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From Contemplative to Predictive Modeling

As mentioned yesterday, I gave a talk, this afternoon, entitled From Contemplative to Predictive Modeling (in actuarial science and risk management). Slides are available online, but maybe I can take some time to explain what I talked about…

It is usually claimed that actuaries build ‘predictive models’ but most of the time, what they consider would be simply ‘contemplative modeling’, in the sense that they use past information and hope that the future will be more or less the same (corresponding to the idea of generalization in machine learning). In the context of climate change (but also when modeling insurance market competition) it is not the case, data used to train models do not have the same distribution as the one we will have in the future.

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Des modeles prédictifs en assurance

Cet post est aussi en ligne sur https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-02350006, il a été coécrit avec Laurence Barry et Ewen Gallic.

Les compagnies d’assurance émettent des contrats qui prévoient des paiements d’indemnités en cas de survenance d’évènements aléatoires (accident, maladie, décès, etc.). En contrepartie, l’assuré doit s’acquitter d’une prime, dont le montant est déterminé ex-ante, avant le début de la période de couverture. Cette prime se décompose en deux termes : une prime pure (destinée à couvrir les pertes anticipées) et un chargement (incluant des commissions à des agents, divers frais, mais aussi couvrant contre le risque de variabilité des pertes). La prime pure est souvent calculée par classe de risque, et une classification est alors nécessaire.

Assurer une population hétérogène, ou l’importance de la classification

Le regroupement des risques selon diverses informations telles l’âge de l’assuré, son état de santé ou encore sa profession constitue ce que l’on appelle la classification des risques. Cette pratique de segmentation se justifie (à des fins d’admissibilité mais aussi de tarification) par la supposition que les risques sont placés dans des groupes relativement homogènes, au sein desquels les probabilités de survenance sont similaires. Pour Schauer (2006), cette « généralisation », qui vise à voir l’individu sous le prisme de sa classe de risque, de généraliser son comportement à partir de quelques variables explicatives, est probablement la raison d’être de l’actuaire : « to be an actuary is to be a specialist  in  generalization,  and  actuaries  engage  in  a form of decision-making that is sometimes called actuarial ». Statistiquement on cherche une méthode de classification aussi « discriminatoire » que possible[1], en gardant en mémoire que la discrimination est interdite, ce qui rend l’exercice périlleux, et souvent critiqué (nous y reviendrons plus loin).

Les assureurs évoquent souvent deux arguments pour justifier une segmentation. Le premier est qu’elle serait rendue économiquement nécessaire par la concurrence ; ne pas classifier conduit à une anti-sélection, les risques importants restant seuls chez les assureurs qui ne segmentent pas. Dans une telle situation, l’équilibre de marché ne serait pas possible puisque les risques faibles seraient chez un concurrent ayant segmenté. Si le facteur de risque était observable, tant par les assurés que les assureurs, il y aurait un phénomène d’auto-sélection, les assurés à risque faible ayant les polices les moins chères. Cette situation constitue un équilibre séparant de Nash. Mais si le facteur de risque n’est pas observable, un équilibre sous-optimal peut être atteint, résultant d’une externalité négative de cette information non-accessible, à la manière de Wilson (1977), tel que décrit dans Cummins et al. (1982) dans le cas des contrats d’assurance-vie. Cela dit, Kleindorfer & Kunreuther (1980) montrent qu’accéder à davantage d’information ne conduit pas nécessairement à une amélioration du bien-être des consommateurs. De plus si la classification n’est pas autorisée, l’équilibre est maintenu, les risques faibles subventionnant les risques élevés.

Le second argument avancé pour justifier une segmentation est que cette dernière (et le fait, par conséquent, d’ajuster les primes au risque) serait juste et équitable. Mais cette vision de l’équité n’a pas toujours été de mise et semble portée par les développements techniques. Ainsi la classification est devenue de plus en plus fine, multipliant les classes de risque et conduisant à des tarifs « personnalisés ». En plus des avancées statistiques, des facteurs économiques pourraient justifier cette sophistication : la concurrence de plus en plus forte sur certaines branches.

Incertitude en assurance

Il y a plusieurs manières de caractériser l’incertitude en assurance. Comme bien souvent quand on fait des prévisions, il convient de distinguer l’incertitude associée à l’estimation des probabilités et l’incertitude réelle sur le résultat (aléa de l’évènement). Pour la seconde notion, Hacking (1975) parle de probabilité structurelle, et c’est celle qui est souvent utilisée pour introduire les concepts de probabilité, par exemple avec des dés ou des jeux de cartes : les probabilités sont connues, seule l’issue du jeu est incertaine. Par exemple je sais que la probabilité d’avoir 6 en lançant un dé est 1/6 (compte tenu de la géométrie du cube).

D’un point de vue statistique, la probabilité se mesure quand on peut observer une fréquence, c’est-à-dire une répétition de risques semblables. Les statisticiens ont ainsi défini une notion de probabilité empirique, basée sur la répétition[2]. Si, en lançant mille dés j’obtiens 173 fois la face 6, la probabilité empirique d’avoir 6 est de 17,3%. La loi des grands nombres nous assure que cette fréquence va tendre vers la vraie valeur en répétant l’expérience, et le théorème central limite permet d’en contrôler les fluctuations. C’est la première incertitude dont nous parlions au début de cette section, que nous appellerions l’erreur d’estimation.

On peut enfin mentionner deux notions supplémentaires ; tout d’abord, les probabilités conditionnelles. Cette idée est introduite en assurance par de Moivre, ou de Witt, lorsqu’ils notaient que pour estimer une probabilité de décès, il fallait considérer des personnes de même âge. C’est cette idée que l’on retrouve quand on considère une classification : on veut des risques homogènes, similaires, sans être pour autant identiques. La probabilité que l’on obtient est alors conditionnelle à ce facteur commun qui caractérise la classe observée. Dans notre exemple des dés, cela revient à dire qu’il ne faut pas lancer mille dés, mais mille fois le même dé – ou à défaut des dés semblables.

Enfin, les probabilités subjectives ont été formalisées par Bruno de Finetti et Leonard Savage (ainsi que plus philosophiquement par Frank P. Ramsey) pour comprendre et modéliser la prise de décision. Elles sont relativement populaires en économie de l’incertain, mais difficile à mettre en œuvre dans un contexte de valorisation de contrats d’assurance automobile ou habitation. Il s’agit d’un jugement, qui ne peut être confronté à la réalité, mais envisageable pour l’assurance de risques encore mal connus (McGrayne (2012) évoque ainsi les premiers contrats d’assurance aviation). Une approche bayésienne consiste alors à combiner cette probabilité subjective avec la probabilité comme fréquence observée d’un phénomène : partant d’une croyance a priori, on affine l’estimation par une mise à jour progressive en répétant les expériences. Classiquement, la probabilité d’avoir la face 6 sera une moyenne entre notre croyance (1 chance sur 6) et une probabilité dite historique, obtenue en faisant quelques lancés (3 sur 20 lancers, par exemple). Les poids attribués aux deux dépendant du nombre d’expériences effectuées : on donnera plus de crédit à l’expérience si on fait mille lancés que si on en fait soixante.

Incertitude sur le résultat, ou aléa fondamental

Les probabilités prédictives, utilisées pour calculer la prime d’un contrat d’assurance, sont la première étape d’un problème de classification. Un outil classique pour juger de la pertinence d’un classifieur est la courbe ROC, décrite dans Kuhn (2018)) : on compare la probabilité individuelle (a priori, telle que résultant du modèle de classification) à un seuil, compris entre 0 et 1; si la probabilité est inférieure au seuil, l’estimation est que la personne survit, sinon qu’elle décède.

On compare ensuite cette estimation aux réalisations (ex-post) de survie et de décès. Pour chaque seuil, on peut considérer la matrice classique dite matrice de confusion de théorie de la décision : elle consiste à répartir les observations suivant le résultat observé (en colonne) et l’estimation résultant du modèle en ligne (en fonction de la probabilité estimée pour l’individu et le seuil que l’on s’est fixé). On peut ainsi partager la population entre les classements corrects, et les erreurs (dont les « faux positifs » si la personne a survécu malgré une probabilité estimée de décès supérieure au seuil, et les « faux négatifs » si la personne décède malgré une probabilité estimée inférieure au seuil).

Figure 1: Courbe ROC et classification pour un seuil de probabilité valant 1.5%.

La courbe ROC est obtenue en faisant varier le seuil. Chaque seuil correspond à un point de la courbe, rapportant graphiquement les taux de faux positifs (en abscisse) et de vrais positifs (en ordonnée), comme sur la Figure 1.

Considérons un groupe de 1000 assurés, où 20 personnes sont décédées l’an passé. Supposons un modèle dans lequel on admet que la population est parfaitement homogène, la probabilité estimée de décès est de 2% pour tout le monde. Dans ce cas pour tout seuil supérieur à 2%, on estimera que la totalité de la population survit : on aura un taux de faux positifs de 0% et un taux de vrais positifs de 0%, d’où un point (0,0) sur le graphe. A l’inverse pour tout seuil inférieur à 2%, on estimera que la totalité de la population décède : on aura un taux de faux positifs de 100% et un taux de vrais positifs de 100%, d’où un point (1,1) sur le graphe. La courbe de ROC de ce modèle uniforme à 2% est donc la diagonale du carré sur la figure 1.

Mais on peut aussi imaginer qu’il existe un peu d’hétérogénéité avec, par exemple, une probabilité de décès de 1% pour une moitié de la population et de 3% pour l’autre moitié, ou encore que le modèle produit des probabilités comprises entre 1% et 3% de façon non dichotomique. Les données simulées pour construire la courbe noire sur la Figure 1 suppose que la population a des probabilités de décès variables, comprises entre 1% et 3%, obtenues par une régression logistique. Comme le montre le tableau de droite, on commet des erreurs, et comme le montre celle de gauche, la nature de celle-ci varie en fonction du seuil choisi, qui modifie les taux de faux positifs et de faux négatifs.

Le cas extrême serait celui où le modèle aurait correctement attribué une probabilité de 100% aux 20 personnes qui sont effectivement décédées. C’est la courbe rouge sur la Figure 1. Ce partage est possible ex-post, une fois réalisation de l’aléa : a posteriori, il y a une certitude de décès pour ceux qui sont effectivement morts. Mais cela n’a cependant pas grande réalité dans l’assurance, à moins d’imaginer que l’actuaire serait un oracle, qui saurait avec certitude qui va mourir, et qui va survivre. La réalité est plutôt celle de la situation intermédiaire entre la courbe rouge et la diagonale, avant d’arriver dans la région hachurée, où le taux d’erreur est faible, mais pas nul : on ne peut pas prédire, avec certitude, qui va décéder. L’assurance n’est possible que si cette borne supérieure n’est pas trop élevée.

Incertitude statistique, données et modèles

Une question fondamentale pour la survie de l’assurance est de savoir où se situe cette borne supérieure : jusqu’où peut-on aller, entre les deux cas extrêmes (population homogène avec une probabilité de 2% pour tous, et une population très discriminée, avec 2% de la population ayant 100% de chances de mourir, et l’autre 0%) ? Et de quoi cette borne dépend-elle ? En particulier, des modèles plus complexes, tels que les réseaux de neurones très profonds permettent-ils vraiment d’améliorer la prévision ? Et l’enrichissement de données, tel qu’on l’observe grâce aux objets connectés et la fusion avec toutes sortes d’informations externes, va-t-il déplacer la borne supérieure vers le haut ?

Si l’apprentissage profond – voir Goodfellow et al. (2018) – permet d’avoir des classifieurs d’images avec un taux d’erreur proche de 0%, il est difficile d’imaginer qu’il sera possible de prévoir, presque un an à l’avance (à la signature du contrat), qui décèdera dans l’année, qui aura la grippe, qui aura un dégât des eaux, etc. Les modèles plus complexes permettent d’améliorer les prévisions, en tenant compte de non-linéarités, d’effets croisés entre les variables tarifaires, mais pas au point de faire disparaître l’aléa. Et tant que l’assurance est envisagée ex-ante (la prime est fixée au début de la période de couverture), il est difficile d’imaginer que rajouter de l’information fera aussi disparaître l’aléa. C’est d’ailleurs le cas pour les tests génétiques qui n’expliquent qu’une (petite) partie du risque de cancer, par exemple. Et rajouter des données revient souvent à rajouter du bruit, ce qui rend le travail d’analyse plus complexe. Cependant, force est de constater que des modèles plus complexes et des données plus riches tendent effectivement à « améliorer » la prévision, en remontant la courbe ROC vers le haut. Mais se pose-t-on les bonnes questions ? Que signifie vraiment une borne très éloignée du cas homogène, sur la diagonale ?

Homogénéité, équité et causalité

Comme nous l’avons vu, la tarification en assurance repose sur une répartition des risques (des contrats) en catégories, au sein desquelles la distribution des pertes peut être estimée, afin de fixer un niveau de primes. La répartition se fait à partir des caractéristiques de l’assuré, et du bien assuré. En retraçant l’histoire de l’assurance, Ewald (1986) montre que les mécanismes de prévoyance se sont mis en place en déplaçant la charge des accidents du travail sur la société : on abandonne l’idée d’une responsabilité individuelle de l’accident en faveur de la solidarité. L’assurance distingue « entre le dommage que subit tel ou tel individu — c’est affaire de chance ou de malchance — et la perte liée au dommage dont l’attribution est, quant à elle, toujours collective et sociale ». Ce principe de solidarité sociale, de mutualisation des risques, fait que le risque (en assurance) est toujours pensé collectivement.

Aujourd’hui, les tarifs sont considérés comme « justes », ou « actuariellement équitables » si chaque prime correspond à la perte attendue (pour ne pas dire « espérée », au sens mathématique) pour chaque assuré. Dans cette perception de l’équité, une hypothèse essentielle est que les classes soient « homogènes ». En effet, dans l’hypothèse inverse, les personnes les moins risquées subventionnent les personnes les plus risquées, ce qui est perçu comme socialement injuste.

On peut décrire cette version de l’équité actuarielle à l’aide de la formule de décomposition de la variance. La variance globale se décompose en effet en deux termes, la variance inter-classes et la variance intra-classes : l’ « équité actuarielle » vise à ce que  les classes de risque soient relativement distinctes les unes des autres, donc une variance inter-classes forte, accompagnée d’une homogénéité des classes, donc une variance intra-classes faible. D’un point de vue statistique, chercher à augmenter l’une est équivalente à faire diminuer l’autre. Cette mécanique n’est pas toujours claire pour des observateurs non avertis ; ainsi dans l’affaire Manhart, un des cas les plus documentés sur la discrimination par le genre en assurance, le juge Stevens affirme : « we focus on fairness to individuals rather than on fairness to classes […] even a true generalization about a class is an insufficient reason for disqualifying an individual to whom the generalization does not apply» (cité dans Anzalone (2016)). Autrement dit, pour la justice, un critère statistique de type « true generalization » ne peut être opposable à un individu.

Une autre critique importante, que l’on retrouve dans la « gender directive », est le lien entre discrimination et causalité. En effet, statistiquement, les actuaires vont chercher des facteurs de classification fortement corrélés avec la sinistralité. Mais il est possible que ces facteurs ne soient qu’un proxy de la vraie variable causale, restée elle inobservée, conduisant à une mauvaise estimation du risque pour certains. Comme le notent Antonio et Charpentier (2017), le genre a ainsi été longtemps utilisé en assurance automobile car très corrélé avec des variables associées au style de conduite et à d’autres variables historiquement non observables (mais qui le sont aujourd’hui grâce aux objets connectés, comme le kilométrage, les heures de conduites, les types de routes utilisés, etc).

Ce lien avec les mécanismes causaux est d’ailleurs relativement profond, et Hacking (1975) y voit une connexion avec la « révolution probabiliste » : on peut assez facilement mettre en évidence des corrélations, mais les causes, si elles existent, nous restent plus opaques. Laplace au début du 19e siècle déclare ainsi que « la probabilité est relative en partie à nos connaissances, en partie à notre ignorance », liant les probabilités à la fois à une vision newtonienne déterministe du monde et à notre incapacité à le connaitre parfaitement. Cette dernière composante fait que l’on ne peut pas annoncer la date exacte du décès d’un individu, mais statistiquement, dans un groupe homogène, on peut prédire le nombre de décès au cours d’une année. Et pour revenir à la relation causale, le tabagisme par exemple ne cause pas forcément une mort prématurée mais fumer sera vu comme dangereux car il augmente la probabilité de décès pendant une période donnée. Ainsi nous montre Hacking (1975), la causalité est pensée aujourd’hui dans un contexte probabiliste, et non plus déterministe.

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[1] Au sens statistique du mot, dans le sens introduit par Fisher (1936).

[2] Dans cette approche fréquentiste, et notamment pour Ronald Fisher et Richard von Mises, la probabilité d’un évènement unique (dit « one shot ») n’a pas de sens.

From betting to “prediction market”

This is the second part of a series on sports betting

Sports betting has long fascinated economists and statisticians. Griffith (1949) showed early on that horse race bettors put too much money on horses that have little chance of winning, and too little on those that have the best chance of winning. This tendency to underbid on the most likely event has been obaserved in all sports betting, where the “most likely event” is calculated on the basis of recent statistics. And it can be explained in a fundamental way by the mechanics of mutual betting: the bettor opposes his beliefs to those of the crowd, because the various bets will determine the odds.

Predictions, before surveys

Today, in the months leading up to each election, we find ourselves drowned under the polls, conducted every day (and commented on several times a day, as if estimation noise was worth exegesis). As Frédéric Dabi (Deputy Director General of Ifop) pointed out in a debate organised by Risques magazine in 2017, “surveys are an indication of the electoral balance of power, not a prediction”, but it is nevertheless often in the idea of having a prediction that they are used.

But if we go back in time, Rhode & Strumpf (2008) reminds us that other techniques were used, before the idea of surveys became necessary, in particular betting. In 1549, Matteo Dandolo (Ambassador of Veneto) noted that “it is therefore more than clear that the traders are very well informed of the state of the election, and that the employees of the cardinals in conclave (i conclavisti) participate with them in betting, which therefore leads to several tens of thousands of crowns changing hands” as Baumgartner (2003) tells us. Closer to home, betting markets during the elections were popular in the United States until the Second World War. Rhode & Strumpf (2008) suggests several reasons for the loss of interest in the second half of the 20th century: improvements in sampling techniques… and the legalization of horse betting. But online betting sites have revived interest in betting, whatever it may be. Because the sites we mentioned in a previous article are often not limited to sports betting, but also allow betting on a magnitude earthquake, an Oscar winner, or even the observation of the Higgs boson, as proposed by intrade.com, which was liquidated in 2015. As onlinebettingsites.com shows, we could bet on the French elections in 2017, or on the referendum on Brexit (even if for the latter, the predictive markets were not able to reflect the beliefs of the crowds, as an article in The Economist recalls).

Mathématiques du pari-mutuel

The “pari-mutual” theory is not unlike the mutualisation of risks, an important foundation of the insurance mechanism, dear to actuaries. Working in the horse betting markets, Edmund Eisenberg and David Gale obtained, in a short three-page article, Consensus of Subjective Probabilities, relatively general results, as long as the bet is static.

Supposons que I joueurs puissent parier sur J chevaux. Chaque joueur possède une somme totale bi, que l’on normalisera de telle sorte que bi désigne la part de la somme totale misée (et donc b1 +…+ bI =1). Le joueur i peut alors miser la somme bi,j sur le cheval j (avec ici bi,1+…+bi,J = bi). Lorsque les paris sont clôturés, on note pj le montant parié sur le cheval j, autrement dit b1,j+…+bI,j = pj). La contrainte de budget impose que la somme de ces montants soit égale a 1, ce qui donne aux pj une interprétation probabiliste. Nous reviendrons sur l’utilisation de ces « prix » par la suite. On peut aussi noter qj la cote de gain (payoff-odds) définie comme pj-1-1, de telle sorte que pj=(1+ qj) -1. Si on suppose qu’une portion 1-a est gardée par le bookmaker, alors pj= a(1+ qj) -1 et qj =( a -pj)/ pj. Les rendements espérés sur chacun des chevaux doivent être égaux, à l’équilibre, au rendement net attendu, où l’espérance est calculée sous la probabilité p, de manière à refléter les croyances de tous les parieur, soit ici

pjqj+ (1-pj)(-1)= a-1

The key result of the Eisenberg & Gale model is to show that there is a balance in this market. More precisely, the fraction bet on each horse must be equal to the probability of the horse market. To achieve this balance, it is often assumed that the equilibrium ratings are found by an auctioneer (this role will be played by the bookmaker). As Blough (2008) noted, the hypothesis that no wagering is made until the odds are balanced is a hypothesis that is indeed true in horse racing.

If we assume that each bettor is risk neutral (and seeks to maximize his expectation of winning) and that his beliefs are materialized by a probability vectors pi=(pi1,…,piJ) – in the sense that player i thinks that horse j will win with a probability pij – then at equilibrium, if bi,j >0,

pij=pj max{pis/ps}

where argmax{pis/ps}= argmax{pis(qs+1)}

s the horse on which bettor i must bet everything if he bets on a single horse. Blough (2008) elaborates at length on the description of this balance, and extends it to the case where agents potentially have risk aversion (but the same) and potentially different beliefs. This balance is then described as a consensus of belief.

In an article entitled Interpreting the Predictions of Prediction Markets, Charles Manski proposed using this theory to interpret these prices, in conjunction with more traditional approaches in economics, such as Arrow-Debreu prices.

To illustrate this consensus, let us consider a world cup final that should lead either to the victory of A or the victory of B. Let us imagine a contract offering $1 if A wins, and let this contract be offered at price pA. Si on n’autorise pas d’arbitrage, on a une loi du prix unique, et on en déduit que pB = 1-pA. Imaginons un joueur qui pense que la probabilité que A gagne est supérieure à pA, soit, avec les notations précédentes, piA > pA. Dans ce cas, le joueur a intérêt à parier tout son agent sur la victoire de A, c’est-à-dire acheter ce contrat. La demande agrégée pour ce titre sera alors

[b1P[p1A > pA]+…+ bI P[pIA > pA]] / pA

et on aura un équilibre si la demande agrégée pour les deux titres vérifie

[b1P[p1A > pA]+…+ bI P[pIA > pA]] / pA  

= [b1P[p1A < pA]+…+ bI P[pIA < pA]] / pB

 de telle sorte que

pA = b1P[p1A > pA]+…+ biP[piA > pA]] +…+ bIP[pIA > pA]

which allows the prize to be written as an average of the players’ beliefs.

It should be noted here that the balance is static, allowing the bookmaker to just set a rating. Recently, Agrawal et al (2014) proposed an algorithm to balance this market in continuous time. It may also be noted that this notion of equilibrium appears in many algorithms, such as in the so-called Fisher market.

The predictive power of prices

But this idea of seeing in the prices an aggregation of players’ beliefs is not new! In 1655, in Van Rekeningh in Spelen van Gelucken, (published in Latin under the title’De Ratiociniis in Aleæ Ludo’), Christiaan Huyghens proposed to extract information on beliefs from prices. In 1671, Wilhelmina de Witt noted that, as the price of a contract paying an annuity until death could be seen as a weighted average of annuities (with a fixed maturity), by observing the prices of the different insurance contracts, probabilities interpreted as probabilities of survival could be extracted.

These probabilities are “subjective” as Bruno de Finetti or Frank Ramsey called them. The latter did not see probabilities from a frequentist angle, but saw it as a measure of the degree of belief, which could be measured through bets, in Truth and Probability (1926). This is finally what the theory presented by Kenneth Arrow in 1953, and further developed by Gérard Debreu in 1959, introducing the “Arrow-Debreu prices”, says.

Many websites use odds to infer players’ beliefs, which are misrepresented as the probability that a team will win a competition. We can also note the work carried out last summer by doctoral students at the University of Rennes who had compared the odds on online betting sites, and the forecasts obtained by several algorithms (ranging from a naive Bayesian classifier to boosting, SVM or neural networks). A special issue of The Economist, published in 2007, entitled The Future of Futurology, noted that “the most heeded futurists these days are not individuals, but prediction markets, where the informed guesswork of many is consolidated into hard probability”. This idea has now largely returned to the forefront, as predicted in the article by Chen & Pennock (2010) published in AI Magazine.

Agrawal, Shipra, Delage, Erick, Peters, Mark, Wang, Zizhuo & Ye, Yinyu (2014). A Unified Framework for Dynamic Prediction Market Design. Operations Research.

Baron, Ken & Lange, Jeffrey (2006). Parimutuel Applications In Finance: New Markets for New Risks. Springer.

Baumgartner, Frederic (2003) Behind locked doors: a history of papal elections. Palgrave.

Blough, Stephen R. (2008) Differences of opinion at the racetrack. In Efficiency of Racetrack Betting Markets, 323-341, World Scientific.

Chen, Yiling & Pennock, David (2010). Designing Markets for Prediction. AI Magazine.

Decker, Wolfgang & Thuillier, Jean-Paul (2004). Le sport dans l’antiquité. Picard.

Eisenberg, Edmund & Gale, David (1959). Consensus of Subjective Probabilities: The Pari-Mutuel Method. Annals of Mathematical Statistics, 30:1, 165-168.

Griffith, RM (1949) Odds adjustments by American horse-race bettors. The American Journal of Psychology, 62, 290-294.

Manski, Charles (2005) Interpreting the Predictions of Prediction Markets. NBER 10359.

Rhode, Paul, W. & Strumpf, Koleman (2008) Historical Political Futures Markets: An International Perspective. NBER 14377.

[1] Baron & Lange (2006) discusses the comparison between so-called “risk-neutral” valuation in finance (based on the law of single price and arbitrage), and that relating to mutual betting. They thus speak of “self-hedging” because, in a bet, the bettors share the winnings in proportion to their initial bet. This is reminiscent of the way mutual insurance companies operate, where the money used to compensate victims must correspond to the total premiums charged.

 

Big Data and Artificial Intelligence

New week, I will be in France for a few days. On Monday and Tuesday, I will be in Beaune, in Burgundy, at the first “Rencontres Mutualistes” (I will upload the slides of my talk soon). And on Wednesday, I will be in Paris, at ESCP Europe Business School. I will be giving a two hour lecture on “Big Data and Artificial Intelligence”, to use some buzzwords, as asked. More honestly, it will be on (new) data and (new) algorithms for predictive modeling. Slides are now online.

Predictive Modeling

Tomorrow, around noon, I will be giving a talk on predictive modeling for actuaries. In the introduction, I will get back shortly on the idea that a prediction is usually a best estimate, in the sense of getting an expected value. And because

https://latex.codecogs.com/gif.latex?\mathbb{E}(X)=\underset{c\in\mathbb{R}}{\text{argmin}}\{\mathbb{E}\left([X-c]^2\right)\}=\underset{c\in\mathbb{R}}{\text{argmin}}\{\mathbb{E}\left(||X-c||_{L_2}\right)\}

it is natural to use least square ideas. In order to illustrate all those concepts, we will use a simple dataset, with the sex, the height and the weight of a person, as well as declared weight.

Davis=read.table(
"http://socserv.socsci.mcmaster.ca/jfox/Books/Applied-Regression-2E/datasets/Davis.txt")

Since there is a typo in this dataset, we have to invert to figures

Davis[12,c(2,3)]=Davis[12,c(3,2)]

but it’s not a big deal. The variable of interest, here, is someone’s weight

attach(Davis)
Y=weight*2.204622

(here in pounds). We will use explanatory variables such as the sex of that person, or his/her height

X=Davis$height / 30.48

(in inches). So, we will start with the (standard) linear model, just to make sure that we all talk about the same thing.

The goal will be to use (possible) explanatory variable to improve our prediction. We will start with the standard linear model, but we will see that nonlinear models can also easily be obtained,

Non linearities will be discussed. But those models are Gaussian (as mentioned above). And homoscedastic. So we will see how generalized linear models can be used to model the mean and the variance, at the same time. For instance, with a Poisson regression (below), the variance will increase with the expected value.

After this general introduction, we will spend some time on 0-1 variables. We will see how to use a logistic regression, and also discuss more generally which kind of models can be used for classification. ROC curves will be presented, and explained.

Then, we will also see an alternative to the logistic model, namely classification trees and CART techniques

We will also discuss random forrests, bagging and boosting techniques

pdf version of the slides can be downloaded.

SOA Webinar on Predictive Modeling

I will give, with Qichun Xu, a joint webinar for the Reinsurance Council and the Futurism Council of the Society of Actuaries, on Perspectives of Predictive Modeling with Case Studies in a few days. The slides of my talk are now available (I do recommand to open the pdf version of the slides with Acrobat, since there are animated pictures in the slides that could not be visualized below for instance). The Society of Actuaries asked specifically for a powerpoint document, so I will use screenshots of the slides for the webinar. I do encourage to open and read the pdf file for a better quality… Sorry for the inconvenience. I will upload soon lines of codes to reproduce most of the graphs. All comments and remarks are welcome.