Graph theory based network analysis of biofuels and related financial assets and commodities

Barbora Schererová

Master's thesis

Síťová analýza biopaliv a souvisejících finančních aktiv a komodit založená na teorii grafů

Abstract:

Tato práce poskytuje čtenáři přehled současných informací o trhu biopaliv a přehled legislativy, která biopaliva ovlivňuje, doplněný systematickým přehledem publikované literatury zabývající se biopalivy a jejich dopadem na jiné komodity a finanční aktiva, především fosilní paliva a potraviny. V praktické části se tato práce snaží odhalit tyto vztahy pomocí analýzy sítí s využitím teorie grafů zaměřené na detekci komunit ve sítích filtrovaných metodou minimální kostry grafu a metodou triangulovaného maximálně filtrovaného grafu. Autorka dále poskytuje periodické výsledky minimální kostry grafů, které poskytují další doplňující odpovědi na otázku cenových propojení mezi zkoumanými aktivy. Hlavními výsledky této práce jsou tvrzení, že biopaliva tvoří nejsilnější vazby se svými výrobními komoditami, následovanými ostatními komoditami potravin, přičemž tyto vztahy jsou nejvíce zesíleny v období ekonomické nejistoty nebo změn legislativy. Dalšími zjištěními jsou skutečnost, že fosilní paliva tvoří téměř nezávislou komunitu oddělenou od ostatních aktiv a jsou ovlivňována převážně globálními změnami úrokových sazeb a geopolitickými otřesy, jakými jsou zvýšená inflace a válečné konflikty.

Abstract:

This thesis provides the reader with overview of recent biofuel market and policy information, supplemented by systematic literature review of published literature dealing with biofuels and their impact on other commodities and financial assets, mainly fossil fuels and foods. In the practical part, this thesis aims to uncover these relationships by using graph theory network analysis focused on community detection in networks filtered by Minimum Spanning Tree method as well as Triangulated Maximally Filtered Graph method. The author then further provides the periodical results of Minimum Spanning Trees that provide additional information to the question of price linkages between inspected assets. The main results of this thesis are that biofuels form strongest linkages with their feedstocks, followed by other foods commodities, while these relationships are mostly heightened in periods of economic uncertainty or legislative changes. Other findings include the fact that fossil fuels form nearly independent clusters from the other assets, and are mostly influenced globally by changing interest rates and geopolitical turmoil such as increased inflation and war.

Keywords

systematický přehled literatury, detekce komunit, biodiesel, minimální kostra grafu, hierarchický strom, biopaliva, triangulovaný maximálně filtrovaný graf, etanol, komplexní analýza sítí, analýza vztahů

Keywords

biofuels, biodiesel, ethanol, minimum spanning tree, hierarchical tree, relationship analysis, systematic literature review, complex network analysis, community detection, triangulated maximally filtered graph

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 24. 5. 2023

Thesis defence

• Date of defence: 15. 6. 2023
• Supervisor: Karel Janda
• Reader: Michal Vyletelka

Vysoká škola ekonomická v Praze

Master programme:
Finanční inženýrství