Multivariate quantiles and regularized optimal transport
Quantiles multivariés et transport optimal régularisé
Résumé
This thesis is concerned with the study of the Monge-Kantorovich quantile function. We first address the crucial question of its estimation, which amounts to solve an optimal transport problem. In particular, we try to take advantage of the knowledge of the reference distribution, that represents additional information compared with the usual algorithms, and which allows us to parameterize the transport potentials by their Fourier series. Doing so, entropic regularization provides two advantages: to build an efficient and convergent algorithm for solving the semi-dual version of our problem, and to obtain a smooth and monotonic empirical quantile function. These considerations are then extended to the study of spherical data, by replacing the Fourier series with spherical harmonics, and by generalizing the entropic map to this non-Euclidean setting. The second main purpose of this thesis is to define new notions of multivariate superquantiles and expected shortfalls, to complement the information provided by the quantiles. These functions characterize the law of a random vector, as well as convergence in distribution under certain assumptions, and have direct applications in multivariate risk analysis, to extend the traditional risk measures of Value-at-Risk and Conditional-Value-at-Risk.
L’objet d’intérêt principal de cette thèse est la fonction quantile de Monge- Kantorovich. On s’intéresse d’abord à la question cruciale de son estimation, qui revient à résoudre un problème de transport optimal. En particulier, on tente de tirer profit de la connaissance a priori de la loi de référence, une information additionnelle par rapport aux algorithmes usuels, qui nous permet de paramétrer les potentiels de transport par leur série de Fourier. Ce faisant, la régularisation entropique du transport optimal permet deux avantages : la construction d’un algorithme efficace et convergent pour résoudre la version semi-duale de notre problème, et l’obtention d’une fonction quantile empirique lisse et monotone. Ces considérations sont ensuite étendues à l’étude de données sphériques, en remplaçant les séries de Fourier par des harmoniques sphériques, et en généralisant la carte entropique à ce cadre non-euclidien. Le second objectif de cette thèse est de définir de nouvelles notions de superquantiles et d’expected shortfalls multivariés, pour compléter l’information fournie par les quantiles. Ces fonctions caractérisent la loi d’un vecteur aléatoire, ainsi que la convergence en loi, sous certaines hypothèses, et trouvent des applications directes en analyse de risque multivarié, pour étendre les mesures de risque classiques de Value-at-Risk et Conditional-Value-at-Risk.
Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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