股票市场是一个真实且持续演变的极其复杂的动力学系统,特别是该复杂系统还呈现出一定的突变特性。1987年美国“黑色星期一”、20世纪80年代的拉丁美洲金融危机、1997年的亚洲金融危机及2008年美国次贷危机等金融危机的爆发,对建立在线性范式基础上的经典金融理论提出了挑战。在此背景下,社会科学与自然科学相结合的交叉研究科目——金融系统复杂性研究逐渐产生和发展。金融系统复杂性研究主要就金融系统的复杂性问题开展研究,金融学研究范式由完全理性、线性及静态的方法向适应性、复杂性及动态演化的方法转变。论文使用重构相空间理论及递归图方法,通过把一维股票价格时间序列嵌入到高维相空间中,进而可以在一个拓扑性质等价的高维相空间中通过分析状态向量轨迹的递归性来研究股票市场系统的动力学行为特征。论文主要就股票市场动力学特征的动态演化行为进行研究,尤其是从复杂性科学的视角探讨金融危机的形成、深化及扩散过程中股票市场动力学特征的演化进行系统性研究,解析金融危机传染的微观机制,深化对金融危机传染过程的认识,丰富金融危机传染问题的理论及实证方法,也为金融学研究范式的创新及转变提供借鉴。论文主要研究内容及结论如下:(一)从动态演化的视角来分析股票市场有效性的变化。使用递归图方法来获得股票价格时间序列的动力学特征。递归图中斜对角线长度的分布函数构建递归熵,它能够度量一维时间序列嵌入到高维相空间中状态矢量的聚集程度,及系统的确定性或可预测性程度,可用于量化股票市场的有效性程度。对14个发达国家(地区)和12个新兴国家(地区)的股票市场的有效性进行研究。研究得出:股票市场的有效性呈现出“相对有效——相对无效—相对有效”复杂的似周期性动态演化特征及时间尺度效应;社会环境的不稳定性及经济危机对市场有效性呈现负向效应;进一步使用经验模态分解法、最大熵谱分析法及Fisher检验研究发现美国股票市场的有效性在不同频率上存在约为3-5年、11年及25年的周期,这些周期与基钦经济周期提出的3-4年周期、朱格拉经济周期提出的10年左右经济周期及库涅茨经济周期提出的15-25年经济周期基本吻合。(二)股票价格的急剧涨跌现象越发频繁,尤其是股票市场崩盘给金融市场的稳定带来极大挑战。论文使用递归图方法及非线性时间序列突变检测的启发式分割算法对股票市场崩盘前市场动力学特征突变时点的检测问题进行研究。通过对12个发达国家(地区)的金融市场和10个新兴国家(地区)的金融市场的崩盘事件进行分析,研究发现:(1)股票市场崩盘前市场层流性特征值LAM会发生显著性大幅下降;(2)对金融危机期间美国股票市场的LAM序列进行递归分析,发现LAM序列呈现出类分形自相似性结构,且在递归图中均有空白带存在,说明股票市场崩盘前LAM序列存在相变;(3)使用非线性时间序列突变检测的启发式分割算法发现,在市场崩盘前,市场的动力学特征会连续出现异常突变,且异常突变时点早于市场崩盘2到8个月时间。(三)基于递归图方法的非线性时间序列分析方法己经越来越受到各领域研究者的重视,已经成功运用到多个领域。但传统递归图使用Heavyside阶跃函数来判断相空间中状态点的递归行为,存在两个问题:(1)Heavyside阶跃函数会产生刚性边界问题,造成信息丢失;(2)临界距离ε的选取非常关键,假若选取不恰当会导致递归分析结果的不准确,目前对该参数的选取并没有一个统一的方法。针对上述问题,论文的创新之处是:(1)判断状态相点递归性时使用高斯函数代替Heavyside函数,解决Heaviside阶跃函数所造成的递归分析结果具有刚性和二元值问题;(2)使用局部二值模型(LBP)和纹理相似性度量Earth Mover’s Distance模型(EMD)就复杂系统动力学特征分析提出了对递归图进行纹理分析的新思路,并在此基础上构建了度量复杂系统动力学特征相似度的方法体系。(四)适应性市场假说(AMH)认为金融市场是动态演化的,市场泡沫及崩盘等状态显示出复杂的动态变化。AMH假说把金融市场看成是一个复杂的自适应性系统,在不同的外界背景下,市场特征表现出动态演化。目前,对适应性市场假说研究存在的一个难点问题是市场的演化行为如何量化。论文通过构建度量复杂系统动力学特征相似度性方法,从股票市场动力学特征演化视角就适应性市场假说进行实证研究。对14个发达国家(地区)及11个新兴市场国家(地区)的股票市场进行研究,研究结果:(1)股票市场的动力学特征呈现出动态演化且各市场的演化行为具有“异质性”;(2)大多数市场的EMD距离表现出逐级下降趋势,市场表现出适应性进化现象;(3)在2008年金融危机前后4年内,9个新兴国家(地区)金融市场的动力学特征发生了突变;(4)中国沪深A股市场在国家出台较大影响力政策或市场环境发生重大变化时,市场动力学特征都会发生非常明显的异常突变,如在2008年金融危机及2015年“股灾”期间,市场动力学特征出现异常突变。(五)金融危机传染逐渐成为金融领域的一个焦点和难点问题。目前,对此问题的研究大多遵循线性研究范式,未能解析出金融危机传染的复杂非线性特征及金融危机传染的内在微观机制。论文尝试从复杂性科学视角对金融危机传染问题开展研究,研究的基本思想是将各国金融市场看成具有不同动力学特征的动力学系统,对金融危机前、次贷危机及欧债危机过程中各金融市场动力学特征的动态演化及构建金融市场间动力学特征联动模式复杂网络进行研究。使用符号时间序列分析思想,将股票市场联动情况进行符号化处理,再粗粒化为由五个符号所组成的联动模式,由联动模式之间的转化关系构建股票市场动力学特征联动模式有向加权复杂网络,探究金融危机传染的内在微观机制。研究结论:(1)各国股票市场动力学特征在2007至2008年间都发生了较为明显的异常突变,2009至2011年间各国股票市场动力学特征发生持续性突变,相对次贷危机,欧债危机期间全球金融市场变得更为脆弱;(2)金融危机在全球股票市场中的传染表现出一种典型的“事件驱动”性特征,危机期间全球股票市场动力学特征联动模式复杂网络的结构及重要节点组成均发生明显变化。(六)由于市场环境、投资者情绪及金融机构的决策都处于不断变化之中,股市系统网络的拓扑结构也常常处于动态演化之中,静态复杂网络能够提供给我们关于股市系统复杂网络的信息是有限的,甚至容易“诱发”我们对股市系统复杂网络产生错误认知。论文从动态演化的研究视角,使用滑动时间窗口方法,构建全球73个股票市场动力学特征之间的动态演化关系网络。研究结论:(1)股票市场动力学特征复杂网络表现出典型的小世界网络特征,表明股票市场网络具有极强的信息传递能力,这就解释了发生在局部国家或地区的金融危机能够迅速扩展到其它国家或地区的原因。(2)随着金融危机的深入,网络的平均度值及平均聚类系数有增大趋势,网络直径及平均路径长度有下降趋势,股票市场动力学特征复杂网络的小世界网络特性会进一步加强,股票市场动力学特征复杂网络会表现出更强的同步能力,信息在股票市场之间的传播范围会明显扩大,网络的信息传输效率提升,市场之间的共振及联动会进一步增强。