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基于MATLAB的Copula函数实现示例

news 2025/9/26 14:14:39

基于MATLAB的Copula函数实现示例，包括常见的Copula函数（如高斯Copula、t-Copula、Clayton Copula等），以及如何计算联合分布函数的概率密度函数（PDF）、分布函数（CDF）和生成随机数。

MATLAB实现Copula函数

1. 高斯Copula

高斯Copula是最常用的Copula函数之一，用于描述变量之间的线性相关性。

function [u, v, pdf, cdf] = gaussianCopula(rho, numSamples)% 高斯Copula% rho: 相关系数% numSamples: 生成的样本数量% 生成相关正态分布样本mvnrnd([0, 0], [1, rho; rho, 1], numSamples);z = mvnrnd([0, 0], [1, rho; rho, 1], numSamples);% 转换为均匀分布u = normcdf(z(:, 1));v = normcdf(z(:, 2));% 计算PDF和CDFpdf = mvnpdf([u, v], [0, 0], [1, rho; rho, 1]);cdf = mvncdf([u, v], [0, 0], [1, rho; rho, 1]);
end

2. t-Copula

t-Copula适用于描述具有重尾的分布，能够更好地捕捉极端值的相关性。

function [u, v, pdf, cdf] = tCopula(rho, nu, numSamples)% t-Copula% rho: 相关系数% nu: 自由度% numSamples: 生成的样本数量% 生成相关t分布样本t = mvtrnd([1, rho; rho, 1], nu, numSamples);% 转换为均匀分布u = tcdf(t(:, 1), nu);v = tcdf(t(:, 2), nu);% 计算PDF和CDFpdf = mvtPdf([u, v], [1, rho; rho, 1], nu);cdf = mvtCdf([u, v], [1, rho; rho, 1], nu);
end

3. Clayton Copula

Clayton Copula适用于描述下尾依赖性较强的变量之间的关系。

function [u, v, pdf, cdf] = claytonCopula(theta, numSamples)% Clayton Copula% theta: 参数% numSamples: 生成的样本数量% 生成均匀分布样本u = rand(numSamples, 1);v = rand(numSamples, 1);% 计算联合分布cdf = (u.^(-theta) + v.^(-theta) - 1).^(-1/theta);pdf = (theta + 1) * (u.^(-theta - 1) * v.^(-theta - 1)) ./ (u.^(-theta) + v.^(-theta) - 1).^(-2 - 1/theta);
end

4. Gumbel Copula

Gumbel Copula适用于描述上尾依赖性较强的变量之间的关系。

function [u, v, pdf, cdf] = gumbelCopula(theta, numSamples)% Gumbel Copula% theta: 参数% numSamples: 生成的样本数量% 生成均匀分布样本u = rand(numSamples, 1);v = rand(numSamples, 1);% 计算联合分布cdf = exp(-((-log(u)).^theta + (-log(v)).^theta).^(1/theta));pdf = (theta + 1) * (u.^(-theta - 1) * v.^(-theta - 1)) .* exp(-((-log(u)).^theta + (-log(v)).^theta).^(1/theta));
end

使用

使用上述Copula函数的示例：

% 参数设置
rho = 0.5; % 高斯Copula相关系数
nu = 5; % t-Copula自由度
theta = 2; % Clayton和Gumbel Copula参数
numSamples = 1000; % 生成的样本数量% 高斯Copula
[u, v, pdf, cdf] = gaussianCopula(rho, numSamples);% t-Copula
[u_t, v_t, pdf_t, cdf_t] = tCopula(rho, nu, numSamples);% Clayton Copula
[u_c, v_c, pdf_c, cdf_c] = claytonCopula(theta, numSamples);% Gumbel Copula
[u_g, v_g, pdf_g, cdf_g] = gumbelCopula(theta, numSamples);% 绘制结果
figure;
subplot(2, 2, 1);
scatter(u, v);
title('Gaussian Copula');
subplot(2, 2, 2);
scatter(u_t, v_t);
title('t-Copula');
subplot(2, 2, 3);
scatter(u_c, v_c);
title('Clayton Copula');
subplot(2, 2, 4);
scatter(u_g, v_g);
title('Gumbel Copula');