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Gaussian process regression (GPR) is a long-standing technique for statistical interpolation between observed data points. Having originally been applied to spatial analysis in the 1950s, GPR offers highly nonlinear predictions with uncertainty adjusting to the degree of extrapolation -- at the expense of very few model parameters to be fit. Thus GPR has gained considerable popularity in statistical applications such as machine learning and nonparametric density estimation. In this thesis, we explore the potential for GPR to improve the efficiency of parametric inference for continuous-time stochastic processes. For almost all such processes, the likelihood function based on discrete observations cannot be written in closed-form. However, it can be very well approximated if the inter-observation time is small. Therefore, a popular strategy for parametric inference is to introduce missing data between actual observations. In a Bayesian context, samples from the posterior distribution of the parameters and missing data are then typically obtained using Markov chain Monte Carlo (MCMC) methods, which can be computationally very expensive. Here, we consider the possibility of using GPR to impute the marginal distribution of the missing data directly. These imputations could then be leveraged to produce independent draws from the joint posterior by Importance Sampling, for a significant gain in computational efficiency. In order to illustrate the methodology, three continuous processes are examined. The first one is based on a neural excitation model with a non-standard periodic component. The second and third are popular financial models often used for option pricing. While preliminary inferential results are quite promising, we point out several improvements to the methodology which remain to be explored.

Different from the standard treatment discovery framework which is used for finding single treatments for a homogenous group of patients, personalized medicine involves finding therapies that are tailored to each individual in a heterogeneous group. In this paper, we propose a new semiparametric additive single-index model for estimating individualized treatment strategy. The model assumes a flexible and nonparametric link function for the interaction between treatment and predictive covariates. We estimate the rule via monotone B-splines and establish the asymptotic properties of the estimators. Both simulations and an real data application demonstrate that the proposed method has a competitive performance.

Este trabalho apresenta as principais causas para a mortalidade das empresas paulistas criadas entre 2003 e 2007 a partir de base de dados cedida pelo SEBRAE-SP para o desenvolvimento dessa pesquisa. A amostra final, construída a partir de dados disponibilizados pela primeira vez para estudos desta natureza, contou com 662 empresas e 33 variáveis coletadas por meio de questionário aplicado diretamente às próprias empresas. A análise consistiu no teste de modelos econométricos, baseados na literatura dos modelos de duração, de forma a traduzir quais fatores são mais críticos para a sobrevivência das empresas a ponto de distingui-las em dois grupos: o das empresas vencedoras, cuja longevidade está pautada em ações que promovem ganhos de produtividade e eficiência, e aquelas desprovidas dessas ações e que muito provavelmente deixarão o mercado. Os três tipos de modelos abordados neste trabalho - não paramétrico, semi-paramétrico (riscos proporcionais) e paramétrico - apresentaram resultados similares, sendo que na abordagem de riscos proporcionais os resultados foram segmentados por tamanho e setor de atuação das empresas. Para as micro empresas, a idade do empreendedor e a iniciativa em investir na qualificação da mão de obra dos funcionários mostraram-se importantes mitigadores do risco de falha desse grupo de empresa, enquanto que para as pequenas empresas, a inovação em processos e a elaboração de um plano de negócios se destacaram dentre o conjunto de variáveis. Entre empresas dos setores de comércio e serviços, as empresas do primeiro grupo que faziam o acompanhamento das finanças (fluxo de caixa) apresentaram menor risco de falhar. Para aquelas do setor de serviços, a idade do empreendedor, o investimento em qualificação dos funcionários e o tamanho da empresa ao nascer foram importantes para reduzir o risco de falha no tempo. Outro resultado encontrado, por meio do modelo paramétrico utilizando distribuição Weibull, foi que o risco de a empresa deixar o mercado mostrou-se crescente, pelo menos nos cinco primeiros anos de existência da empresa. Entretanto, esse resultado não deve ser generalizado para períodos de tempo maiores que cinco anos. / This thesis presents the main results that determined the bankruptcy of enterprises located in the São Paulo State from 2003 to 2007. The models used in this work were possible due to the partnership with SEBRAE, Small Business Service Supporting, located in the State of São Paulo. This institution provided the data basis for this research and its final version was compound by 662 enterprises and 33 variables, which were collected from a survey done by SEBRAE and the related enterprise. For first time available for research like this The research was supported by econometrics models, more precisely duration models, which identified the most important factors regarding enterprises survival. Two enterprise groups were distinguished: that one that will survive and grow and another will fail. In this work, three models were used: parametric, non-parametric and proportional risk with all of them presenting similar results. The proportional risk approach was applied for economic sectors and enterprises size. For the micro size business, the entrepreneurship\'s age and the resources applied on the employee\'s qualification were important to reduce the risk to fail in the time, whereas for small enterprises, variables like innovation and business plan building were the most important variables. For the commerce and service sectors, the enterprises related to the first one, the enterprises which kept attention on financial results (cash flow) presented lower risk to fail. For service sector, variables such as: entrepreneur\'s age, investment on the employee\'s qualification and enterprise\'s size were the most important variables to explain the difference the risk to fail between the enterprises. Another result presented was the risk to fail, which indicates the likelihood of an enterprise to leave its business activity. In this case, the parametric model using Weibull distribution concluded that the risk grows in the first five years. However, this result must be carefully evaluated since it would be necessary a longer term data to ensure this result.

Este trabalho apresenta as principais causas para a mortalidade das empresas paulistas criadas entre 2003 e 2007 a partir de base de dados cedida pelo SEBRAE-SP para o desenvolvimento dessa pesquisa. A amostra final, construída a partir de dados disponibilizados pela primeira vez para estudos desta natureza, contou com 662 empresas e 33 variáveis coletadas por meio de questionário aplicado diretamente às próprias empresas. A análise consistiu no teste de modelos econométricos, baseados na literatura dos modelos de duração, de forma a traduzir quais fatores são mais críticos para a sobrevivência das empresas a ponto de distingui-las em dois grupos: o das empresas vencedoras, cuja longevidade está pautada em ações que promovem ganhos de produtividade e eficiência, e aquelas desprovidas dessas ações e que muito provavelmente deixarão o mercado. Os três tipos de modelos abordados neste trabalho - não paramétrico, semi-paramétrico (riscos proporcionais) e paramétrico - apresentaram resultados similares, sendo que na abordagem de riscos proporcionais os resultados foram segmentados por tamanho e setor de atuação das empresas. Para as micro empresas, a idade do empreendedor e a iniciativa em investir na qualificação da mão de obra dos funcionários mostraram-se importantes mitigadores do risco de falha desse grupo de empresa, enquanto que para as pequenas empresas, a inovação em processos e a elaboração de um plano de negócios se destacaram dentre o conjunto de variáveis. Entre empresas dos setores de comércio e serviços, as empresas do primeiro grupo que faziam o acompanhamento das finanças (fluxo de caixa) apresentaram menor risco de falhar. Para aquelas do setor de serviços, a idade do empreendedor, o investimento em qualificação dos funcionários e o tamanho da empresa ao nascer foram importantes para reduzir o risco de falha no tempo. Outro resultado encontrado, por meio do modelo paramétrico utilizando distribuição Weibull, foi que o risco de a empresa deixar o mercado mostrou-se crescente, pelo menos nos cinco primeiros anos de existência da empresa. Entretanto, esse resultado não deve ser generalizado para períodos de tempo maiores que cinco anos. / This thesis presents the main results that determined the bankruptcy of enterprises located in the São Paulo State from 2003 to 2007. The models used in this work were possible due to the partnership with SEBRAE, Small Business Service Supporting, located in the State of São Paulo. This institution provided the data basis for this research and its final version was compound by 662 enterprises and 33 variables, which were collected from a survey done by SEBRAE and the related enterprise. For first time available for research like this The research was supported by econometrics models, more precisely duration models, which identified the most important factors regarding enterprises survival. Two enterprise groups were distinguished: that one that will survive and grow and another will fail. In this work, three models were used: parametric, non-parametric and proportional risk with all of them presenting similar results. The proportional risk approach was applied for economic sectors and enterprises size. For the micro size business, the entrepreneurship\'s age and the resources applied on the employee\'s qualification were important to reduce the risk to fail in the time, whereas for small enterprises, variables like innovation and business plan building were the most important variables. For the commerce and service sectors, the enterprises related to the first one, the enterprises which kept attention on financial results (cash flow) presented lower risk to fail. For service sector, variables such as: entrepreneur\'s age, investment on the employee\'s qualification and enterprise\'s size were the most important variables to explain the difference the risk to fail between the enterprises. Another result presented was the risk to fail, which indicates the likelihood of an enterprise to leave its business activity. In this case, the parametric model using Weibull distribution concluded that the risk grows in the first five years. However, this result must be carefully evaluated since it would be necessary a longer term data to ensure this result.

As relações de dependência entre variáveis aleatórias é um dos assuntos mais discutidos em probabilidade e estatística e a forma mais abrangente de estudar essas relações é por meio da distribuição conjunta. Nos últimos anos vem crescendo a utilização de cópulas para representar a estrutura de dependência entre variáveis aleatórias em uma distribuição multivariada. Contudo, ainda existe pouca literatura sobre cópulas quando as distribuições marginais são discretas. No presente trabalho será apresentada uma proposta não-paramétrica de estimação da distribuição conjunta bivariada de variáveis aleatórias discretas utilizando cópulas e polinômios de Bernstein. / The relations of dependence between random variables is one of the most discussed topics in probability and statistics and the best way to study these relationships is through the joint distribution. In the last years has increased the use of copulas to represent the dependence structure among random variables in a multivariate distribution. However, there is still little literature on copulas when the marginal distributions are discrete. In this work we present a non-parametric approach for the estimation of the bivariate joint distribution of discrete random variables using copulas and Bernstein polynomials.

As relações de dependência entre variáveis aleatórias é um dos assuntos mais discutidos em probabilidade e estatística e a forma mais abrangente de estudar essas relações é por meio da distribuição conjunta. Nos últimos anos vem crescendo a utilização de cópulas para representar a estrutura de dependência entre variáveis aleatórias em uma distribuição multivariada. Contudo, ainda existe pouca literatura sobre cópulas quando as distribuições marginais são discretas. No presente trabalho será apresentada uma proposta não-paramétrica de estimação da distribuição conjunta bivariada de variáveis aleatórias discretas utilizando cópulas e polinômios de Bernstein. / The relations of dependence between random variables is one of the most discussed topics in probability and statistics and the best way to study these relationships is through the joint distribution. In the last years has increased the use of copulas to represent the dependence structure among random variables in a multivariate distribution. However, there is still little literature on copulas when the marginal distributions are discrete. In this work we present a non-parametric approach for the estimation of the bivariate joint distribution of discrete random variables using copulas and Bernstein polynomials.

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<p> In this work, optimal censoring schemes are investigated for the non-parametric confidence intervals of population quantiles under progressive Type-II right censoring. The proposed inference can be universally applied to any probability distributions for continuous random variables. By using the interval mass as an optimality criterion, the optimization process is also independent of the actual observed values from a sample as long as the initial sample size n and the number of observations m are predetermined. This study is based on the fact that each (uncensored) order statistic observed from progressive Type-II censoring can be represented as a mixture of underlying ordinary order statistics with exactly known weights [11, 12]. Using several sample sizes combined with various degrees of censoring, the results of the optimization are tabulated here for a wide range of quantiles with selected levels of significance (i.e., α = 0.01, 0.05, 0.10). With the optimality criterion under consideration, the efficiencies of the worst progressive Type-II censoring scheme and ordinary Type-II censoring scheme are also examined in comparison with the best censoring scheme obtained for a given quantile with fixed n and m.</p> / Thesis / Master of Science (MSc)

O presente trabalho tem como principal objetivo, propor e testar métodos alternativos de precificação de contratos de seguro agrícola, baseados em um indicador de produtividade regional. A taxa de prêmio é calculada utilizando a abordagem nãoparamétrica de estimação da densidade da produtividade agrícola, a abordagem paramétrica utilizando as distribuições Normal e Beta e modelos hierárquicos Bayesianos. Na recuperação do processo gerador destes dados, são considerados os efeitos temporal, espacial e espaço-temporal visando a predição e a precificação de um contrato de seguro agrícola regional. Os dois primeiros métodos são aplicados a um conjunto de dados de produtividade municipal do Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística (IBGE), no período de 1990 a 2002, para as culturas da soja, milho e trigo, no Estado do Paraná. Na análise empírica do modelo Bayesiano, são utilizados dados de produtividade municipal de milho, no Estado do Paraná, nos anos de 1990 a 2002. A escolha do melhor modelo dentre os modelos não-aninhados ajustados, é baseado no critério da preditiva a posteriori. As metodologias utilizadas nesta pesquisa incorporam melhorias no cálculo atuarial da taxa de prêmio, tendo em vista o pequeno número de observações de produtividade agrícola existentes. Além de propor novas metodologias, estudou-se a viabilidade de implantar um esquema de seguro agrícola regional na região de Castro, no Estado do Paraná, levando em conta a quantificação e redução do risco sistêmico proveniente da aquisição do seguro e da correlação da produtividade individual e regional. Para melhor entendimento dos diversos aspectos do problema, é feito um amplo levantamento histórico e principais tendências do seguro agrícola no Brasil e nos EUA, ressaltando os aspectos legal, institucional e operacional. O estudo mostrou que se o seguro regional de produtividade for oferecido na região de Castro, os produtores se beneficiariam devido à redução do risco proveniente do seguro e também devido ao prêmio relativamente menor do que aquele cobrado pelas seguradoras para os mesmos municípios estudados. / This research analyses alternative methods of pricing agricultural insurance contract based on regional yields. The premium rate is calculated using three different approaches: nonparametric method to estimate the density of the agricultural yield; parametric approach fitting the Normal and Beta distributions; and, hierarchical Bayesian models. The data generating process is recovered considering the temporal, spatial and spatio-temporal aspects to make predictions and pricing for area-yield insurance contract. The data used are county yields, collected by the Brazilian Institute of Geography and Statistics (IBGE), 1990 through 2002. The first two methods were applied to soybean, corn and wheat in the State of Paraná. In the Bayesian model, the empirical analysis limited to corn, in the State of the Paraná, from 1990 through 2002. The choice of the best model among the several non-nested models tested was based on the posterior predictive criteria. The methods proposed in this research intend to improve the actuarial calculation of the premium rate, taking into account the small size of data regarding agricultural yields. Besides proposing different methodologies, a case study of the viability was carried out. The possibility of implementation of an are-yield agricultural insurance was studied in the region of Castro, in the State of the Paraná. This case study considers the quantification and reduction of the systemic risk and also the correlation of the individual and regional yield. To better understand the problem involving the agricultural insurance, a broad historical review of literature was made in Brazil and U.S.A., considering its legal, institutional and operational aspects. The study shows that if a regional yield insurance contract is offered in the Castro region, producers would benefit from exposure to lower risk levels and also a relatively smaller premium rate than the rates charged by insurance companies in the same region.