En este trabajo se analizan la regularidad y estabilidad de los sistemas lineales con saltos markovianos (SLSM). Se asume que la cadena de Markov que gobierna estos sistemas es homogénea y que su espacio de estados es finito. Por su novedad, importancia teórica y utilidad práctica, estamos particularmente interesados en los sistemas singulares, es decir, en aquellos SLSM donde aparece una matriz singular en el lado izquierdo de la ecuación dinámica. Si esta matriz no aparece, el sistema se conoce como no singular. Varios conceptos de estabilidad estocástica son introducidos en el capítulo 1. Se prueba que ellos son equivalentes y se establecen resultados algebraicos implementables computacionalmente que permiten determinar la estabilidad de un SLSM no singular. El capítulo 2 está dedicado a los sistemas singulares. La mayoría de los resultados obtenidos en el capítulo 1 son extendidos aquí. Vale la pena mencionar que esta extensión no es trivial, pues la singularidad representa una valla técnica que es muy difícil de superar. La estabilidad casi segura, que es la noción más importante de estabilidad desde el punto de vista práctico, es analizada en el capítulo 3 para sistemas SLSM singulares. Con el propósito de hacer este trabajo auto contenido, se ha añadido un anexo al final de la tesis. / Tesis

El presente trabajo estudia los efectos de los cargos administrativos en saldo y/o en flujo que aplica una administradora de fondos de pensiones sobre una cuenta de retiro individual durante el periodo de acumulación. Los cargos administrativos y el aporte mensual del contribuyente son modelados a través de funciones determinísticas, continuas y acotadas en un intervalo de tiempo [0, T] con T ∈ R; y luego, haciendo uso de la teoría de control ´optimo estocástico, se establece un problema de programación dinámica mediante el cual maximizamos la utilidad esperada de la riqueza terminal del aportante. La solución del problema antes mencionado nos permite obtener expresiones analíticas que relacionan los parámetros del modelo. Así mismo, se han propuesto funciones candidatas para cada uno de los parámetros que estamos modelando, los cuales fueron ajustados a la realidad de los sistemas pensionarios y que a su vez permitan la tractabilidad analítica del modelo. Particularmente, se abordó el caso de la comisión por saldo y de la tasa de contribución, llegando a proponer funciones que se ajustan a nuestros requerimientos teóricos y prácticos. Finalmente, para la aplicación numérica del modelo se usó como caso particular al Sistema Privado de Pensiones del Perú (SPP), tomando como punto de partida los actuales valores de las comisiones y ratios. Posteriormente, se muestra la dinámica de la comisión en saldo, ajustada a diferentes periodos de acumulación, en relación a la comisión en flujo. De esta manera, la aplicación de este trabajo en el SPP es muy ´útil como herramienta de benchmarking.

En el presente trabajo presentamos una construcción del movimiento browniano para lo cual probaremos en forma detallada los teoremas de extensión de Kolmogorov y el de Kolmogorov-Censot, luego hacemos una construcción detallada y autocontenida de la integral estocástica en la que los integradores son martingalas continuas cuadrado integrables. Esta es una posible extensión a la clásica integral de Itô en la cual el integrador es un movimiento browniano. En este contexto de integración estocástica enunciaremos y probaremos la fórmula de Itô y algunas de sus consecuencias. Finalmente trabajaremos con el tiempo local, la fórmula de Tanaka y estudiaremos una particular prueba. / In this investigation we show a construction of the Brownian motion, which includes detailed proofs of the Kolmogorov's extension theorem and Kolmogorov-Censot theorem. In addition, we will show a detailed construction and self-contained of the stochastic integral in wich integrators are continuous square integrable martingales. This is one of the possible extensions to classical Itô's integral in which the integrator is a Brownian motion. In this context of stochastic integration we prove an Itô's formula version. Finally, we study a relationship between local time and Tanaka's formula. / Tesis

This paper represents empirical studies of stochastic volatility (SV) models for daily stocks returns data of a set of Latin American countries (Argentina, Brazil, Chile, Mexico and Peru) for the sample period 1996:01-2013:12. We estimate SV models incorporating both leverage effects and skewed heavy-tailed disturbances taking into account the GH Skew Student’s t-distribution using the Bayesian estimation method proposed by Nakajima and Omori (2012). A model comparison between the competing SV models with symmetric Student´s t-disturbances is provided using the log marginal likelihoods in the empirical study. A prior sensitivity analysis is also provided. The results suggest that there are leverage effects in all indices considered but there is not enough evidence for Peru, and skewed heavy-tailed disturbances is confirmed only for Argentina, symmetric heavy-tailed disturbances for Mexico, Brazil and Chile, and symmetric Normal disturbances for Peru. Furthermore, we find that the GH Skew Student s t-disturbance distribution in the SV model is successful in describing the distribution of the daily stock return data for Peru, Argentina and Brazil over the traditional symmetric Student´s t-disturbance distribution.

Geólogo / En minería subterránea, los problemas de inestabilidad de las excavaciones dependen esencialmente de los esfuerzos y de las características del macizo rocoso. Los esfuerzos se asocian a la condición in situ (profundidad, tectonismo, otros) y a los inducidos por las mismas excavaciones (tamaño y forma). En relación al macizo rocoso, son importantes las características del material o roca intacta, pero sobre todo las características geométricas y mecánicas del arreglo estructural. Se ha observado que en las grandes inestabilidades geomecánicas en mina El Teniente (explosiones de roca y cuñas) existe un importante control estructural, en muchos casos definido por estructuras geológicas sub paralelas a las excavaciones (González & Brzovic, 2015), de trazas menores a los estándares de mapeos mina y/o muy difíciles de observar en ellos. Dentro las características mecánicas y geométricas de las estructuras geológicas, el tamaño o largo también es una de las más importantes y a su vez más difíciles de observar por su intrínseca característica 3D (observaciones en sondajes 1D, afloramiento rocoso o cara de una excavación 2D). Para resolver el tamaño de las estructuras geológicas en torno a las excavaciones, la literatura especializada en geología estructural ha avanzado con el desarrollo y la construcción de lo que se ha denominado el Arreglo Estructural en 3D o Discrete Fracture Network (DFN). El DFN, en relación a largo de las estructuras geológicas, se basa en las relaciones matemáticas de observaciones en 2D y la propiedad 3D tamaño de las mismas, desarrollada por Warburton (1980). Trabajos previos realizados en Mina El Teniente, basados en la construcción de modelos estocásticos del arreglo estructural, han establecido un tamaño medio de las estructuras geológicas (vetillas tipo stockwork) de 1,0 m para una distribución lognormal y de 0,9 m para un distribución exponencial en la roca dacita (Brzovic y Herrera, 2011). Es de esperar que esta característica geológica del stockwork presente variaciones a lo ancho y largo del yacimiento. En este trabajo se presenta una metodología que permite la construcción de modelos de DFN a partir de la información obtenida del mapeo de estructuras mediante el uso de la fotogrametría digital en el software 3DM Analyst. En otras palabras, se construye un modelo DFN, definido por parámetros básicos, que se ajusta a las propiedades observadas en fotografías digitales 3D de los desarrollos (Mapeos). Estos parámetros básicos corresponden a: i) Distribución de Orientaciones, ii) Distribución de Tamaños, e iii) Intensidad de Fracturamiento P_32 (m^2/m^3). La distribución de orientaciones se simula mediante la técnica de remuestreo estadístico Bootstrap (Efron, 1979), la distribución de tamaños mediante la aplicación del método Simulated Sampling (La Pointe et al., 1983), y la Intensidad de Fracturamiento mediante la correlación existente entre distintas medidas de intensidad, P_21 (m/m^2) y P_32 (m^2/m^3) (Dershowitz & Herda, 1992). Los análisis de detalle para 70 fotografías o imágenes 3D de los túneles en mina El Teniente en los niveles actuales de explotación (Mina Reno y Esmeralda) se realizaron para distintos tamaños de corte de largo de traza observado de las estructuras geológicas (Truncation bias). Los resultados permiten decir que la intensidad de fracturamiento, orientación y distribución de largos de las estructuras geológicas varían disparo a disparo con rangos específicos de P32 entre 2 y 7 m2/m3 para un tamaño de corte mínimo de 0,5 m en roca Cmet. Estos resultados permiten estudiar también las características geológicas propias del stockwork y su aplicación a la estabilidad de las excavaciones. De hecho, la metodología propuesta entrega además un criterio para definir las características del arreglo estructural (DFN) entorno a las excavaciones.

This document is intented to deepen the study of univariate and multivariate Chain Ladder methods for estimating reserves in an insurance company. It presents from a theoretical and applicative perspective both the univariate deterministic and stochastic Chain Ladder methods. Although, the first is the most used method by insurance companies due to its simplicity and lack of probabilistic assumptions, the second, proposed by Mack (1993), allows the construction of confidence intervals for the estimated reserves, which is invaluable for researchers. We also develop the General Multivariate Chain Ladder model, which has the basic premise to analyze the possible relationship that may exist between different development triangles, thus providing another tool to improve inferences and predictions of reserves. These methods have been developed and applied to a database of 3 types of health insurance, thus showing the advantages and disadvantages of each of them in different scenarios and providing various tools for decision making in meeting the future obligations of insurance companies. / El presente documento tiene por objetivo profundizar en el estudio de los m´etodos univariados y multivariados del modelo Chain Ladder para la estimaci´on de las reservas de una compa˜n´ıa de seguros. Se presenta de manera te´orica y aplicativa tanto los m´etodos univariados Chain Ladder determin´ıstico como Chain Ladder estoc´astico. Si bien el primero de estos m´etodos es el m´as utilizado por las compa˜n´ıas de seguro dada su simplicidad de c´alculo y carencia de supuestos probabil´ısticos, el segundo, propuesto por Mack (1993), permite la construcci´on de intervalos de confianza para las reservas, lo cu´al es de invalorable ayuda para los investigadores. Asimismo, desarrollamos el modelo General Multivariado Chain Ladder, el cual tiene como premisa b´asica analizar la posible relaci´on que pueda existir entre diversos tri´angulos de desarrollo, dotando as´ı de otra herramienta para mejorar las inferencias y predicciones de las reservas. Estos m´etodos han sido desarrollados y aplicados sobre la base de datos de 3 tipos de seguros de salud, mostrando as´ı las ventajas y desventajas de cada uno de ellos en diferentes escenarios y proporcionando distintos instrumentos para la toma de decisiones relacionados en el cumplimiento de las obligaciones futuras de las compa˜nias de seguros.

Los precios de exportación son un importante mecanismo de transmisión de los choques de incertidumbre para economías emergentes como la peruana. Se estudia la relación que existe entre estos dos factores mediante un modelo VAR bayesiano no lineal con volat ilidad estocástica y restricciones de signo. La incertidumbre es capturada como la volatilidad del error de proyección de las principales variables macroeconómicas peruanas, mientras que el mecanismo de transmisión de la incertidumbre cambia en periodos de alto y bajo crecimiento de los precios de exportación. Los resultados indican que un choque de incertidumbre tiene un mecanismo de transmisión similar a un choque de demanda cuando el crecimiento de los precios de exportación es bajo. La actividad económica se contrae, la inflación cae y el Banco Central reduce su tasa de interés de referencia. En cambio, en periodos de alto crecimiento de los precios de exportación, el choque de incertidumbre opera como un choque transitorio de oferta. La contracción económica es menor, la inflación incrementa en mayor proporción, pero el incremento se revierte rápidamente, y Banco Central no modifica su posición de política monetaria a través de la tasa de interés de referencia.

[ES] El tema de la investigación se centra en técnicas avanzadas para manejar problemas de aguas subterráneas y superficiales relacionados con métodos inversos y cambio climático. Los filtros de Kalman, con especial atención en Ensemble Smoother with Multiple Data Assimilation (ES-MDA), se analizan y mejoran para la solución de diferentes tipos de problemas inversos. En particular, la principal novedad es la aplicación de estos métodos para la identificación de series temporales. La primera parte de la tesis, luego de la descripción del método, presenta el desarrollo de un software escrito en Python para la aplicación de la metodología propuesta. El software cuenta con un flujo de trabajo flexible que puede adaptarse fácilmente para implementar diferentes variantes del filtro de Kalman y ser aplicado para la solución de varios tipos de problemas. Un paquete de herramientas proporciona varias funcionalidades que permiten de configurar el algoritmo de acuerdo con el problema específico analizado. La primera aplicación se refiere a la solución del problema inverso de flujo en ríos. Este es un procedimiento inverso destinado a estimar el flujo de entrada a un sistema hidráulico en función de información recopilada abajo. El procedimiento se prueba mediante dos ejemplos sintéticos y un estudio de caso real; se investiga el impacto de los tamaños de los conjuntos y la aplicación de técnicas de localización e inflación de covarianzas. Los resultados muestran la capacidad del método propuesto de resolver este tipo de problemas; el rendimiento de ES-MDA mejora, especialmente para tamaños de conjuntos pequeños, cuando se aplican técnicas de inflación y localización de covarianza. La segunda aplicación en el campo de las aguas superficiales se refiere a la calibración de un modelo hidrológico-hidráulico que simula los mecanismos de formación de eventos de inundación. ES-MDA se acopla al modelo numérico de forma paralela para la estimación de los coeficientes de rugosidad e infiltración en base al conocimiento de un hidrograma de flujo en una sección del dominio. Los resultados de dos casos sintéticos y un estudio de caso real demuestran la capacidad del método propuesto para calibrar el modelo hidrológico-hidráulico con un tiempo computacional razonable. En el campo de aguas subterráneas, ES-MDA se aplica por primera vez para identificar simultáneamente la ubicación de la fuente y el historial de liberación de un contaminante en un acuífero a partir de datos de concentración detectados en diferentes puntos del dominio. Se realizaron numerosas pruebas para evaluar la influencia de la distribución espacial y temporal de los datos de concentración, el número del conjunto y el uso de técnicas de localización e inflación; además, se presenta un nuevo procedimiento para realizar una localización iterativa espacio-temporal. La metodología se valida mediante un ejemplo analítico y un estudio de caso que utiliza datos obtenidos en el laboratorio mediante una caja de arena. ES-MDA conduce a una buena estimación de los parámetros investigados; una red de monitoreo bien diseñada y la aplicación de correcciones de covarianza mejoran el rendimiento del método y ayudan a mitigar el posible problema de no unicidad de la solución. Otro propósito de la tesis es investigar el efecto del cambio climático en las aguas subterráneas. Se presenta un modelo simplificado que describe la respuesta de los niveles de agua subterránea a las variables meteorológicas hasta 2100. Es un enfoque estadístico sencillo basado en las correlaciones entre los niveles de agua subterránea y dos índices de sequía que dependen de los datos de precipitación y temperatura. El método se utiliza para evaluar el impacto del cambio climático en los recursos de agua subterránea en un área de estudio ubicada en el norte de Italia utilizando datos históricos y de modelos climáticos regionales. Los resultados m / [CA] El tema de la investigació se centra en tècniques avançades per a manejar problemes d'aigües subterrànies i superficials relacionats amb mètodes inversos i canvi climàtic. Els filtres de Kalman, amb especial atenció en Ensemble Smoother with Multiple Data Assimilation (ES-MDA), s'analitzen i milloren per a la solució de diferents tipus de problemes inversos. En particular, la principal novetat és l'aplicació d'aquests mètodes per a la identificació de sèries temporals. La primera part de la tesi presenta el desenvolupament d'un programari escrit en Python per l'aplicació de la metodologia presentada. El programari compta amb un flux de treball flexible que pot adaptar-se fàcilment per a implementar diferents variants del filtre de Kalman i ser aplicat per a la solució de diversos tipus de problemes. Un paquet complementar d'eines proporciona diverses funcionalitats que permeten de configurar l'algorisme d'acord amb el problema específic analitzat. La primera aplicació es un nou enfocament per la solució del problema invers de flux en rius. Aquest és un procediment invers destinat a estimar el flux d'entrada a un sistema hidràulic en funció d'informació recopilada aigües avall. El procediment es prova mitjançant dos exemples sintètics i un estudi de cas real; s'investiga l'impacte de les grandàries dels conjunts i l'aplicació de tècniques de localització i inflació de covariàncies. Els resultats mostren la capacitat del mètode proposat de resoldre aquest tipus de problemes; el rendiment de ES-MDA millora, especialment per a grandàries de conjunts xicotets, quan s'apliquen tècniques d'inflació i localització de covariància. La segona aplicació en el camp de les aigües superficials es refereix al calibratge d'un model hidrològic-hidràulic que simula els mecanismes de formació d'esdeveniments d'inundació a partir de sollicitació hidrometeorológicas i la seua posterior propagació. ES-MDA s'acobla al model numèric de manera paral·lela per l'estimació dels coeficients de rugositat i infiltració sobre la base del coneixement d'un hidrograma de flux en una secció del domini. Els resultats de dos casos sintètics i un estudi de cas real demostren la capacitat del mètode proposat per calibrar el model hidrològic-hidràulic amb un temps computacional raonable. En el camp d'aigües subterrànies, ES-MDA s'aplica per primera vegada per identificar simultàniament la ubicació de la font i l'historial d'alliberament d'un contaminant en un aqüífer a partir d'un conjunt de dades de concentració detectats en diferents punts del domini. Es van realitzar nombroses proves per avaluar la influència de la distribució espacial i temporal de les dades de concentració, el número del conjunt i l'ús de tècniques de localització i inflació; a més, es presenta un nou procediment per realitzar una localització iterativa espaciotemporal. La metodologia es valguda mitjançant un exemple analític i un estudi de cas per al qual s'utilitzen dades obtingudes en el laboratori mitjançant una caixa d'arena. ES-MDA condueix a una bona reconstrucció dels paràmetres investigats; una xarxa de monitoratge ben dissenyada i l'aplicació de correccions de covariància milloren el rendiment del mètode i ajuden a mitigar el possible problema de no unicitat de la solució. Un altre propòsit de la tesi és investigar l'efecte del canvi climàtic en les aigües subterrànies. Es presenta un model simplificat que descriu la resposta dels nivells d'aigua subterrània a les variables meteorològiques fins a 2100. És un enfocament estadístic senzill basat en les correlacions entre els nivells d'aigua subterrània i dos índexs de sequera que depenen de les dades de precipitació i temperatura. El mètode s'utilitza per a avaluar l'impacte del canvi climàtic en els recursos d'aigua subterrània en una àrea d'estudi situada en el nord d'Itàlia utilitzant dades històriques i de models climàtics regionals. / [EN] This work focuses on the investigation of advanced techniques to handle groundwater and surface water problems in the framework of inverse methods and climate change. The Ensemble Kalman filter methods, with particular attention to the Ensemble Smoother with Multiple Data Assimilation (ES-MDA), are extensively analyzed and improved for the solution of different types of inverse problems. In particular, the main novelty is the application of these methods for the identification of time series function. In the first part of the thesis, after the description of the ES-MDA method, the development of a Python software package for the application of the proposed methodology is presented. It is designed with a flexible workflow that can be easily adapted to implement different variants of the Ensemble Kalman filter and to be applied for the solution of various types of inverse problems. A complemented tool package provides several functionalities that allow to setup the algorithm configuration suiting the specific analyzed problem. The first novelty application of the ES-MDA method aimed at solving the reverse flow routing problem. The objective of the inverse procedure is the estimation of an unknown inflow hydrograph to a hydraulic system on the basis of information collected downstream and a given forward routing model that relates inflow hydrograph and downstream observations. The procedure is tested by means of two synthetic examples and a real case study; the impact of ensemble sizes and the application of covariance localization and inflation techniques are also investigated. The tests show the capability of the proposed method to solve this type of problem; the performance of ES-MDA improves, especially for small ensemble sizes, when covariance localization and inflation techniques are applied. The second application, in the context of surface water, concerns the calibration of a hydrological-hydraulic model that simulates rainfall-runoff processes. The ES-MDA is coupled with the numerical model by parallel way for the estimation of roughness and infiltration coefficients based on the knowledge of a discharge hydrograph at the basin outlet. The results of two synthetic tests and a real case study demonstrate the capability of the proposed method to calibrate the hydrological-hydraulic model with a reasonable computational time. In the groundwater field, ES-MDA is applied for the first time to simultaneously identify the source location and the release history of a contaminant spill in an aquifer from a sparse set of concentration data collected in few points of the aquifer. The impacts of the concentration sampling scheme, the ensemble size and the use of covariance localization and covariance inflation techniques are tested; furthermore, a new procedure to perform a spatiotemporal iterative localization is presented. The methodology is tested by means of an analytical example and a study case that uses real data collected in a laboratory sandbox. ES-MDA leads to a good estimation of the investigated parameters; a well-designed monitoring network and the use of covariance corrections improve the performance of the method and help to minimize ill-posedness and equifinality. A part of the thesis investigates the impact of climate change on the groundwater availability. A surrogate model that describes the response of groundwater levels to meteorological variables up to 2100 is presented. It is a simple statistical approach based on the correlations between groundwater levels and two drought indices that depend on precipitation and temperature data. The presented method is used to evaluate the impact of climate change on groundwater resources in a study area located in Northern Italy using historical and regional climate model data. The results denote a progressive increase of groundwater droughts in the investigated area. / Todaro, V. (2021). Advanced techniques for solving groundwater and surface water problems in the context of inverse methods and climate change [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/166439