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Loi de Stigler, langue et publication

Lundi, je dois faire un exposé aux Journées de Finance Mathématiques de Montréal, qui sont organisées comme tous les ans à HEC. Avec les collègues, on a – à nouveau – relancé, entre nous, autour d’un café, le débat du “pourquoi on ne présente pas en français ?” cher aux québécois (le site est d’ailleurs à la fois en français, et en anglais). Mais comme toujours, on râle, on râle, puis on finit par faire des exposés en anglais (transparents et présentation orale). Pourtant, même si j’ai l’impression de pouvoir faire passer les grandes lignes de mon message, je vois bien que je n’arriverais pas à rentrer dans des subtilités, comme je pourrais le faire en français… Mais le monde de la recherche est ainsi fait, et les personnes dont l’anglais est la langue maternelle ont un net avantage. Car si on souhaite diffuser nos travaux, on n’a pas vraiment le choix, il faut passer par l’anglais.

Bien entendu, il y a des contre-exemples. Le plus connu (dans les disciplines que je connais le mieux) est Maurice Allais qui publiait en 1953 en français, dans Econometrica, le comportement de l’homme rationnel devant le risque: critique des postulats et axiomes de l’école Américaine. Et le papier a été abondamment cité. Mais le plus souvent, ne pas publier en anglais, c’est condamner une publication à ne pas avoir l’écho qu’elle pourrait mériter. Par exemple, j’ai découvert (très) récemment qu’en 1940, Bruno de Finetti publiait il problema dei « pieni », dans le Giornale dell’Istituto Italiano degli Attuari, avec des choses qui ressemblent à la section suivante

Tous ceux qui ont vu passer des choses sur les mesures de risques reconnaîtront une axiomatique connue. Mais le papier est encore plus fabuleux, et j’encourage toutes les personnes qui s’intéressent aux risques à aller le lire. Car il a malheureusement été peu lu, et (très) peu cité. En fait, il a fallu attendre que le Journal of Investment Management le traduise, sous le titre the Problem of Full-Risk Insurances, en 2006, avec un préambule intitulé de Finetti scoops Markowitz écrit justement par Harry Markowitz, pour que le monde académique (re)découvre ce papier. Car effectivement, avec plus de 10 ans d’avance, Bruno de Finetti invente la théorie du portefeuille, que l’on attribue toujours à Harry  Markowitz. C’est toutefois Mark Rubinstein qui a (re)découvert la portée du papier de de Finetti, comme il le raconte dans Bruno de Finetti and Mean-Variance Portfolio Selection.

it has recently came to the attention of economists in the English speaking world that among de Finetti’s papers is a treasurer trove of results in economics and finance written well before the works of the scholars that are traditionally credited with these ideas. de Finetti’s 1940 paper anticipating much of mean variance portfolio’s theory later developed by Harry Markowitz

(et qui a obtenu un prix Nobel pour ce travail). Cela dit, le papier de de Finetti est probablement moins limpide que celui de Markowitz, car, si on retrouve une équation de la forme

il faudra attendre le théorème de Kuhn-Tucker datant de 1951 (http://projecteuclid.org/… même si on pourrait rappeler que William Karush avait obtenu les mêmes conditions dans son mémoire de maîtrise, en 1939) pour avoir les outils mathématiques pour résoudre ce problème de manière élégante. Cela dit, de Finetti propose une résolution intéressante, compte tenu des outils mathématiques à sa disposition avant guerre (comme note dans Pressacco & Serafini (2007) à l’aide d’excursions dans le simplexe), et introduit une notion d’optimalité (au sens de Pareto) qui n’est pas sans rappeler la notion de portefeuille efficient. Presque plus intéressant: de Finetti ayant une formation d’actuaire, il évoque l’idée de mesurer le risque non pas en calculant une variance, mais en calculant une probabilité de ruine, idée que l’on retrouvera plusieurs années plus tard chez Arthur Roy, dans sa notion de safety first. On y retrouve aussi une discussion axiomatique sur les mesures de risques, on y voit même passer des utilités exponentielles, car elles présentent une forme d’aversion pour le risque constante. Mais c’est surtout dans les travaux des années 50, en particulier sulla preferibilità que l’on voit analysé les utilités CARA et HARA (souvent attribuées a Arrow (1971) et Pratt (1970), une dizaine d’années après les travaux de Bruno de Finetti). Là encore, Rubinstein le notait lorsqu’il écrivait

in 1952, anticipating Kenneth Arrow and John Pratt by over a decade, he formulated the notion of absolute risk aversion, used it in connection with the risk premia for small bets and discussed the special case of constant risk aversion“.

Dois-je mentionner sul significato soggettivo della probabilità publié en 1931, sur des calculs de majorants de probabilités de ruine (où il obtient les mêmes résultats que ceux d’Harald Cramér, publié en 1930 dans on the mathematical theory of risk) ? ou la teoria del rischio e il problema della “rovina dei giocatori” publié en 1939 qui discute des notions de martingales et de temps d’arrêt ?

de Finetti est incontestablement un des plus grands mathématiciens et économistes du XXème siècle. Mais beaucoup de ses travaux ont été ignorés, et sont cités ceux publiés par des américains. Ou des chercheurs qui ont fait l’effort de publier en anglais. Au delà de la langue (proprement dite), on pourrait arguer qu’il s’agit d’un problème de discipline, les économistes (et les financiers) connaissant souvent peu les travaux de sciences actuarielles. De plus, Bruno de Finetti avait passé du temps dans les années 50 aux Etats-Unis, pour travailler avec Leonard Savage. Donc dire que les américains ne le connaissaient pas serait une fausse réponse. En fait, il me semble que tous les travaux de de Finetti semblent corroborer la loi de Stigler, qui proclame que « une découverte scientifique ne porte jamais le nom de son auteur » (Steven Stigler se demandant d’ailleurs qui avait trouvé la formule de Bayes, dans http://www.jstor.org/…, même si les mauvaises langues disent que Robert Merton avait enoncé cette loi avant lui).

Dans le contexte actuel où beaucoup de monde s’interroge sur le rôle des éditeurs, ne pourrait-on pas y voir là une solution, qui tirerait le monde de l’édition vers le haut ? Pourquoi les auteurs ne seraient-il pas autorisés à soumettre l’article dans la langue qu’ils souhaitent, et le rôle d’un editeur serait alors de faire traduire puis de diffuser ces travaux. Sur le site, on pourrait lire les articles dans la langue originale, mais aussi en anglais, ou, pourquoi pas, en français ? Tout le monde y gagnerait me semble-t-il ? En tous les cas, nous serions nombreux à décomplexer, et à écrire des articles plus subtiles… Mais si je pense à voix haute, il n’en reste pas moins que régulièrement, des débats sur la langue apparaissent dans le monde académique, et que les réponses sont toujours un peu les mêmes. Par exemple, avoir une ouverture internationale dans une formation se traduit toujours par “dispenser des cours en anglais“. Et répondre “ben fais donc un effort pour parler anglais” me semble une réponse qui pourrait être repensée…

de Finetti’s theorem and exchangeability

This week, we will start to work on multivariate models, and non-independence. The first idea to discuss non-independence will be to use the concept ofexchangeability. A sequence of random variable http://freakonometrics.blog.free.fr/public/perso5/exch-06.gif is said to be exchangeable if for all http://freakonometrics.blog.free.fr/public/perso5/exch-05.gif

http://freakonometrics.blog.free.fr/public/perso5/exch-01.giffor any permutation http://freakonometrics.blog.free.fr/public/perso5/exch-02.gif of http://freakonometrics.blog.free.fr/public/perso5/exch-03.gif. A standard example is the case wherehttp://freakonometrics.blog.free.fr/public/perso5/exch-07.gif, with

http://freakonometrics.blog.free.fr/public/perso5/exch-08.gifand

http://freakonometrics.blog.free.fr/public/perso5/exch-09.gifSince http://freakonometrics.blog.free.fr/public/perso5/exch-19.gif, a necessary condition is that

http://freakonometrics.blog.free.fr/public/perso5/exch-11.gifi.e.

http://freakonometrics.blog.free.fr/public/perso5/exch-12.gif
Since this inequality should hold for all http://freakonometrics.blog.free.fr/public/perso5/exch-05.gif it comes that necessarily http://freakonometrics.blog.free.fr/public/perso5/exch-13.gif.
de Finetti (1931): Let http://freakonometrics.blog.free.fr/public/perso5/exch-06.gif be a sequence of random variables with values in http://freakonometrics.blog.free.fr/public/perso5/exch-14.gifhttp://freakonometrics.blog.free.fr/public/perso5/exch-06.gif is exchangeable if and only if there exists a distribution function http://freakonometrics.blog.free.fr/public/perso5/exch-15.gif on http://freakonometrics.blog.free.fr/public/perso5/exch-16.gif such that

http://freakonometrics.blog.free.fr/public/perso5/credit-04.gifwhere http://freakonometrics.blog.free.fr/public/perso5/exch-20.gif. Note that http://freakonometrics.blog.free.fr/public/perso5/exch-15.gif is the distribution function of random variable

http://freakonometrics.blog.free.fr/public/perso5/exch-22.gifA nice proof of that result can be found in Heath & Sudderth (1995) – see alsoSchervish (1995)Chow & Teicher (1997) or Durrett (2010) and also probably in several bayesian books because that result has a strong interpretation in bayesian inference (as far as I understood, see e.g. Jaynes (1982)).
From the exchangeability condition, for any permutation http://freakonometrics.blog.free.fr/public/perso5/defi02.gif of http://freakonometrics.blog.free.fr/public/perso5/defi03.gif,

http://freakonometrics.blog.free.fr/public/perso5/defi01b.gifthat can be inverted in

http://freakonometrics.blog.free.fr/public/perso5/defi05.gifThe idea is then to extend the size of the vector http://freakonometrics.blog.free.fr/public/perso5/defi09.gif, i.e. for all http://freakonometrics.blog.free.fr/public/perso5/defi07.gif, define

http://freakonometrics.blog.free.fr/public/perso5/defi10.gifso that, if we condition on http://freakonometrics.blog.free.fr/public/perso5/defi11.gif,

http://freakonometrics.blog.free.fr/public/perso5/defi08.gifbut since given the sum of components of http://freakonometrics.blog.free.fr/public/perso5/defi11.gif, all possible rearrangements of the ones among the http://freakonometrics.blog.free.fr/public/perso5/GPD11.gif elements are equally likely, we can write

http://freakonometrics.blog.free.fr/public/perso5/defi15.gifThe first idea is to work on the blue term, and to invocate a theorem of approximation of the hypergeometric distribution http://freakonometrics.blog.free.fr/public/perso5/defi17.gif to a binomial distribution http://freakonometrics.blog.free.fr/public/perso5/defi19.gif, when http://freakonometrics.blog.free.fr/public/perso5/defi50.gif becomes large. Then

http://freakonometrics.blog.free.fr/public/perso5/defi16.gifLet http://freakonometrics.blog.free.fr/public/perso5/defi20.gif and let http://freakonometrics.blog.free.fr/public/perso5/defi21.gif denote the cumulative distribution function of http://freakonometrics.blog.free.fr/public/perso5/defi28.gif.

http://freakonometrics.blog.free.fr/public/perso5/defi33.gifThe idea is then to write the sum as an integral, with respect to that distribution,

http://freakonometrics.blog.free.fr/public/perso5/defi30.gifThe theorem is then obtained since http://freakonometrics.blog.free.fr/public/perso5/defi31.gif, i.e.

http://freakonometrics.blog.free.fr/public/perso5/defi32.gifIn the case of non-binary sequences, there is an extension of the previous result,
Hewitt & Savage (1955): Let http://freakonometrics.blog.free.fr/public/perso5/exch-06.gif be a sequence of random variables with values in http://freakonometrics.blog.free.fr/public/perso5/exch-24.gif.  http://freakonometrics.blog.free.fr/public/perso5/exch-06.gif is exchangeable if and only if there exists a measure http://freakonometrics.blog.free.fr/public/perso5/exch-25.gif on http://freakonometrics.blog.free.fr/public/perso5/exch-26.gif such that

http://freakonometrics.blog.free.fr/public/perso5/exc99.gifwhere http://freakonometrics.blog.free.fr/public/perso5/exch-25.gif is the measure associated to the empirical measure

http://freakonometrics.blog.free.fr/public/perso5/exch-29.gifand

http://freakonometrics.blog.free.fr/public/perso5/exc98.gifFor instance, in the Gaussian case mentioned earlier, if

http://freakonometrics.blog.free.fr/public/perso5/exch-23.gifthen

http://freakonometrics.blog.free.fr/public/perso5/exch-30.gifwhere

http://freakonometrics.blog.free.fr/public/perso5/exch-31.gifi.e. conditionally on http://freakonometrics.blog.free.fr/public/perso5/exch-32.gif, the http://freakonometrics.blog.free.fr/public/perso5/exch-06.gif are conditionally independent, with distribution http://freakonometrics.blog.free.fr/public/perso5/exch-33.gif. The proof can be found in Kingman (1978) and is based on martingale arguments.
Note that in the Gaussian case, http://freakonometrics.blog.free.fr/public/perso5/excccc02.gif where http://freakonometrics.blog.free.fr/public/perso5/exccc03.gif are i.i.d. random variables. To go further on exchangeability and related topics, see Aldous (1985)  (see also here).
This construction can be used in credit risk, to model defaults in an homogeneous portfolio, see e.g. Frey (2001),

 

Assuming a Beta distribution for the latent factor, we can derive the probability distribution of the sum

http://freakonometrics.blog.free.fr/public/perso5/credit-01.gifSince

http://freakonometrics.blog.free.fr/public/perso5/exch61.gifif we assume that – given the latent factor – http://freakonometrics.blog.free.fr/public/perso5/exch67.gif (either the company defaults, or not),

http://freakonometrics.blog.free.fr/public/perso5/exch66.gifi.e.

http://freakonometrics.blog.free.fr/public/perso5/exch63.gifThus, we can derive the (unconditional) distribution of the sum

http://freakonometrics.blog.free.fr/public/perso5/exch60.gifi.e.

http://freakonometrics.blog.free.fr/public/perso5/exch68.gif 

> proba=function(s,a,m,n){
+ b=a/m-a
+ choose(n,s)*integrate(function(t){t^s*(1-t)^(n-s)*
+ dbeta(t,a,b)},lower=0,upper=1)$value
+ }

Based on that function, it is possible to plot the probability distribution over http://freakonometrics.blog.free.fr/public/perso5/credit-5.gif. In the upper corner is plotted the density of the Beta distribution.

> a=2
> m=.2
+ n=10
+ V=rep(NA,n+1)
+ for(i in 0:n){
+ V[i+1]=proba(i,a,m,n)}
> barplot(V,names.arg=0:10)

http://freakonometrics.blog.free.fr/public/perso5/exchangeable-beta.gif

Those two theorems are extremely close,

De Finetti’s theorem: a random sequence http://freakonometrics.blog.free.fr/public/perso5/dfhs1.gif of http://freakonometrics.blog.free.fr/public/perso5/dfhs4.gif random variables is exchangeable if and only if http://freakonometrics.blog.free.fr/public/perso5/dfhs2.gif‘s are conditionnally independent, conditionnally on some random variable http://freakonometrics.blog.free.fr/public/perso5/dfhs3.gif.

Hewitt-Savage’s theorem: a random sequence http://freakonometrics.blog.free.fr/public/perso5/dfhs1.gif is exchangeable if and only if http://freakonometrics.blog.free.fr/public/perso5/dfhs2.gif‘s are conditionnally independent, conditionnally on some sigma-algebra http://freakonometrics.blog.free.fr/public/perso5/dfhs5.gif

Olshen (1974), proposed an interesting discussion about those theorems, see also in the Encyclopedia of Statistical Science,

http://freakonometrics.free.fr/copecran1.png

The subtle difference between those two theorem is also discussed in Freedman (1965)

http://freakonometrics.free.fr/copecran2.png