1. 引言
在保险精算和金融风险文献中,随着风险场景的复杂化,单一收益类型的模型难以满足实际需求,学者们对多态模型的探索展开了广泛的研究:周绍伟等(2007)构建了多险种泊松风险模型,针对索赔额服从指数分布的情形,推导了破产概率的微积分方程及初始资本为0时的破产概率表达式,开创了多类型风险下指数分布应用的先河[1];近年来,学者们就双态收益的盈余过程模型展开了广泛的研究,参见[2]-[11];Xie等(2018)拓展了马尔可夫调制框架,聚焦双态理赔过程的相依结构,利用Copula函数刻画风险关联性,提升了模型的现实贴合度[12]。
尽管现有研究已实现从单一风险到多态风险、从固定参数到随机调制的拓展,但仍存在显著不足:多态风险研究多聚焦于理赔过程的类型划分,针对双态收益结构的盈余过程探讨较为有限;Zou (2014)等学者虽简化了指数分布下的破产概率求解,但未涉及双态收益场景下的积分项处理,难以直接迁移至复杂收益结构[13]。本文以Cramér-Lundberg经典模型为研究基础,引入双态收益结构:根据前一次收益金额是否超过阈值,下一次收益额分别服从不同参数的指数分布,完善了多态收益盈余过程的理论体系。
本文拓展了盈余风险模型的收益结构,丰富了收益形态类型,通过严谨的数学推导,得到双态收益与盈余过程的积微分方程及破产概率解析求解,通过求导转换、积分项简化与特征方程求解等方法,完善了双态收益场景下的风险量化评估体系,验证了指数分布假设下双态收益盈余模型的破产概率解析可解性。
2. 模型介绍
考虑以下对偶模型,盈余过程定义为
其中
表示初始盈余,
为支出率,收益序列
是独立同分布的随机变量,其概率密度函数为
,累计分布函数为
,
表示到达时间
前的累积获利;
时间
前的收益次数,是poison过程,参数为
,其中
表示第
次与第
次收益的间隔时间,
服从参数为
的指数分布,且是独立同分布
的随机变量序列;
设
为影响收益质量的外部状态变量,其与收益间隔时间
的比较决定了未来收益的分布模式,
为独立同分布的非负随机变量,分布函数是
,我们假设收益金额的分布规则如下:若
,则下一次收益额服从
,概率密度为
;反之,服从
。这里
与
及
是相互独立的。
在一般情况下,破产概率的微积分方程可写为:
令
,得到:
基于以上条件,得到安全负载条件为:
3. 指数分布下的破产概率
由于上式是积分方程,直接求解很困难,故假设
服从参数分别为
的指数分布,则上式可重新写为:
(3.1)
要得到关于
的积–微分方程,要对
求导,得到:
(3.2)
在等式(3.1)的两端乘以
再加式(3.2),得到:
(3.3)
我们定义
(3.4)
对
求导,得到:
(3.5)
在等式(3.4)的两端乘以
再加(3.5)式,得到
(3.6)
其中,
上式可写为:
即:
进而得到特征方程为:
(3.7)
下面对(3.7)进一步分析其特征根的分布性质,以确保破产概率解的有效性,为讨论根的分布情况,引入辅助函数:
选取充分大的
,在区域
内,在边界上可以验证
,则由Rouché定理可知,
与
在该区域内具有相同数量的零点,进一步分析可以证明,(3.7)式子在右半平面至多有两个实根,且有两个负实根,这保证了破产概率在
时趋于零,进一步验证了该风险模型的合理性。
由Zou (2014),令:
代入到(3.1)式,得:
极端积分项可以得到:
其中,
从而由比较系数法得到:
设该方程组的系数矩阵为:
由克拉默法则,可解得:
其中:
4. 数值模拟
选取参数
,
,
,
,
,该参数选取满足安全负载条件,进而得到特征方程为:
解得:
代入,可得:
从而可解出:
故破产概率的表达式可写为:
基于以上结果,绘制图像:
Figure 1. Plot of the ruin probability varying with surplus
图1. 破产概率随盈余改变变化图像
图1表示随着初始盈余从0逐步增加至60,破产概率从1持续下降,最终趋近于0;例如盈余为10时,破产概率降至0.6左右;盈余为30时,概率降至0.3左右,该趋势完全符合风险理论,即初始盈余越多,企业抵御固定支出压力和收益波动的能力越强,破产可能性越低,说明模型能准确刻画该相依对偶风险模型下的盈余风险逻辑,这对企业具有直接应用价值:可根据目标破产概率,反推所需的最小初始盈余;直观展示“增加初始资本”对降低破产风险的边际效益。