1. 引言
保险风险模型中的分红策略最早由De Finetti提出,之后众多学者对分红策略展开了研究,在保险风险理论及相关领域得到广泛应用(参见文献[1]-[5])。Lin和Pavlova研究了带有阈值分红策略下的经典复合泊松模型,并推导出了该模型的Gerber-Shiu惩罚函数满足的积分–微分方程和方程对应的边界条件[6],Wan将随机扰动与阈值分红策略相结合,推导了破产前期望折现红利支付的两类积分–微分方程和Gerber-Shiu惩罚函数的解析表达式[7],Li和Sendova考虑带有固定阈值和随机扰动的相依模型,得到了期望贴现惩罚函数满足的积分–微分方程和Gerber-Shiu惩罚函数满足的瑕疵更新方程[8],Sun和Zhang进一步研究了具有两类索赔和阈值分红策略的扰动风险模型,推导了Gerber-Shiu惩罚函数满足的矩阵形式的积分–微分方程及其显式解[9]。
本文研究基于文献[7]-[8]中受布朗运动扰动的相依风险模型,将固定阈值拓展为随机阈值并引入阈值分红策略(即盈余低于阈值时不分红、超过阈值时以恒定速率分红),然后结合Albrecher提出的在再保险应用中的相依模型,即实际索赔支付为索赔额和索赔阈值的小者[10],得到了具有阈值分红策略、索赔阈值和随机扰动的相依模型,最后参考文献[9]的研究过程,对于新的风险模型,我们得到了Gerber-Shiu惩罚函数满足的积分–微分方程。
2. 模型介绍
本文考虑以下盈余过程受布朗运动扰动的风险模型
(2.1)
其中
表示初始盈余,
为保险费率,
是标准布朗运动,
是一个常数,
表示到达时间t的总索赔金额,其中
表示到时刻
的索赔次数,
为独立同分布阈值变量,其累积分布函数为
,概率密度函数为
,索赔金额
是独立同分布的随机变量,其累积分布函数为
,概率密度函数为
,均值为
,索赔间隔时间
是独立同分布的随机变量序列,若索赔金额
大于某个随机阈值
,则保险公司的赔付金额为
,且到下一次索赔的时间服从参数为
的指数分布,此时分布函数为
,盈余过程被归为第1类;若
小于
,保险公司的赔付金额为
,且到下一次索赔的时间服从参数为
的指数分布,此时分布函数为
,盈余过程被归为第2类,当盈余低于阈值b时不分红,超过b时,以恒定速率d连续支付分红,此时的保费率为
。
本文定义Gerber-Shiu函数为
其中
是贴现因子,
是破产前盈余,
是破产后赤字,I是示性函数,
是关于破产前盈余和破产后赤字的二元函数,为不失一般性,令
。同时为确保破产不是必然事件,设定正安全负载条件
恒成立。故当索赔金额
时,下一次索赔的时间服从速率为
的指数分布,此时若盈余金额
,则其Gerber-Shiu函数为
,若盈余金额
,则其Gerber-Shiu函数为
;当索赔金额
时,下一次索赔的时间服从速率为
的指数分布,此时若盈余金额
,则其Gerber-Shiu函数为
,若盈余金额
,则其Gerber-Shiu函数为
。由于分红是连续性支付的,故盈余过程
不会在阈值b处发生跳跃,因此盈余过程
在
处连续,而Gerber-Shiu函数是基于盈余过程的期望函数,其连续性由盈余过程的连续性决定,参考文献[7]中Gerber-Shiu函数边界条件的推导方法可得本文边界条件为:
,
。在后续内容中,我们使用以下符号:
,
3. 积分–微分方程
命题3.1 函数
,
满足以下的积分–微分方程。
(3.1)
(3.2)
其中
(3.3)
(3.4)
(3.5)
,
(3.6)
,
, (3.7)
证明 对于
,考虑一个长度为
的小时间区间,并以在该区间内可能发生的首次索赔情况为条件,利用全概率公式,有
(3.8)
(3.9)
令
,
,对
应用泰勒展开,并利用布朗运动性质
和
,可得
因此,式(3.8)和式(3.9)可简化为
将等式两边同时除以
,并令
,可得
最后将式(3.3)~(3.5)代入上式,可以得到
同理,对于
,考虑一个长度为
的小时间区间,并以在该区间内可能发生的首次索赔情况为条件,利用全概率公式可以得到
(3.10)
(3.11)
令
,
,对
应用泰勒展开,并利用布朗运动性质
和
,可以得到
因此,式(3.10)和式(3.11)可简化为
然后将等式两边除以
,并令
,可得
最后将
移到等号左边,整理可得
将式(2.6)和式(2.7)代入以上四个公式,即可得式(2.1)和式(2.2)。
4. 数值分析
传统独立模型假设索赔金额大小与下一次索赔间隔完全独立,即索赔间隔服从
,其中
,设其破产概率为
,在本节中我们考虑不同参数的数值示例来对比独立模型与相依模型。假设分红阈值
,分红速率
,保费率
,布朗运动扩散率
,索赔额
服从指数分布
,索赔阈值
,实际赔付金额为
,
。
当
时,固定低赔付场景索赔频率
,逐步增大高赔付场景索赔频率
,
分别取值为0.35,0.5,0.65,0.8,0.95,其中
对应独立模型
,设初始盈余
,则不同
下相依模型与独立模型的破产概率对比为下表1。
Table 1. Table of ruin probabilities for positive dependent model and independent model
表1. 正相依模型与独立模型的破产概率表
|
|
|
|
|
风险偏差 |
0.35 |
0.35 |
0 |
0.178 |
0.178 |
0 |
0.50 |
0.35 |
0.15 |
0.234 |
0.178 |
0.056 |
0.65 |
0.35 |
0.30 |
0.291 |
0.178 |
0.113 |
0.80 |
0.35 |
0.45 |
0.348 |
0.178 |
0.170 |
0.95 |
0.35 |
0.60 |
0.405 |
0.178 |
0.227 |
当
时,固定低赔付场景索赔频率
,逐步减小高赔付场景索赔频率
,
分别取值为0.35,0.25,0.15,0.05,0,其中
对应独立模型
,设初始盈余
,则不同
下相依模型与独立模型的破产概率对比为下表2。
Table 2. Table of ruin probabilities for negative dependent models and independent models
表2. 负相依模型与独立模型的破产概率表
|
|
|
|
|
风险偏差 |
0.35 |
0.35 |
0 |
0.178 |
0.178 |
0 |
0.25 |
0.35 |
0.10 |
0.146 |
0.178 |
−0.032 |
0.15 |
0.35 |
0.20 |
0.117 |
0.178 |
−0.061 |
0.05 |
0.35 |
0.30 |
0.092 |
0.178 |
−0.086 |
0 |
0.35 |
0.35 |
0.071 |
0.178 |
−0.107 |
由以上两表可知,与相依模型相比,独立模型对破产概率存在一定的误差,与正向相依模型对比,独立模型会低估破产风险,与反向相依模型对比,独立模型会高估破产风险,故相依模型更具符合实际。