Informations
Directeur de thèse :
Université :
Université Constantine 2
Soutenance
Date de soutenance :
8 Mars 2018
Jury :
Allaoua Chaoui
Ramdane Maamri
Mohamed Khireddine Kholladi
Smaine Mazouzi
Fréderic Amblard
Manuscrit
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Détails
Titre :
Simulation multi-agents de marchés financiers: Un modèle pour l’étude des bulles spéculatives

Résumé :

Les marchés financiers sont des systèmes complexes composés d’agents hétérogènes qui interagissent entre eux et à travers le marché. Les marchés financiers jouent un rôle important dans l'économie, étudier et comprendre ces systèmes est donc un défi scientifique majeur. L’approche classique pour étudier de tels systèmes consiste à utiliser des modèles analytiques. Cependant, cette approche a déjà montré ses limites. En fait, les modèles analytiques font des hypothèses irréalistes telles que la rationalité parfaite des agents et l’homogénéité de leur comportement, ce qui motive la proposition de méthodes alternatives. Dans ce contexte, on a proposé d'utiliser des marchés financiers artificiels basés sur des systèmes multi-agents, afin de mieux comprendre la dynamique des marchés financiers grâce à des simulations informatiques. De nos jours, la modélisation basée sur les agents des marchés financiers est largement utilisée pour étudier et comprendre ces systèmes.

Dans cette thèse, nous proposons un marché financier artificiel, basé sur la modélisation des investisseurs par des agents, avec une gestion du temps asynchrone, et des agents hétérogènes, qui peuvent interagir à travers un réseau d’interaction. Nous utilisons le modèle proposé pour investiguer les conditions d'émergence de bulles et de krachs financières réalistes. Nous nous concentrons sur le phénomène des bulles financières, car elles sont considérées comme un déclencheur de crises financières et des récessions économiques.

Tout d'abord, nous utilisons la méthodologie orientée-agent Gaia pour introduire un modèle générique qui peut être utilisé pour développer des marchés financiers artificiels. Nous spécifions la structure de base du marché et les comportements génériques des agents, et nous laissons le choix au développeur de réaliser toute implémentation jugée appropriée. Ainsi, plusieurs structures de marché et stratégies d'investissement peuvent être supportées.

Deuxièmement, nous proposons un marché financier artificiel avec une gestion réaliste du temps, où les traders agissent de manière asynchrone et prennent des durées différentes pour prendre leurs décisions. Le marché est peuplé par des traders hétérogènes, à savoir des traders fondamentalistes, des traders noise, et des traders techniques (chartistes ou spéculateurs), en plus de ces types classiques, nous proposons un trader hybride, qui peut basculer entre la stratégie technique (chartiste) et la stratégie fondamentaliste, intégrant aussi le comportement de panique. Quand le marché est peuplé par une majorité de traders hybrides, nous observons la formation de bulles assez réalistes caractérisées par une phase d’expansion lorsque les traders hybrides basculent au comportement technique, suivie d'une phase de krach relativement plus courte lorsque les traders hybrides reviennent à la stratégie fondamentaliste et changent à l’état de panique.

Troisièmement, pour étudier le rôle du comportement mimétique considéré par les théoriciens comme ayant un impact décisif sur la dynamique des prix et la formation de bulles, nous enrichissons notre modèle par un réseau d’interactions qui permet aux traders d'interagir localement, et nous ajoutons un nouveau type de traders dotés d'un comportement mimétique, qui sont capables d'imiter les décisions de leurs successeurs dans le réseau d’interaction. Les expérimentations ont montré que la présence du comportement spéculatif sur le marché et une majorité de traders mimétiques entraînent une contagion mimétique du comportement spéculatif, ce qui provoque la formation d'une bulle suivie d'un krach. Cela correspond aux hypothèses des théoriciens.


Mots clés :
Simulation multi-agents Méthodologie Gaia Marchés financiers artificiels Economie computationnelle basée agent (ACE) Bulle spéculative Comportement mimétique Réseaux sociaux.


Abstract:

Stock markets are complex systems composed from heterogeneous agents that interact with each other and through the market. Stock markets play an important role in the economy, studying and understanding these systems is therefore a major scientific challenge. The traditional approaches to study such systems consist in using analytical models. However, this approach has already shown its limitations. In fact, analytical models make unrealistic assumptions such as homogeneous rationality of agents and the access to the same information, which motivate the proposal of alternative methods. In this context, we suggest to use artificial stock markets (ASM), based on multi-agent systems as an attempt to provide a better understanding of market dynamics by computer simulations. Nowadays, Agent-based modeling of stock markets is widely used to study and understand those systems. 

In this work, we propose an agent-based model of stock markets, with asynchronous time management, populated by heterogeneous agents, which can interact through a social network. We use the proposed model to investigate conditions for the emergence of realistic financial bubbles and crashes.  We focus on the phenomenon of financial bubbles, as they are seen as a trigger for financial crises and economic recessions. Firstly, we use the agent-oriented Gaia methodology to introduce a generic model which can used to develop artificial financial markets. We specify the basic structure of the market and the generic behaviors of agents, and we leave the choice for the developer to realize any implementation deemed appropriate. Thus, several market structures and investment strategies can be supported.

Secondly, we propose an artificial stock market with asynchronous time management, where traders act asynchronously and take different times to make decisions. The market is populated by heterogeneous traders, namely, fundamentalist, noise, and technical (chartist or speculator) traders, in addition to these classical types, we propose a hybrid trader, which can switch between technical (chartist) and fundamentalist strategies integrating panicking behavior. We find that when market is populated by a majority of hybrid traders, we observe quite realistic bubble formation characterized by a boom phase when hybrid traders switch to technical behavior, followed by a relatively shorter burst phase when hybrid traders return to fundamentalist strategy and change to panicked state.

Thirdly, to investigate the role of the mimetic behavior considered by theorists as having a decisive impact on price dynamics, and bubble formation, we enrich our model with a network of interactions, which allows traders to interact locally, and we add a new type of traders endowed with a mimetic behavior, which are able to imitate the decisions of their successors in the interactions network. Experiments have shown that the presence of speculative behavior on the market, and a majority of mimetic traders lead to a mimetic contagion of speculative behavior, which causes the formation of a bubble followed by a crash. This corresponds to the hypothesis of theorists.  


Keywords:
Multi-agent simulation Gaia methodology Artificial stock markets Agent-based computational economics (ACE) Speculative bubble Mimetic behavior Social networks.


:الملخص

اﻷﺳﻮاق اﻟﻤﺎﻟﯿﺔ ھﻲ أﻧﻈﻤﺔ ﻣﻌﻘﺪة ﺗﺘﺄﻟﻒ ﻣﻦ ﻋﻨﺎﺻﺮ ﻏﯿﺮ ﻣﺘﺠﺎﻧﺴﺔ ﺗﺘﻔﺎﻋﻞ ﻣﻊ ﺑﻌﻀﮭﺎ اﻟﺒﻌﺾ وﻣﻦ ﺧﻼل اﻟﺴﻮق. وﺗﻠﻌﺐ اﻷﺳﻮاق اﻟﻤﺎﻟﯿﺔ دورا ھﺎﻣﺎ ﻓﻲ اﻻﻗﺘﺼﺎد، ﻟﺬا ﻓﺈن دراﺳﺔ ھﺬه اﻟﻨﻈﻢ وﻓﮭﻤﮭﺎ ﺗﻤﺜﻞ ﺗﺤﺪﯾﺎ ﻋﻠﻤﯿﺎ ﻛﺒﯿﺮا. اﻟﻨﮭﺞ اﻟﺘﻘﻠﯿﺪي ﻟﺪراﺳﺔ ھﺬه اﻟﻨﻈﻢ ھﻮ اﺳﺘﺨﺪام اﻟﻨﻤﺎذج اﻟﺘﺤﻠﯿﻠﯿﺔ. اﻻ ان ھﺬا اﻟﻨﮭﺞ ﻗﺪ أظﮭﺮ ﺑﺎﻟﻔﻌﻞ ﻣﺤﺪودﯾﺘﮫ ﻓﻲ اﻟﻮاﻗﻊ، اذ ان اﻟﻨﻤﺎذج اﻟﺘﺤﻠﯿﻠﯿﺔ ﺗﻘﻮم ﻋﻠﻰ اﻓﺘﺮاﺿﺎت ﻏﯿﺮ واﻗﻌﯿﺔ ﻣﺜﻞ اﻟﻌﻘﻼﻧﯿﺔ اﻟﻜﺎﻣﻠﺔ  ﻟﻠﻤﺘﺪاوﻟﯿﻦ وﺗﺠﺎﻧﺲ ﺳﻠﻮﻛﮭﻢ، ﻣﻤﺎ ﯾﺤﻔﺰ اﻗﺘﺮاح طﺮق ﺑﺪﯾﻠﺔ. وﻓﻲ ھﺬا اﻟﺴﯿﺎق، اﻗﺘﺮح اﺳﺘﺨﺪام أﺳﻮاق ﻣﺎﻟﯿﺔ اﻓﺘﺮاﺿﯿﺔ ﺑﺎﺳﺘﺨﺪام اﻧﻈﻤﺔ اﻟﻮﻛﻼء اﻟﺒﺮﻣﺠﯿﺔ، ﻣﻦ أﺟﻞ ﻓﮭﻢ أﻓﻀﻞ ﻟﺪﯾﻨﺎﻣﯿﺎت اﻷﺳﻮاق اﻟﻤﺎﻟﯿﺔ ﻣﻦ ﺧﻼل اﻟﻤﺤﺎﻛﺎة اﻟﺤﺎﺳﻮﺑﯿﺔ. واﻟﯿﻮم، ﺗﺴﺘﺨﺪم ھﺬه اﻟﻨﻤﺎذج ﻋﻠﻰ ﻧﻄﺎق واﺳﻊ ﻟﺪراﺳﺔ وﻓﮭﻢ ھﺬه اﻷﻧﻈﻤﺔ.

ﻓﻲ ھﺬه اﻻطﺮوﺣﺔ، ﻧﻘﺘﺮح ﺳﻮﻗﺎ ﻣﺎﻟﯿﺔ اﻓﺘﺮاﺿﯿﺔ، ﺗﻘﻮم ﻋﻠﻰ ﻧﻤﺬﺟﺔ اﻟﻤﺘﺪاوﻟﯿﻦ ﻋﻦ طﺮﯾﻖ وﻛﻼء ﺑﺮﻣﺠﯿﺔ، ﻣﻊ إدارة وﻗﺖ ﻏﯿﺮ ﻣﺘﺰاﻣﻦ، ووﻛﻼء ﻣﺘﻨﻮﻋﻮن، ﺑﺈﻣﻜﺎﻧﮭﻢ اﻟﺘﻔﺎﻋﻞ ﻣﻦ ﺧﻼل ﺷﺒﻜﺔ ﺗﻔﺎﻋﻼت. وﻧﺴﺘﺨﺪم اﻟﻨﻤﻮذج اﻟﻤﻘﺘﺮح ﻟﻠﺘﺤﻘﯿﻖ ﻓﻲ ظﺮوف ظﮭﻮر ﻓﻘﺎﻋﺎت ﻣﺎﻟﯿﺔ واﻗﻌﯿﺔ. وﻧﺮﻛﺰ ﻋﻠﻰ ظﺎھﺮة اﻟﻔﻘﺎﻋﺎت اﻟﻤﺎﻟﯿﺔ، ﻷﻧﮭﺎ ﺗﻌﺘﺒﺮ ﻋﺎﻣﻼ ﻣﺤﻔﺰا ﻟﻸزﻣﺎت اﻟﻤﺎﻟﯿﺔ واﻟﺮﻛﻮد اﻻﻗﺘﺼﺎدي. ﻟﺒﻨﺎء ﻧﻤﻮذج ﻋﺎم ﯾﻤﻜﻦ اﺳﺘﺨﺪاﻣﮫ ﻹﻧﺠﺎز اﻷﺳﻮاق اﻟﻤﺎﻟﯿﺔ اﻻﻓﺘﺮاﺿﯿﺔ. ﻧﺤﺪد ﻓﯿﮫ اﻟﺒﻨﯿﺔ اﻷﺳﺎﺳﯿﺔ

أوﻻ، ﻧﺴﺘﺨﺪم ﻣﻨﮭﺠﯿﺔ (-) ﻟﻠﺴﻮق واﻟﺴﻠﻮﻛﯿﺎت اﻟﻌﺎﻣﺔ ﻟﻠﻮﻛﻼء، وﻧﺘﺮك اﻟﺨﯿﺎر ﻟﻠﻤﺒﺮﻣﺞ ﻹﻧﺠﺎز أي ﺗﻨﻔﯿﺬ ﯾﻌﺘﺒﺮ ﻣﻨﺎﺳﺒﺎ. وﺑﺎﻟﺘﺎﻟﻲ، ﯾﻤﻜﻦ اﺳﺘﺨﺪام اﻟﻨﻤﻮذج اﻟﻌﺎم ﻹﻧﺠﺎز اﻟﻌﺪﯾﺪ ﻣﻦ اﻟﺒﻨﯿﺎت واﺳﺘﺮاﺗﯿﺠﯿﺎت اﻻﺳﺘﺜﻤﺎر.

ﺛﺎﻧﯿﺎ، ﻧﻘﺘﺮح ﺳﻮﻗﺎ ﻣﺎﻟﯿﺔ اﻓﺘﺮاﺿﯿﺔ ﻣﻊ إدارة وﻗﺖ واﻗﻌﯿﺔ، ﺣﯿﺚ ﯾﺘﺼﺮف اﻟﻤﺘﺪاوﻟﻮن ﺑﺸﻜﻞ ﻏﯿﺮ ﻣﺘﺰاﻣﻦ وﯾﺄﺧﺬون ﻓﺘﺮات   واﻟﻤﺘﺪاوﻟﻮن اﻟﻀﻮﺿﺎء، واﻟﻤﺘﺪاوﻟﻮن، ﻣﺨﺘﻠﻔﺔ ﻻﺗﺨﺎذ ﻗﺮاراﺗﮭﻢ. وﻗﺪ ﺗﻢ اﻧﺠﺎز وﻛﻼء ﻣﺘﻨﻮﻋﻮن، أي اﻟﻤﺘﺪاوﻟﯿﻦ اﻷﺻﻮﻟﯿﯿﻦ  ﺑﺎﻹﺿﺎﻓﺔ إﻟﻰ ھﺬه اﻷﻧﻮاع اﻟﺘﻘﻠﯿﺪﯾﺔ، ﻓﺈﻧﻨﺎ ﻧﻘﺘﺮح وﻛﯿﻼ ھﺠﯿﻨﺎ ﯾﻤﻜﻨﮫ اﻟﺘﺒﺪﯾﻞ ﺑﯿﻦ،( اﻟﺘﻘﻨﯿﻮن) اﻟﻤﺨﻄﻄﯿﻦ أو اﻟﻤﻀﺎرﺑﯿﻦ اﻻﺳﺘﺮاﺗﯿﺠﯿﺔ اﻟﺘﻘﻨﯿﺔ) اﻟﻤﻀﺎرﺑﯿﻦ (واﻻﺳﺘﺮاﺗﯿﺠﯿﺔ اﻷﺻﻮﻟﯿﺔ، وأﯾﻀﺎ ﯾﺪﻣﺞ ﺳﻠﻮك اﻟﻔﺰع. وﻧﺠﺪ أﻧﮫ ﻋﻨﺪﻣﺎ ﯾﻜﻮن ﻓﻲ اﻟﺴﻮق أﻏﻠﺒﯿﺔ ﻣﻦ اﻟﻤﺘﺪاوﻟﯿﻦ اﻟﮭﺠﯿﻨﯿﻦ، ﻧﻼﺣﻆ ﺗﺸﻜﯿﻞ ﻓﻘﺎﻋﺔ واﻗﻌﯿﺔ إﻟﻰ ﺣﺪ ﻣﺎ ﺗﺘﻤﯿﺰ ﺑﻤﺮﺣﻠﺔ اﻟﺘﻮﺳﻊ ﻋﻨﺪﻣﺎ ﯾﺘﺠﮫ اﻟﻤﺘﺪاوﻟﯿﻦ اﻟﮭﺠﯿﻨﯿﻦ إﻟﻰ ﺳﻠﻮك اﻟﻤﻀﺎرﺑﺔ، ﺗﻠﯿﮭﺎ ﻣﺮﺣﻠﺔ اﻧﮭﯿﺎر أﻗﺼﺮ ﻧﺴﺒﯿﺎ ﻋﻨﺪﻣﺎ ﯾﻌﻮد اﻟﻤﺘﺪاوﻟﯿﻦ اﻟﮭﺠﯿﻨﯿﻦ إﻟﻰ اﻻﺳﺘﺮاﺗﯿﺠﯿﺔ اﻷﺻﻮﻟﯿﺔ ﯾﺘﺒﻨﻮن ﺳﻠﻮك اﻟﻔﺰع.

ﺛﺎﻟﺜﺎ، ﻣﻦ أﺟﻞ دراﺳﺔ دور ﺳﻠﻮك اﻟﻤﺤﺎﻛﺎت اﻟﺬي ﯾﻌﺘﺒﺮ اﻟﻤﻨﻈﺮون ﺑﺄن ﻟﮫ ﺗﺄﺛﯿﺮ ﺣﺎﺳﻢ ﻋﻠﻰ دﯾﻨﺎﻣﯿﺎت اﻷﺳﻌﺎر وﺗﻜﻮﯾﻦ اﻟﻔﻘﺎﻋﺎت اﻟﻤﺎﻟﯿﺔ، ﻓﺈﻧﻨﺎ ﻧﺜﺮي ﻧﻤﻮذﺟﻨﺎ ﺑﺸﺒﻜﺔ ﻣﻦ اﻟﺘﻔﺎﻋﻼت اﻟﺘﻲ ﺗﺴﻤﺢ ﻟﻠﻤﺘﺪاوﻟﯿﻦ ﺑﺎﻟﺘﻔﺎﻋﻞ ﻣﺤﻠﯿﺎ وﺑﺈﺿﺎﻓﺔ ﻧﻮع ﺟﺪﯾﺪ ﻣﻦ اﻟﻤﺘﺪاوﻟﯿﻦ ﻣﺰودﯾﻦ ﺑﺴﻠﻮك اﻟﻤﺤﺎﻛﺎت، اﻟﺬﯾﻦ ھﻢ ﻗﺎدرون ﻋﻠﻰ ﺗﻘﻠﯿﺪ ﻗﺮارات ﻧﻈﺮاﺋﮭﻢ ﻓﻲ ﺷﺒﻜﺔ اﻟﺘﻔﺎﻋﻼت. وﻗﺪ أظﮭﺮت اﻟﺘﺠﺎرب اﻟﻤﻨﺠﺰة أن وﺟﻮد ﺳﻠﻮك اﻟﻤﻀﺎرﺑﺔ ﻓﻲ اﻟﺴﻮق وﻏﺎﻟﺒﯿﺔ ﻣﻦ اﻟﻤﺘﺪاوﻟﯿﻦ اﻟﻤﺤﺎﻛﯿﯿﻦ ﯾﺆدي إﻟﻰ ﻋﺪوى اﻟﻤﺤﺎﻛﺎت ﻟﺴﻠﻮك اﻟﻤﻀﺎرﺑﺔ، ﻣﻤﺎ ﯾﺆدي إﻟﻰ ﺗﺸﻜﯿﻞ ﻓﻘﺎﻋﺔ ﺗﻠﯿﮭﺎ اﻧﮭﯿﺎر ﻟﻸﺳﻌﺎر. وھﺬا ﯾﺘﻮاﻓﻖ ﻣﻊ ﻓﺮﺿﯿﺎت اﻟﻤﻨﻈﺮﯾﻦ.


:الكلمات المفتاحية
اﻟﻤﺤﺎﻛﺎة ﻣﺘﻌﺪدة اﻟﻮﻛﻼء ﻣﻨﮭﺠﯿﺔ (-) أﺳﻮاق اﻷﺳﮭﻢ اﻻﻓﺘﺮاﺿﯿﺔ اﻻﻗﺘﺼﺎد اﻟﺤﺎﺳﻮﺑﻲ اﻟﻘﺎﺋﻢ ﻋﻠﻰ اﻟﻮﻛﯿﻞ اﻻﻓﺘﺮاﺿﻲ ﻓﻘﺎﻋﺔ اﻟﻤﻀﺎرﺑﺔ ﺳﻠﻮك اﻟﺘﻘﻠﯿﺪ اﻟﺸﺒﻜﺎت اﻻﺟﺘﻤﺎﻋﯿﺔ.