Deep Learning for Uncertainty Measurement

Abstract

Diese Arbeit konzentriert sich auf die Lösung des Problems der Unsicherheitsmessung und ihrer Auswirkungen auf Geschäftsentscheidungen, wobei zwei Ziele verfolgt werden: Erstens die Entwicklung und Validierung robuster Modelle zur Quantifizierung der Unsicherheit, wobei insbesondere sowohl die etablierten statistischen Modelle als auch neu entwickelte maschinelle Lernwerkzeuge zum Einsatz kommen. Das zweite Ziel dreht sich um die industrielle Anwendung der vorgeschlagenen Modelle. Die Anwendung auf reale Fälle bei der Messung der Volatilität oder bei einer riskanten Entscheidung ist mit einem direkten und erheblichen Gewinn oder Verlust verbunden.

Diese These begann mit der Untersuchung der impliziten Volatilität (IV) als Proxy für die Wahrnehmung der Unsicherheit von Anlegern für eine neue Klasse von Vermögenswerten - Kryptowährungen. Das zweite Papier konzentriert sich auf Methoden zur Identifizierung risikofreudiger Händler und nutzt die DNN-Infrastruktur, um das Risikoverhalten von Marktakteuren, das auf Unsicherheit beruht und diese aufrechterhält, weiter zu untersuchen. Das dritte Papier befasste sich mit dem herausfordernden Bestreben der Betrugserkennung 3 und bot das Entscheidungshilfe-modell, das eine genauere und interpretierbarere Bewertung der zur Prüfung eingereichten Finanzberichte ermöglichte. Angesichts der Bedeutung der Risikobewertung und der Erwartungen der Agenten für die wirtschaftliche Entwicklung und des Aufbaus der bestehenden Arbeiten von Baker (2016) bot das vierte Papier eine neuartige DL-NLP-basierte Methode zur Quantifizierung der wirtschaftspolitischen Unsicherheit.

Die neuen Deep-Learning-basierten Lösungen bieten eine überlegene Leistung gegenüber bestehenden Ansätzen zur Quantifizierung und Erklärung wirtschaftlicher Unsicherheiten und ermöglichen genauere Prognosen, verbesserte Planungskapazitäten und geringere Risiken. Die angebotenen Anwendungsfälle bilden eine Plattform für die weitere Forschung.

This thesis focuses on solving the problem of uncertainty measurement and its impact on business decisions while pursuing two goals: first, develop and validate accurate and robust models for uncertainty quantification, employing both the well established statistical models and newly developed machine learning tools, with particular focus on deep learning. The second goal revolves around the industrial application of proposed models, applying them to real-world cases when measuring volatility or making a risky decision entails a direct and substantial gain or loss.

This thesis started with the exploration of implied volatility (IV) as a proxy for investors' perception of uncertainty for a new class of assets - crypto-currencies. The second paper focused on methods to identify risk-loving traders and employed the DNN infrastructure for it to investigate further the risk-taking behavior of market actors that both stems from and perpetuates uncertainty. The third paper addressed the challenging endeavor of fraud detection and offered the decision support model that allowed a more accurate and interpretable evaluation of financial reports submitted for audit. Following the importance of risk assessment and agents' expectations in economic development and building on the existing works of Baker (2016) and their economic policy uncertainty (EPU) index, it offered a novel DL-NLP-based method for the quantification of economic policy uncertainty.

In summary, this thesis offers insights that are highly relevant to both researchers and practitioners. The new deep learning-based solutions exhibit superior performance to existing approaches to quantify and explain economic uncertainty, allowing for more accurate forecasting, enhanced planning capacities, and mitigated risks. The offered use-cases provide a road-map for further development of the DL tools in practice and constitute a platform for further research.