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Bühlmann model

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25: 4199: 4588: 2995: 3521: 4210: 3510: 5270: 1995: 2566: 2672: 4194:{\displaystyle {\begin{aligned}\mathbb {E} &=\mathbb {E} \left\right]=\mathbb {E} =\mathbb {E} =v^{2}+\mu ^{2}\\\mathbb {E} &=\mathbb {E} \left\right]=\mathbb {E} =\sigma ^{2}+v^{2}+\mu ^{2}\\\mathbb {E} &=\mathbb {E} =\mathbb {E} =v^{2}+\mu ^{2}\end{aligned}}} 4583:{\displaystyle {\frac {1}{2}}{\frac {\partial f}{\partial a_{ik}}}=\left(1-\sum _{j=1}^{m}a_{ij}\right)\mu ^{2}+\sum _{j=1,j\neq k}^{m}a_{ij}(v^{2}+\mu ^{2})+a_{ik}(\sigma ^{2}+v^{2}+\mu ^{2})-(v^{2}+\mu ^{2})=a_{ik}\sigma ^{2}-\left(1-\sum _{j=1}^{m}a_{ij}\right)v^{2}=0} 3121: 5011: 2662:
In our previous equation, we decompose minimized function in the sum of two expressions. The second expression does not depend on parameters used in minimization. Therefore, minimizing the function is the same as minimizing the first part of the sum.
999: 5000: 1422: 2006: 1255:
We can give this result the interpretation, that Z part of the premium is based on the information that we have about the specific risk, and (1-Z) part is based on the information that we have about the whole population.
441: 4694: 1264:
The following proof is slightly different from the one in the original paper. It is also more general, because it considers all linear estimators, while original proof considers only estimators based on average claim.
4831: 2990:{\displaystyle {\frac {1}{2}}{\frac {\partial f}{\partial a_{i0}}}=\mathbb {E} \left=a_{i0}+\sum _{j=1}^{m}a_{ij}\mathbb {E} (X_{ij})-\mathbb {E} (m(\vartheta ))=a_{i0}+\left(\sum _{j=1}^{m}a_{ij}-1\right)\mu } 221: 3084: 1250: 580: 490: 334: 3526: 2011: 1427: 646: 1082: 705: 1409: 5439: 3505:{\displaystyle {\frac {1}{2}}{\frac {\partial f}{\partial a_{ik}}}=\mathbb {E} \left=\mathbb {E} \lefta_{i0}+\sum _{j=1,j\neq k}^{m}a_{ij}\mathbb {E} +a_{ik}\mathbb {E} -\mathbb {E} =0} 1177: 5265:{\displaystyle a_{i0}+\sum _{j=1}^{m}a_{ij}X_{ij}={\frac {mv^{2}}{\sigma ^{2}+mv^{2}}}{\bar {X_{i}}}+\left(1-{\frac {mv^{2}}{\sigma ^{2}+mv^{2}}}\right)\mu =Z{\bar {X_{i}}}+(1-Z)\mu } 2658: 773: 5974: 803: 737: 250: 793: 5798: 3113: 1990:{\displaystyle {\begin{aligned}\mathbb {E} \left&=\mathbb {E} \left+\mathbb {E} \left-2\mathbb {E} \left\\&=\mathbb {E} \left+\mathbb {E} \left\end{aligned}}} 4864: 4731: 4872: 1102: 6401: 5394: 2561:{\displaystyle {\begin{aligned}\mathbb {E} \left&=\mathbb {E} _{\Theta }\left\right]\\&=\mathbb {E} _{\Theta }\left\right]\right]\\&=0\end{aligned}}} 5931: 5911: 6315: 6232: 6242: 5916: 340: 5926: 6284: 152: 4596: 5999: 6181: 4739: 6471: 6461: 5984: 129:
th risk is to be determined based on the expected value of claims. A linear estimator which minimizes the mean square error is sought. Write
6371: 6335: 46: 6288: 6639: 6376: 160: 5486: 5387: 3003: 6441: 6019: 5989: 1188: 68: 6292: 6276: 6486: 6191: 5411: 496: 6391: 6356: 6325: 6320: 5959: 5756: 5673: 6330: 5658: 5954: 5761: 5680: 448: 6416: 6296: 257: 6670: 6644: 6421: 6257: 6156: 6141: 5553: 5469: 5380: 6431: 6067: 586: 6426: 1007: 6029: 5613: 5558: 5474: 105:
for a group of insurance contracts. The model is named after Hans Bühlmann who first published a description in 1967.
6361: 6351: 5994: 5964: 652: 39: 33: 5322: 6665: 6366: 5531: 5429: 6077: 5653: 5434: 1277: 6446: 6247: 6161: 6146: 5536: 98: 6280: 6166: 5588: 50: 5668: 5643: 5351:
Frees, E.W.; Young, V.R.; Luo, Y. (1999). "A longitudinal data analysis interpretation of credibility models".
1122: 6386: 5969: 5504: 6581: 6571: 6262: 6044: 5783: 5648: 5459: 5866: 6523: 6451: 5710: 6546: 6528: 6508: 6503: 6222: 6054: 6034: 5881: 5824: 5663: 5573: 2574: 994:{\displaystyle {\underset {a_{i0},a_{i1},...,a_{im}}{\operatorname {arg\,min} }}\operatorname {E} \left} 6014: 742: 6621: 6576: 6566: 6307: 6252: 6227: 6196: 6176: 5936: 5921: 5788: 94: 6616: 6456: 6381: 6186: 5946: 5856: 5746: 713: 6586: 6551: 6466: 6436: 6206: 6201: 6024: 5861: 5526: 5464: 5403: 228: 82: 6267: 778: 6606: 6411: 5819: 5736: 5705: 5598: 5578: 5568: 5424: 5419: 4995:{\displaystyle a_{i0}=(1-ma_{ik})\mu =\left(1-{\frac {mv^{2}}{\sigma ^{2}+mv^{2}}}\right)\mu } 102: 86: 6272: 6009: 3092: 6626: 6513: 6396: 5766: 5741: 5690: 5618: 5541: 5494: 5360: 4839: 4706: 6591: 6491: 6476: 6237: 6171: 5849: 5793: 5776: 5521: 1087: 6406: 5638: 6596: 6561: 6481: 6087: 5834: 5751: 5720: 5715: 5695: 5685: 5628: 5623: 5603: 5583: 5548: 5516: 5499: 5295: 5364: 6659: 6498: 6039: 5876: 5871: 5829: 5771: 5593: 5509: 5449: 6556: 6518: 6072: 6004: 5893: 5888: 5700: 5633: 5608: 5444: 6136: 6601: 6120: 6115: 6110: 6100: 5903: 5844: 5839: 5803: 5563: 5454: 6611: 6151: 6095: 5979: 436:{\displaystyle \Pi =\operatorname {E} (m(\vartheta )|X_{i1},X_{i2},...X_{im})} 6105: 4689:{\displaystyle \sigma ^{2}a_{ik}=v^{2}\left(1-\sum _{j=1}^{m}a_{ij}\right)} 5329: 4826:{\displaystyle a_{i1}=\cdots =a_{im}={\frac {v^{2}}{\sigma ^{2}+mv^{2}}}} 5932:
Generalized autoregressive conditional heteroskedasticity (GARCH) model
5372: 1105: 2571:
We are using here the law of total expectation and the fact, that
5328:. Institute of Mathematics, University of Cologne. Archived from 216:{\displaystyle \scriptstyle ={\frac {1}{m}}\sum _{j=1}^{m}X_{ij}} 117:
risks which generate random losses for which historical data of
5376: 4204:
Taking above equations and inserting into derivative, we have:
3079:{\displaystyle a_{i0}=\left(1-\sum _{j=1}^{m}a_{ij}\right)\mu } 1108:
represents the parameter values which minimize the expression.
1245:{\displaystyle Z={\frac {1}{1+{\frac {\sigma ^{2}}{v^{2}m}}}}} 18: 2173: 575:{\displaystyle s^{2}(\vartheta )=\operatorname {Var} \left} 5912:
Autoregressive conditional heteroskedasticity (ARCH) model
5440:
Independent and identically distributed random variables
5917:
Autoregressive integrated moving average (ARIMA) model
485:{\displaystyle \mu =\operatorname {E} (m(\vartheta ))} 164: 5014: 4875: 4842: 4742: 4709: 4599: 4213: 3524: 3124: 3095: 3006: 2675: 2577: 2009: 1425: 1280: 1191: 1125: 1090: 1010: 806: 797:
The Bühlmann model is the solution for the problem:
781: 745: 716: 655: 589: 499: 451: 343: 329:{\displaystyle m(\vartheta )=\operatorname {E} \left} 260: 252:- the parameter for the distribution of the i-th risk 231: 163: 6539: 6344: 6306: 6215: 6129: 6086: 6053: 5945: 5902: 5812: 5729: 5485: 5410: 641:{\displaystyle \sigma ^{2}=\operatorname {E} \left} 5264: 4994: 4858: 4825: 4725: 4688: 4582: 4193: 3504: 3107: 3078: 2989: 2652: 2560: 1989: 1403: 1244: 1171: 1096: 1077:{\displaystyle a_{i0}+\sum _{j=1}^{m}a_{ij}X_{ij}} 1076: 993: 787: 767: 731: 699: 640: 574: 484: 435: 328: 244: 215: 5799:Stochastic chains with memory of variable length 1398: 700:{\displaystyle v^{2}=\operatorname {Var} \left} 5388: 2000:The last equation follows from the fact that 8: 2666:Let us find critical points of the function 1404:{\displaystyle f=\mathbb {E} \left\to \min } 1272:The problem can be stated alternatively as: 5927:Autoregressive–moving-average (ARMA) model 5395: 5381: 5373: 3515:We can simplify derivative, noting that: 16:Random effects model in credibility theory 5229: 5223: 5222: 5199: 5183: 5171: 5161: 5135: 5129: 5128: 5119: 5103: 5091: 5081: 5069: 5056: 5046: 5035: 5019: 5013: 4975: 4959: 4947: 4937: 4908: 4880: 4874: 4847: 4841: 4814: 4798: 4787: 4781: 4769: 4747: 4741: 4714: 4708: 4672: 4662: 4651: 4630: 4614: 4604: 4598: 4568: 4550: 4540: 4529: 4505: 4492: 4476: 4463: 4444: 4431: 4418: 4402: 4386: 4373: 4357: 4347: 4324: 4311: 4293: 4283: 4272: 4242: 4224: 4214: 4212: 4181: 4168: 4152: 4126: 4125: 4113: 4104: 4083: 4072: 4071: 4064: 4063: 4032: 4021: 4020: 4010: 3997: 3984: 3968: 3931: 3920: 3919: 3900: 3894: 3886: 3875: 3874: 3865: 3864: 3848: 3840: 3829: 3828: 3818: 3805: 3789: 3763: 3762: 3745: 3736: 3725: 3724: 3713: 3704: 3693: 3692: 3678: 3669: 3656: 3644: 3637: 3636: 3617: 3608: 3595: 3584: 3583: 3574: 3573: 3554: 3541: 3530: 3529: 3525: 3523: 3472: 3461: 3460: 3448: 3440: 3429: 3428: 3419: 3400: 3387: 3376: 3375: 3366: 3356: 3333: 3317: 3300: 3288: 3287: 3250: 3237: 3227: 3216: 3200: 3182: 3169: 3168: 3153: 3135: 3125: 3123: 3094: 3059: 3049: 3038: 3011: 3005: 2964: 2954: 2943: 2922: 2893: 2892: 2877: 2866: 2865: 2856: 2846: 2835: 2819: 2783: 2770: 2760: 2749: 2733: 2720: 2719: 2704: 2686: 2676: 2674: 2635: 2613: 2604: 2585: 2584: 2576: 2517: 2495: 2486: 2451: 2447: 2446: 2420: 2407: 2397: 2386: 2370: 2350: 2346: 2345: 2315: 2293: 2240: 2227: 2217: 2206: 2190: 2166: 2162: 2161: 2149: 2145: 2144: 2083: 2070: 2060: 2049: 2033: 2015: 2014: 2010: 2008: 1973: 1936: 1935: 1922: 1902: 1889: 1879: 1868: 1852: 1834: 1833: 1770: 1757: 1747: 1736: 1720: 1702: 1701: 1685: 1648: 1647: 1634: 1614: 1601: 1591: 1580: 1564: 1546: 1545: 1528: 1499: 1486: 1476: 1465: 1449: 1431: 1430: 1426: 1424: 1385: 1356: 1343: 1333: 1322: 1306: 1288: 1287: 1279: 1227: 1216: 1210: 1198: 1190: 1172:{\displaystyle Z{\bar {X}}_{i}+(1-Z)\mu } 1142: 1131: 1130: 1124: 1089: 1065: 1052: 1042: 1031: 1015: 1009: 981: 961: 948: 938: 927: 911: 879: 851: 835: 819: 809: 807: 805: 780: 750: 744: 715: 660: 654: 618: 594: 588: 555: 546: 537: 504: 498: 450: 421: 396: 380: 371: 342: 309: 300: 291: 259: 236: 230: 203: 193: 182: 168: 162: 69:Learn how and when to remove this message 147:-th risk (we assume that all claims for 121:recent claims are available (indexed by 32:This article includes a list of general 5286: 153:independent and identically distributed 6233:Doob's martingale convergence theorems 5985:Constant elasticity of variance (CEV) 5975:Chan–Karolyi–Longstaff–Sanders (CKLS) 7: 5353:Insurance: Mathematics and Economics 101:) used to determine the appropriate 5296:"Experience rating and credibility" 97:(or "variance components model" or 6472:Skorokhod's representation theorem 6253:Law of large numbers (weak/strong) 4235: 4227: 4110: 3146: 3138: 2697: 2689: 2653:{\displaystyle \Pi =\mathbb {E} .} 2578: 2480: 2432: 2351: 2278: 2252: 2150: 2123: 2095: 1965: 1914: 1810: 1782: 1677: 1626: 1091: 973: 891: 826: 823: 820: 816: 813: 810: 775:are functions of random parameter 603: 552: 458: 350: 344: 306: 276: 233: 38:it lacks sufficient corresponding 14: 6442:Martingale representation theorem 5319:Proof can be found on this site: 1116:The solution for the problem is: 768:{\displaystyle s^{2}(\vartheta )} 6487:Stochastic differential equation 6377:Doob's optional stopping theorem 6372:Doob–Meyer decomposition theorem 23: 6357:Convergence of random variables 6243:Fisher–Tippett–Gnedenko theorem 5005:Finally, the best estimator is 5955:Binomial options pricing model 5323:"Lecture notes on Risk Theory" 5256: 5244: 5235: 5141: 4917: 4892: 4482: 4456: 4450: 4411: 4392: 4366: 4158: 4149: 4145: 4139: 4133: 4130: 4119: 4105: 4101: 4095: 4076: 4068: 4053: 4050: 4044: 4025: 3974: 3965: 3961: 3955: 3949: 3943: 3937: 3924: 3908: 3901: 3879: 3854: 3833: 3795: 3786: 3782: 3776: 3770: 3767: 3756: 3753: 3746: 3729: 3721: 3714: 3697: 3686: 3679: 3649: 3641: 3625: 3618: 3588: 3563: 3534: 3493: 3490: 3484: 3465: 3454: 3433: 3409: 3380: 3271: 3265: 2912: 2909: 2903: 2897: 2886: 2870: 2804: 2798: 2644: 2605: 2601: 2595: 2589: 2487: 2483: 2474: 2468: 2462: 2281: 2272: 2266: 2260: 2117: 2111: 1959: 1953: 1804: 1798: 1671: 1665: 1520: 1514: 1395: 1377: 1371: 1163: 1151: 1136: 762: 756: 726: 720: 689: 683: 630: 624: 547: 516: 510: 479: 476: 470: 464: 430: 372: 368: 362: 356: 301: 270: 264: 1: 6422:Kolmogorov continuity theorem 6258:Law of the iterated logarithm 5365:10.1016/S0167-6687(98)00055-9 4699:Right side doesn't depend on 732:{\displaystyle m(\vartheta )} 6427:Kolmogorov extension theorem 6106:Generalized queueing network 5614:Interacting particle systems 1084:is the estimator of premium 5559:Continuous-time random walk 443:- premium for the i-th risk 245:{\displaystyle \Theta _{i}} 6687: 6567:Extreme value theory (EVT) 6367:Doob decomposition theorem 5659:Ornstein–Uhlenbeck process 5430:Chinese restaurant process 788:{\displaystyle \vartheta } 6635: 6447:Optional stopping theorem 6248:Large deviation principle 6000:Heath–Jarrow–Morton (HJM) 5937:Moving-average (MA) model 5922:Autoregressive (AR) model 5747:Hidden Markov model (HMM) 5681:Schramm–Loewner evolution 99:hierarchical linear model 6362:Doléans-Dade exponential 6192:Progressively measurable 5990:Cox–Ingersoll–Ross (CIR) 6582:Mathematical statistics 6572:Large deviations theory 6402:Infinitesimal generator 6263:Maximal ergodic theorem 6182:Piecewise-deterministic 5784:Random dynamical system 5649:Markov additive process 5294:Bühlmann, Hans (1967). 3108:{\displaystyle k\neq 0} 85:, a branch of study in 53:more precise citations. 6417:Karhunen–Loève theorem 6352:Cameron–Martin formula 6316:Burkholder–Davis–Gundy 5711:Variance gamma process 5266: 5051: 4996: 4860: 4859:{\displaystyle a_{i0}} 4836:From the solution for 4827: 4727: 4726:{\displaystyle a_{ik}} 4690: 4667: 4584: 4545: 4352: 4288: 4195: 3506: 3361: 3232: 3109: 3080: 3054: 2991: 2959: 2851: 2765: 2654: 2562: 2402: 2222: 2065: 1991: 1884: 1752: 1596: 1481: 1405: 1338: 1246: 1173: 1098: 1078: 1047: 995: 943: 789: 769: 733: 701: 642: 576: 486: 437: 330: 246: 223:for the average value. 217: 198: 6547:Actuarial mathematics 6509:Uniform integrability 6504:Stratonovich integral 6432:Lévy–Prokhorov metric 6336:Marcinkiewicz–Zygmund 6223:Central limit theorem 5825:Gaussian random field 5654:McKean–Vlasov process 5574:Dyson Brownian motion 5435:Galton–Watson process 5321:Schmidli, Hanspeter. 5267: 5031: 4997: 4861: 4828: 4728: 4691: 4647: 4585: 4525: 4320: 4268: 4196: 3507: 3329: 3212: 3110: 3081: 3034: 2992: 2939: 2831: 2745: 2655: 2563: 2382: 2202: 2045: 1992: 1864: 1732: 1576: 1461: 1406: 1318: 1247: 1174: 1099: 1079: 1027: 996: 923: 790: 770: 734: 702: 643: 577: 487: 438: 331: 247: 218: 178: 125:). A premium for the 6671:Analysis of variance 6622:Time series analysis 6577:Mathematical finance 6462:Reflection principle 5789:Regenerative process 5589:Fleming–Viot process 5404:Stochastic processes 5012: 4873: 4840: 4740: 4707: 4597: 4211: 3522: 3122: 3093: 3004: 2673: 2575: 2007: 1423: 1278: 1189: 1123: 1097:{\displaystyle \Pi } 1088: 1008: 804: 779: 743: 714: 653: 587: 497: 449: 341: 258: 229: 161: 95:random effects model 6617:Stochastic analysis 6457:Quadratic variation 6452:Prokhorov's theorem 6387:Feynman–Kac formula 5857:Markov random field 5505:Birth–death process 5335:on August 11, 2013. 3899: 3853: 3453: 6587:Probability theory 6467:Skorokhod integral 6437:Malliavin calculus 6020:Korn-Kreer-Lenssen 5904:Time series models 5867:Pitman–Yor process 5262: 4992: 4856: 4823: 4723: 4686: 4580: 4191: 4189: 3882: 3836: 3502: 3436: 3105: 3076: 2987: 2650: 2558: 2556: 1987: 1985: 1401: 1242: 1169: 1094: 1074: 991: 889: 785: 765: 729: 697: 638: 572: 482: 433: 326: 242: 213: 212: 83:credibility theory 6666:Actuarial science 6653: 6652: 6607:Signal processing 6326:Doob's upcrossing 6321:Doob's martingale 6285:Engelbert–Schmidt 6228:Donsker's theorem 6162:Feller-continuous 6030:Rendleman–Bartter 5820:Dirichlet process 5737:Branching process 5706:Telegraph process 5599:Geometric process 5579:Empirical process 5569:Diffusion process 5425:Branching process 5420:Bernoulli process 5238: 5206: 5144: 5126: 4982: 4821: 4703:. Therefore, all 4252: 4222: 3647: 3163: 3133: 2714: 2684: 1240: 1237: 1139: 808: 176: 143:-th claim on the 109:Model description 87:actuarial science 79: 78: 71: 6678: 6627:Machine learning 6514:Usual hypotheses 6397:Girsanov theorem 6382:Dynkin's formula 6147:Continuous paths 6055:Actuarial models 5995:Garman–Kohlhagen 5965:Black–Karasinski 5960:Black–Derman–Toy 5947:Financial models 5813:Fields and other 5742:Gaussian process 5691:Sigma-martingale 5495:Additive process 5397: 5390: 5383: 5374: 5368: 5337: 5336: 5334: 5327: 5317: 5311: 5310: 5300: 5291: 5271: 5269: 5268: 5263: 5240: 5239: 5234: 5233: 5224: 5212: 5208: 5207: 5205: 5204: 5203: 5188: 5187: 5177: 5176: 5175: 5162: 5146: 5145: 5140: 5139: 5130: 5127: 5125: 5124: 5123: 5108: 5107: 5097: 5096: 5095: 5082: 5077: 5076: 5064: 5063: 5050: 5045: 5027: 5026: 5001: 4999: 4998: 4993: 4988: 4984: 4983: 4981: 4980: 4979: 4964: 4963: 4953: 4952: 4951: 4938: 4916: 4915: 4888: 4887: 4865: 4863: 4862: 4857: 4855: 4854: 4832: 4830: 4829: 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3548: 3533: 3511: 3509: 3508: 3503: 3480: 3479: 3464: 3452: 3447: 3432: 3427: 3426: 3408: 3407: 3395: 3394: 3379: 3374: 3373: 3360: 3355: 3325: 3324: 3312: 3308: 3307: 3291: 3283: 3279: 3278: 3274: 3258: 3257: 3245: 3244: 3231: 3226: 3208: 3207: 3190: 3189: 3172: 3164: 3162: 3161: 3160: 3144: 3136: 3134: 3126: 3114: 3112: 3111: 3106: 3085: 3083: 3082: 3077: 3072: 3068: 3067: 3066: 3053: 3048: 3019: 3018: 2996: 2994: 2993: 2988: 2983: 2979: 2972: 2971: 2958: 2953: 2930: 2929: 2896: 2885: 2884: 2869: 2864: 2863: 2850: 2845: 2827: 2826: 2811: 2807: 2791: 2790: 2778: 2777: 2764: 2759: 2741: 2740: 2723: 2715: 2713: 2712: 2711: 2695: 2687: 2685: 2677: 2659: 2657: 2656: 2651: 2643: 2642: 2621: 2620: 2608: 2588: 2567: 2565: 2564: 2559: 2557: 2544: 2540: 2536: 2535: 2531: 2530: 2526: 2525: 2524: 2503: 2502: 2490: 2456: 2455: 2450: 2439: 2435: 2428: 2427: 2415: 2414: 2401: 2396: 2378: 2377: 2355: 2354: 2349: 2337: 2333: 2329: 2328: 2324: 2323: 2322: 2301: 2300: 2288: 2284: 2259: 2255: 2248: 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