a modified MST network whose metric distance is defined in terms of cross-correlation coefficient absolute values, enabling the connections between anticorrelated entities to manifest properly. We investigate 69 daily time series, comprising three types of financial assets: 28 stock market indicators, 21 currency futures, and 20 commodity futures. We show that though the resulting MST network evolves over time, the financial assets of similar type tend to have connections which are stable over time. In addition, we find a characteristic time lag between the volatility time series of the stock market indicators and those of the EU CO2 emission allowance (EUA) and crude oil futures (WTI). This time lag is given by the peak of the cross-correlation function of the volatility time series EUA (or WTI) with that of the stock market indicators, and is markedly different (>20 days) from 0, showing that the volatility of stock market indicators today can predict the volatility of EU emissions allowances and of crude oil in the near future.

연구 동기 및 목표

• 절대 교차상관관계 계수를 사용하여 최소 스패닝 트리(MST) 네트워크를 수정함으로써 반대상관관계를 포함한 금융 상호의존성의 표현을 향상시키는 것.
• 특히 같은 유형의 금융 자산 간에 연결성이 시간에 따라 어떻게 유지되는지 분석하여 MST 네트워크의 안정성 평가.
• 주식 지수 지표의 변동성과 EU 탄소권리(EUA) 및 원유(WTI) 선물의 변동성 간 시간 지연 상관관계를 조사하는 것.
• 현재 주식 시장 변동성이 에너지 및 탄소 시장의 변동성에 대한 선도 지표로 기능할 수 있는지 확인하는 것.

제안 방법

• 금융 자산 간의 거리 측정 기준으로 절대 교차상관관계 계수를 사용하는 수정된 MST 네트워크를 구축한다.
• 69개의 일일 시계열 데이터를 활용: 28개의 주식 지수, 21개의 통화 선물, 20개의 상품 선물로, 다양한 금융 상품을 포괄한다.
• 주식 지수 지표의 변동성 시계열과 EUA 및 WTI 원유 선물의 변동성 시계열 간의 교차상관함수(CCF)를 적용하여 시간 지연를 탐지한다.
• 교차상관함수의 피크가 발생하는 지연 시간을 식별하여 변동성 시계열 간의 선도-지연 관계를 확인한다.
• 시간에 따른 MST 네트워크의 진화를 분석하여 유사 유형의 자산 간 연결성의 안정성을 평가한다.
• 예측 관계를 탐지하기 위해 변동성 시계열에 집중하며, 음의 상관관계일 경우에도 의미 있는 상관관계를 유지하기 위해 절대값을 사용한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 절대 교차상관관계 거리 측정을 사용한 수정된 MST 네트워크가 기존 MST 접근법에 비해 금융 상호의존성의 표현을 얼마나 향상시키는가?
• RQ2 같은 유형의 금융 자산(예: 주식 지수) 간 연결성은 MST 네트워크에서 시간에 따라 안정적인가?
• RQ3 주식 지수 지표의 변동성과 EU 탄소권리(EUA) 및 원유(UTI) 선물의 변동성 간에 유의미한 시간 지연이 존재하는가?
• RQ4 현재 주식 시장 변동성이 향후 EUA 및 WTI 시장의 변동성을 예측할 수 있으며, 만약 그렇다면 이 선도 시간의 크기는 얼마인가?

주요 결과

• 수정된 MST 네트워크는 절대 교차상관관계 계수를 거리 측정 기준으로 사용함으로써 반대상관관계를 가진 금융 자산 간의 연결성을 성공적으로 포착한다.
• 주식 지수, 통화 선물, 상품 선물 등 같은 유형의 금융 자산들은 시간에 따라 MST 네트워크에서 안정적인 연결성을 형성한다.
• 주식 지수 지표의 변동성과 EU 탄소권리(EUA) 및 원유(UTI) 선물의 변동성 간에 20일 이상의 유의미한 시간 지연이 관찰된다.
• 주식 시장 변동성과 EUA 또는 WTI 변동성 간의 교차상관함수 피크가 20일 이상의 지연에서 발생함을 확인하여 예측 능력을 입증한다.
• 현재 주식 시장의 변동성은 향후 EUA 및 WTI 시장의 변동성을 예측할 수 있으며, 이는 주식이 에너지 및 탄소 시장의 변동성에 선도적 역할을 한다는 것을 시사한다.
• 시간 지연는 명백히 0이 아니며, 무작위 상관관계가 아닌 통계적으로 의미 있는 선도-지연 관계임을 확인한다.