特徵函數、穩定律與精細極限定理

穩定指數 alpha(stability index alpha)

在穩定律的四個參數(指數、偏度、尺度、位置)中,有一個主宰所有定性內容:穩定指數 alpha。它是一個數字,固定了尾部之重、哪些動差存在、和的正確標準化,以及大數法則與中央極限定理是否倖存。知道 alpha 就是知道所處的區制。

指數 alpha 取值於 (0, 2]。它作為 -|sigma t|^alpha 中的指數進入穩定特徵函數,等價地它是尾部指數:alpha < 2 時,當 x -> infinity 有 P(|X| > x) ~ c x^(-alpha),一個冪律(以 -alpha 為指數正則變化)。後果是機械性的。動差:E[|X|^p] < infinity 恰當 p < alpha(alpha=2 的邊界常態情形擁有所有動差)。故 alpha > 1 有有限均值,alpha = 2 有有限變異數,alpha <= 1 連有限均值都沒有。和的尺度:對獨立同分布穩定被加項,S_n = X_1 + ... + X_n 滿足 S_n / n^(1/alpha) 與 X 同分布(至多差一置中),故散布像 n^(1/alpha) 增長——只要 alpha < 2 就比高斯的 sqrt(n) = n^(1/2) 快。

alpha 之所以重要,在於它診斷哪套極限理論適用。alpha = 2 時你在古典高斯世界(有限變異數、sqrt(n) 尺度、中央極限定理)。1 < alpha < 2 時均值存在、大數法則成立,但變異數無窮,和在 n^(1/alpha) 尺度下收斂到非高斯穩定律。alpha <= 1 時連大數法則都失敗。誠實的陷阱:人們對重尾資料套上高斯,因隱含假設 alpha = 2 而大幅低估極端風險;從尾部資料估計 alpha(希爾估計量)很微妙,且 n^(1/alpha) 尺度確實不同——alpha = 1.5 時和散布像 n^(2/3),遠寬於高斯的 n^(1/2)。

若 X 有 alpha = 1.5,則 E[X] 存在(因 1 < alpha)但 E[X^2] = infinity(因 2 > alpha)。n 個此類獨立同分布變數之和經置中後散布像 n^(1/1.5) = n^(2/3) 而非 n^(1/2)——故高斯擬合會低估大和的波動程度。

alpha 決定尾部指數、哪些動差存在(p<alpha),以及 n^(1/alpha) 的和尺度。

alpha=2 是唯一有限變異數的穩定情形;alpha<2 時套用高斯嚴重低估尾部風險,而正確的和標準化是 n^(1/alpha) 而非 sqrt(n)。

又称
index of stabilitycharacteristic exponent of a stable law穩定指標