El mercado de swaps de tasa de interés ha experimentado un rápido crecimiento en los últimos años en Chile, alcanzando grandes volúmenes transados y una liquidez importante, principalmente en el sector bancario. Si bien estos instrumentos permiten la administración de riesgos, surge la necesidad de estimar el riesgo que subyace a ellos. El presente trabajo de título tiene como objetivo explorar la conveniencia y relevancia de sofisticar procesos de tasas de interés que permiten medir el riesgo por contraparte y estimar el riesgo de mercado en swaps, aplicándolas al caso chileno sobre swaps cámara, determinando bajo que contexto es conveniente utilizar modelos de mayor grado de complejidad. En una primera etapa, se implementa el modelo de Vacisek (VAS) y el modelo de Cox-Ingersoll y Ross (CIR), con el objeto de evaluar el énfasis de la sofisticación, comprobándose que el nivel de largo plazo posee gran influencia sobre los perfiles de riesgo, principalmente porque produce diferencias importantes en el riesgo presente en cada posición del swap. Así, se opta por una dinámica que complejice el modelamiento del nivel de largo plazo, implementándose el modelo de dos factores de aleatoriedad Central Tendency (CT). A partir del modelo CT, se obtienen perfiles de riesgo de mercado y contraparte tanto para swaps de distintos plazos como sobre distintos comportamientos de las tasas (volatilidad, velocidad de reversión al nivel de largo plazo y premio por plazo), siendo contrastados con perfiles de riesgo obtenidos a través de VAS, a modo de medir el desempeño relativo del modelo de mayor grado de complejidad. Los resultados obtenidos muestran que CT posee una performance superior en swaps cámara para plazos mayores a 3 años, subestimando VAS el riesgo a partir de este plazo, siendo recomendable por ende utilizar el modelo CT para plazos largos y VAS para plazos cortos. Por otro lado, ante distintos escenarios de volatilidad se muestra que CT entrega resultados similares a los obtenidos por VAS a pesar de tener mayores grados de libertad, recomendándose la utilización del modelo menos complejo en este caso. Ante distintos escenarios de reversión a la media, se vuelve recomendable y muy conveniente utilizar CT, principalmente para swaps de mediano y largo plazo, debido al impacto positivo del parámetro de largo plazo aleatorio sobre la captura del riesgo. Además, ante escenarios de bajo premio por plazo, es recomendable utilizar CT pues VAS subestima el riesgo en este caso al modelar como una constante el parámetro de largo plazo. Para el caso de alto premio por plazo se obtienen resultados similares, por lo que se recomienda la utilización de VAS. Finalmente, comparando la metodología propuesta por la SBIF basada en ponderadores para el cálculo del riesgo equivalente de crédito, con los resultados obtenidos a través de las dinámicas de tasa, se puede verificar que los ponderadores subestiman el riesgo de contraparte presente en swaps, evidenciando que dicha metodología pareciera estar obsoleta.

El objetivo de la presente memoria de tesis es la modelación y estudio de problemas de tratamiento de recursos acuíferos mediante la utilización de biorreactores. En la Introducción de esta memoria se hace una revisión del problema de las aguas residuales, los métodos y fases del tratamiento de descontaminación, y se enfatiza la etapa de tratamiento secundario, cuya finalidad es la reducción de la materia orgánica presente en las aguas. Se introduce al biorreactor como herramienta para el tratamiento de la materia orgánica mediante el uso de microorganismos, los cuales se alimentan de ella. Se realiza una revisión de los modelos existentes para biorreactores, tanto en el caso determinista como en el estocástico, remarcándose la existencia de resultados de extinción de la biomasa y exclusión competitiva en el caso de dos especies. La presente tesis se divide en dos partes. En la Parte I se estudia un modelo estocástico de tratamiento de aguas mediante un biorreactor secuencial por lotes. Para ello, en el Capítulo 2 se desarrolla un modelo estocástico de biorreactores; esto se hace mediante un límite de aproximaciones de la dinámica del biorreactor por procesos de nacimiento y muerte. En el Capítulo 3 se estudia la existencia y unicidad de soluciones de la ecuación diferencial estocástica controlada que define la dinámica del biorreactor, cuyos coeficientes no cumplen las condiciones de tipo Lipschitz habitualmente requeridas para este tipo de resultados. En el Capítulo 4 se plantea el problema de descontaminación de aguas a tiempo mínimo mediante el uso de biorreactores secuenciales por lotes, con el modelo obtenido en el Capítulo 2, y se muestra que bajo cualquier estrategia admisible, la probabilidad de extinción de la biomasa es positiva, lo que hace que el tiempo esperado de tratamiento sea infinito. Con esto se prueba que el problema así formulado no tiene solución factible. En particular, esto muestra que la estrategia de llenado más rápido no es óptima para el problema estudiado, no obstante lo era para el problema determinista. Se plantean entonces otros problemas de control estocástico relevantes para el biorreactor secuencial por lotes, que pueden ser abordados en el contexto del modelo desarrollado. En la Parte 2 se estudia un problema de biorremediación de recursos acuíferos naturales mediante el uso de quimiostatos. En el Capítulo 5, se estudia el problema de descontaminación de recursos de gran volumen mediante un quimiostato de volumen mucho menor. Esto hace que haya zonas con difícil acceso al aparato descontaminante, por lo que se produce un gradiente de concentraciones en el recurso y no se puede aplicar la hipótesis de homogeneidad de sustrato. Esto se modela mediante la separación del recurso en dos zonas, llamadas zona activa, la que tiene fácil acceso a la descontaminación, y zona muerta, la que se descontamina por difusión con la zona activa. Se busca encontrar estrategias de descontaminación a tiempo mínimo controlando la velocidad de bombeo del quimiostato, y comparar dichas estrategias con la del caso homogéneo. Finalmente, se presentan las conclusiones, los problemas abiertos, y posibles direcciones de trabajo futuro.

Ingeniero Civil Matemático / El presente trabajo de Memoria de Título para la carrera Ingeniería Civil Matemática consiste en el estudio de difusiones en la recta real. Se pretende caracterizar la familia de procesos estocásticos generada por los operadores inversos de las n-ésimas potencias de Haddamard el operador de Green del Movimiento Browniano. En una primera instancia, se estudian las potencias de Haddamard del operador de Green asociado al movimiento Browniano en un intervalo acotado. Con ciertas propiedades encontradas para estos operadores, se obtienen propiedades que impiden la existencia de una inversa contínua. Luego, se calcula una fórmula para un operador diferencial en L^2, demostrando que corresponde a una inversa para la potencia del operador de Green. Posteriormente, se estudia la familia de procesos estocásticos cuyo semigrupo generador está dado por los operadores anteriormente obtenidos truncados en el coeficiente lineal. Este estudio permite obtener ciertas propiedades para el posterior estudio de la familia de procesos generada por los operadores obtenidos en la primera etapa, y además entrega una caracterización que resulta en sí misma interesante de una familia de procesos estocásticos. Luego, se caracteriza la familia de procesos estocásticos cuyo semigrupo generador está dado por los operadores obtenidos en la etapa inicial, en función de la familia de procesos obtenida en la parte anterior. Se demuestra la igualdad en ley con un proceso que es identico al anterior hasta un instante aleatorio de muerte y se obtienen cotas para la probabilidad de muerte en función del tiempo elapsado y de la potencia de Haddamard que genera el proceso, que se verifica una ecuación de semigrupo, que el generador de dicho proceso efectivamente corresponde a la inversa de una potencia de Hadamard del operador de Green del Movimiento Browniano, y que el Kernel de Green para estos procesos corresponde a una potencia de Hadamard de dicho operador. Finalmente, se presentan métodos numéricos desarrollados para simular ambas familias de procesos estocásticos, sus limitaciones, posibles errores, y se muestran un par de resultados obtenidos junto con una discusión acerca de la sensibilidad de los parámetros y los errores de aproximación.

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En esta memoria se han modelado redes de telecomunicaciones a través de la aproximación de éstas en tráfico pesado, utilizando los procesos difusivos reflejados. Se han considerado las condiciones que permiten tratar estas redes de la forma invariante producto, en cuyo caso la función de probabilidad que representa el estado de la red es igual al producto de las probabilidades marginales del estado de cada nodo que componga a ésta. En Matlab se implementó una plataforma computacional que resuelve el modelo utilizado, para lo cual se ideó e implementó un algoritmo que resuelve este problema. Una vez probado vía simulaciones que el algoritmo converge efectivamente a la solución correcta del problema, se dispuso a simular distintas topologías de redes de telecomunicaciones analizando su desempeño frente a distintos escenarios. La principal utilidad de la herramienta desarrollada es que permite estudiar y simular el desempeño de la red bajo condiciones que sean de interés. La plataforma implementada recibe como parámetros las capacidades de los equipos, la topología de red, el número de equipos en la red y las tasas de llegada exógenas de paquetes, además de simular un protocolo de control de tráfico exógeno el cual es flexible para distintas tasas de rechazos. Al término de la memoria se concluye que la plataforma computacional implementada es una herramienta válida para resolver el difícil problema de dimensionar redes, con el fin de cumplir con ciertos requisitos de calidad de servicio, permitiendo la simulación de éstas para distintos valores de los parámetros de interés y poder tomar así la mejor decisión para obtener el comportamiento deseado.

El problema abordado en este trabajo consiste en evaluar cuál es el mejor enfoque para enfrentar la planificación minera considerando el precio como un valor incierto. Lo anterior implica determinar la extracción óptima y como el flujo de material será manejado al interior de la mina. Para ello se utilizó una modelación, basada en la mina de cobre de El Teniente, que considera un horizonte de planificación de 5 periodos. Las restricciones principales incluyen el secuenciamiento de la extracción, la construcción del túnel y el condicionamiento a un ingreso mínimo. La incertidumbre en el precio del cobre es representada a través de escenarios probabilísticos de precios, en los cuales cada uno tiene igual probabilidad de ocurrencia, y se resuelve mediante los enfoques: estocástico de maximización del valor esperado, determinístico estático de precio promedio, determinístico estático del peor caso, determinístico dinámico de precio promedio, determinístico dinámico del peor caso y el algoritmo del volumen con una heurística complementaria sencilla. Cada enfoque es evaluado mediante el valor de su función objetivo, su tiempo de resolución y su capacidad de entregar soluciones factibles. Al finalizar, se observa que el enfoque estocástico presenta el mejor desempeño a nivel de solución, pero con tiempos de resolución bastante superiores que los otros enfoques y que, por lo tanto, hacen poco atractivo el uso de éste en problemas de gran tamaño, donde la capacidad computacional se transforma en la principal limitante. Por este motivo y dado que los métodos determinísticos dinámicos presentan soluciones muy superiores a los casos estáticos y con valores muy cercanas al óptimo estocástico, se recomienda el uso de estos últimos para este tipo de problemas. Además se sugiere que las empresas analicen soluciones que acepten un cierto nivel de infactibilidad, pues se observó que la solución óptima se condicionaba fuertemente por la secuencia de extracción y, por consiguiente, al peor caso. En este sentido, un cambio marginal en dicho caso podría llevar a mejoras que pueden resultar significativas para una empresa.

Ingeniero Civil Industrial / La minería, que alcanza hoy en día casi un 20% de participación en el PIB nacional, corresponde a la principal actividad económica que ha tenido Chile desde la revolución industrial. Dentro de este contexto destaca la empresa estatal CODELCO como la mayor productora de cobre a nivel mundial. Considerando el impacto que tiene la industria minera, los altísimos niveles de inversión involucrados, la larga vida útil de una mina y su complejidad, el apoyo a las decisiones mediante modelos de optimización matemáticos aparecen como altamente necesarios. Hoy en día estos modelos son capaces de planificar tanto la extracción como el procesamiento del mineral considerando sólo variables determinísticas. Una variable muy importante dentro de estos modelos corresponde al precio del cobre. Es por ello que actualmente se trabaja en la implementación de modelos de planificación de largo plazo que incorporen la estocasticidad de esta variable con el fin de evaluar proyectos mineros y así dar apoyo a las decisiones de inversión. Sin embargo, y debido a la complejidad y tamaño de los procesos, el problema estocástico es demasiado grande desde el punto de vista computacional. Para resolver esto se utiliza Progressive Hedging (PH), un algoritmo que reduce el problema estocástico en muchos sub-problemas determinísticos de menor tamaño. A pesar de esto, el tiempo necesario para su resolución puede llegar a ser del orden de días o incluso semanas. Una de las cualidades que entrega el algoritmo PH es la independencia en la resolución de los sub-problemas, lo cual puede ser aprovechado para su procesamiento en paralelo de modo de reducir los tiempos de procesamiento. En este trabajo se estudia la complejidad y factores críticos en la implementación de la paralelización, además de la ganancia esperada en súper-computadores tipo clúster. El anáĺisis algorítmico del problema da luces de que la paralelización es capaz de entregar ahorros en tiempo del orden de un 90%. Por otra parte una simulación en la escalabilidad de una pequeña implementación realizada entrega un ahorro de entre 93% y 98% dependiendo de la arquitectura de memoria del computador, compartida o distribuída, compuesto de 9 procesadores con 8 núcleos cada uno. Considerando todo lo anterior, y lo que se puede observar con más detalle en este trabajo, la utilización de PH en paralelo es un camino tentador a seguir si lo que se pretende es incluir la estocasticidad de una variable como el precio del cobre en el modelo de planificación minera de largo plazo.

Ingeniero Civil Matemático / En el presente trabajo se propone una metodología para evaluar un proyecto minero de cobre de largo plazo. Para tales propósitos, se considera la aleatoriedad del precio del cobre, el cual es modelado como un proceso estocástico a tiempo continuo con reversión a la media. Según prácticas tradicionales en la minería, se modela la mina como una serie de bloques cuya distribución espacial es conocida. Éstos poseen características como cantidad de mineral, ley promedio y costo marginal de producción. Dado esto, el planificador debe decidir cuándo es el momento adecuado (timing) para la explotación de cada bloque, de modo que el valor presente neto del proyecto sea maximizado. Para resolver el problema se plantea, utilizando una formulación de programación dinámica estocástica, un modelo general, el cual considera las opciones de inicio de extracción, detención de extracción y cierre del proyecto minero. Además, el modelo general admite flexibilidad en la secuencia de extracción de los bloques y la capacidad de producción. Si bien éstas dos últimas opciones son consideradas en la formulación general, esta memoria no alcanza a analizarlas y solamente se restringe al estudio del timing de explotación de bloques, considerando una secuencia de extracción y capacidad de producción fijas. Utilizando técnicas de Parada Óptima, se resuelven aproximaciones al problema y se obtiene una serie de umbrales (thresholds) que indican, en términos del precio del cobre, cuándo realizar una de las siguientes opciones: extraer, detener o cerrar. Estas aproximaciones son problemas de la misma naturaleza que el problema original, al cual acotan inferior y superiormente. En relación a la calidad de las aproximaciones, los valores obtenidos para éstas son comparados con el valor real del problema, obteniéndose que, en general, la aproximación inferior tiene el menor error. A partir de ésta, se propone una nueva aproximación (lineal) cuya calidad es tan buena como la anterior. Luego, esta última aproximación es aplicada a una instancia real: sector El Diablo de la división El Teniente perteneciente a CODELCO. Los resultados obtenidos a partir de la metodología propuesta muestran una mejora con respecto a la planificación inicial sugerida para la extracción del sector El diablo.

Analiza el cambio de paradigma de un movimiento browniano ordinario a un movimiento browniano fraccional en el proceso de la volatilidad del tipo de cambio, es decir el elemento de persistencia en una serie caótica muy sensible a cambios en las condiciones iniciales, los cuales generan impactos decisivos en la dinámica de su movimiento de esta manera identificándose patrones en su conducta a primera vista aleatoria, pero fractalmente con un patrón a modelar, se demuestra que la serie de tiempo sujeto de estudio es un proceso con incrementos no estacionarios y dependientes distinguidas por la no linealidad negando la posibilidad de ser un proceso martingala, debido a la evidencia del coeficiente de Hurts y otras pruebas semiparamétricas que la respaldan por lo que se demuestra también que la variación cuadrática del proceso es cero. Por otro lado se muestra que dicha persistencia tiende a desaparecer de manera hiperbólica para ello se utilizó la función impulso respuesta acumulativa también llamada memoria larga. Por lo tanto el centro neurálgico de esta investigación es la persistencia en modelos no lineales heterocedásticos (FIGARCH), modelos autoregresivos con heterocedasticidad condicionada generalizada fraccionalmente integrados. Utilizando las principales propiedades de procesos gaussianos y los casos específicos de movimiento browniano y movimiento browniano fraccional. Para dicha aplicación se utilizó a la variable tipo de cambio y mediante modelos de series de tiempo de memoria larga poder analizar la persistencia del efecto existente en la volatilidad de dicha serie. Considerando que existen muchos puntos de vistas acerca del estudio de este fenómeno caótico, se logra la formulación y estimación econométrica para entender de mejor manera la naturaleza de un indicador macroeconómico clave en la toma de decisiones estatales. De esta manera poder demostrar la dependencia de los intervalos ajenos si importar su distancia en un proceso estocástico, es decir la existencia de la dependencia no lineal entre los incrementos de una serie de tiempo. / Tesis

La presente tesis ha sido elaborada con la finalidad de evaluar el impacto de los saltos estocásticos en la Selección de Portafolio Óptimo de un agente económico que administra el portafolio de Renta Variable del Fondo 3 de una AFP en el Perú. Para ello, se determinó el efecto de ignorar la presencia de saltos mediante el cálculo del Costo de Equivalente de Certeza (CEQ), el cual mide la inversión adicional necesaria para que la utilidad bajo la estrategia que no considera los saltos sea igual a la utilidad bajo la estrategia que sí considera los saltos. Para llevar a cabo la investigación, se utilizó un caso particular del Modelo de Difusión de Saltos planteado por Merton (1969) donde los saltos a través de los activos son simultáneos pero la magnitud de los saltos cambia a través de los activos, además del Modelo de Difusión Puro que no captura el salto y finalmente el Modelo de Media-Varianza planteado por Markowitz (1952). El análisis se llevó a cabo para diversos valores del coeficiente de aversión al riesgo y una función de utilidad de aversión relativa al riesgo constante (CRRA). Considerando la metodología planteada por Das y Uppal (2004) se implementaron los modelos de optimización sin restricciones y con restricciones de prohibición de venta en corto y de apalancamiento del portafolio. Además se redujo el universo de instrumentos elegibles a cuatro clases de activos, renta variable local, renta variable extranjera - mercados desarrollados, renta variable extranjera - mercados emergentes y renta variable extranjera - mercados frontera, los cuales fueron representados por activos proxy para replicar el portafolio del Fondo 3. Se determinó los portafolios óptimos de inversión en función de los parámetros de las ecuaciones diferenciales estocásticas de los modelos mencionados, para realizar la optimización estocástica se usaron técnicas de Programación Dinámica Estocástica, Control Óptimo Estocástico y Cálculo Estocástico; seguidamente, se determinó los parámetros de las ecuaciones diferenciales estocásticas de los modelos mediante el Método Momentos usando para ello la función característica o representación Lévy - Khintchine para procesos de Lévy; finalmente, se determinó el Costo de Equivalente de Certeza (CEQ). Se demostró que si se considera la presencia de saltos en el rendimiento de los activos se produce un cambio en la asignación de los activos dentro del portafolio. Se encontró que a medida que aumenta el grado de aversión al riesgo en el inversionista las diferencias entre los pesos de los activos en el modelo de difusión de salto y en el modelo de difusión puro se reducen, ello implica que mientras mayor sea la aversión al riesgo se reduce el efecto de los saltos en la asignación de los portafolios óptimos. Asimismo, se obtuvo que para menores valores de aversión al riesgo, el modelo de difusión de saltos, que sí reconoce los saltos a diferencia del modelo de difusión puro y del modelo media-varianza que no reconocen los saltos, asigna un mayor peso a activos con menor amplitud de salto mientras que para mayores valores de aversión al riesgo, asigna un mayor peso a activos con mayor amplitud del salto. Se obtuvo que el costo de no considerar los saltos en los rendimientos de los activos medido a través del Costo de Equivalente de Certeza (CEQ) aumenta en la medida que el horizonte de inversión aumente y el coeficiente de aversión al riesgo disminuya. Se demostró que el costo de ignorar la presencia de los saltos en los rendimientos de los activos y en la selección de portafolio es mayor utilizando la composición actual del portafolio de renta variable del Fondo 3 seguido por el modelo de difusión puro y el modelo media-varianza, es decir, para igualar a la utilidad esperada de la riqueza bajo el modelo de difusión de saltos es necesario añadir un mayor monto de dinero al Fondo 3 en comparación con el modelo de difusión puro y con el modelo mediavarianza, con lo cual se demostró que con la composición actual del portafolio de renta variable del Fondo 3 la utilidad esperada es menor debido a que se ignora la presencia de los saltos en los rendimientos de los activos y en la selección de portafolio, en comparación con el modelo de difusión saltos que sí considera los saltos donde la Utilidad es mayor. La presente investigación brinda un aporte teórico en la medida que extiende las investigaciones realizadas previamente sobre el tema ya que incorpora restricciones de prohibición de venta en corto y de apalancamiento del portafolio a los modelos de optimización. Asimismo, como parte de su aporte empírico, la presente investigación demuestra que los saltos impactan negativamente en la selección del portafolio óptimo y que el Fondo de Pensiones Tipo 3 es un agente económico que presenta cierto grado de aversión al riesgo el cual está asociado a un mayor valor del Costo de Equivalente de Certeza (CEQ).