Truth is the daughter of time, not of authority.
# 概述
精算师 (Actuary)
精算考虑的是过去的决策对将来不确定性风险条件下的影响。
精算包括寿险精算和非寿险精算。
# 寿险精算数学
# 生存分布与生命表
# 连续型的死亡年龄概率分布
设刚出生的婴儿死亡年龄为X,则X 是一个连续型随机变量。我们定义其分布函数F(x)=P(X≤x),密度函数为f(x)。
# 离散型死亡年龄的概率分布
此外,我们还可以将死亡年龄建模成离散型随机变量,将死亡年龄取整数值K。假设其在年龄k 时死亡的概率为qk,则有∑i=0∞qi=1,其分布函数F(x)=∑k=0[x]qk。
# 生存分布
在上述建模基础上,我们需要引入一些函数以简化我们的计算和表达。首先,我们引入生存函数。
我们定义生存函数s(x):=P(X>x)=1−F(x),其中x≥0。于是s(x) 表示新生儿活到x 岁的概率。容易发现,生存函数是单调递减的右连续函数,f(x)=−s′(x),且s(0)=1,limx→∞s(x)=0。
在生存函数的基础上,我们定义极限寿命ω 为min{x∣s(x)=0}。
# 未来 (剩余) 寿命
我们定义未来寿命 (Future Lifetime) 是(x) 至死亡还能存活的时间,记作T(x);其所能存活的整年数称为未来整值剩余寿命,记作K(x):=[T(x)]。其中(x) 表示年龄为x 岁的人。此处,T(x) 与K(x) 都是依赖于(x),相对于时间t 变化的随机变量。
此外,我们还有一些国际通用的精算符号:
- tqx: 表示(x) 在t 年内死亡的概率。其中t≤0,若t=1,则简记为qx。
- tpx: 表示(x) 至少再活t 年的概率。特别地,xp0=s(x)。显然有tpx=1−tqx。若t=1,则简记为px。
- t∣uqx: 表示(x) 至少再活t 年且在其后的u 年内死亡的概率。若u=1,则简记为t∣qx。
下面我们计算未来寿命的概率分布:
T(x) 的分布函数
FT(x)(t)=P(T(x)≤t)=tqx=1−s(x)s(x+t)
K(x) 的概率函数
P(K(x)=k)=P(k≤T(x)<k+1)=k+1qx−kqx=kpx−k+1px
# 死力
# 定义
我们定义单位时间上的死亡率为死力 (Force of Mortality),记作μx。于是,根据定义,有
μx:=s(x)dx−ds(x)=−dxdlns(x)=−(lns(x))′.
注意,μx=s′(x),因为此时的总人数为s(x) 而非1.
在此基础上,容易得到:
s(x)=exp(−∫0xμsds).
于是,如果检验一个函数是否为死力函数,那么就由其求生存函数,再根据生存函数的性质检验。
关于μx 与tpx,tqx,t∣uqx 的关系,可以转化成s(x) 再计算。
# 常见解析形式
对于死力,有四种常见的建模形式,以创建者分别命名。
名称 | μx | s(x) | 条件限制 |
---|
De Moivre(1729) | ω−x1 | 1−ωx | 0≤x<ω, ω 为极限寿命 |
Gompertz(1825) | BCx | exp(−lnCBCx−B) | x≥0,B>0,C≥1 |
Makeham(1860) | A+BCx | exp(−Ax−lnCBCx−B) | x≥0,B>0,C≥1,A≥−B |
Weibull(1939) | kxn | exp(−n+1kxn+1) | x≥0,k>0,n>0 |
# 生命表
# 生命表
根据以往一定时期内各种年龄的死亡统计资料编制而成的、由每个年龄段上的死亡概率所组成的汇总表称为生命表 (Life Table),又称死亡表或寿命表。
因此,生命表是研究群体死亡性质的统计性表格。
# 生命表函数
在生命表数据前提下,我们研究由l0 个新生儿构成的群体的特征。根据生命表,可以定义该群体的几个基本函数。
生存人数lx:=l0s(x):表示该群体中能活到x 岁的期望人数。
死亡人数nDx:表示上述群体中在未来x 年至x+n 年死亡的人数,是一个随机变量,期望值以ndx 表示。显然
ndx=lx−lx+n.
- 生存人年数nLx:表示年龄为x 的lx 人在未来n 年生存的时间之和。显然
nLx=∫0ntd(−lx+t)+nlx+n=∫0nlx+tdt.
- 累积生存人年数Tx:表示自x 岁开始的各年龄上生存人年数总和。
Tx=+∞Lx=∫0+∞lx+tdt.
- 中心死亡率 (Central Death Rate)nmx:表示单位时间死力的加权平均,作为现实中死亡率的估计。定义n 年的中心死亡率为
nmx:=∫0nlx+tdt∫0nlx+tμx+tdt=nLxlx−lx+n=nLxndx.
- 平均生存年数α(x):表示在[x,x+1) 内死亡者的平均生存年数。显然
α(x)=dxLx−lx+1=lx−lx+1LX−lx+1.
根据此,可以得到插值公式
Lx=α(x)lx+(1−α(x))lx+1.
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