Combined Actuarial Neural Networks in Actuarial Rate Making

• Main Authors: Gustafsson, Axel, Hansén, Jacob
• Format: Others
• Language: English
• Published: KTH, Matematisk statistik 2021
• Subjects: Insurance; insurance pricing; rate making; pure premium modelling; generalised linear model; neural network; combined actuarial neural network; black box model interpretability; Försäkring; försäkringsprissättning; tariffanalys; pure premium modellering; neurala nätverk; kombinerat aktuariskt neurala nätverk; black box modelltolkning; Probability Theory and Statistics; Sannolikhetsteori och statistik
• Online Access: http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-302399

Insurance is built on the principle that a group of people contributes to a common pool of money which will be used to cover the costs for individuals who suffer from the insured event. In a competitive market, an insurance company will only be profitable if their pricing reflects the covered risks as good as possible. This thesis investigates the recently proposed Combined Actuarial Neural Network (CANN), a model nesting the traditional Generalised Linear Model (GLM) used in insurance pricing into a Neural Network (NN). The main idea of utilising NNs for insurance pricing is to model interactions between features that the GLM is unable to capture. The CANN model is analysed in a commercial insurance setting with respect to two research questions. The first research question, RQ 1, seeks to answer if the CANN model can outperform the underlying GLM with respect to error metrics and actuarial model evaluation tools. The second research question, RQ 2, seeks to identify existing interpretability methods that can be applied to the CANN model and also showcase how they can be applied. The results for RQ 1 show that CANN models are able to consistently outperform the GLM with respect to chosen model evaluation tools. A literature search is conducted to answer RQ 2, identifying interpretability methods that either are applicable or are possibly applicable to the CANN model. One interpretability method is also proposed in this thesis specifically for the CANN model, using model-fitted averages on two-dimensional segments of the data. Three interpretability methods from the literature search and the one proposed in this thesis are demonstrated, illustrating how these may be applied. === Försäkringar bygger på principen att en grupp människor bidrar till en gemensam summa pengar som används för att täcka kostnader för individer som råkar ut för den försäkrade händelsen. I en konkurrensutsatt marknad kommer försäkringsbolag endast vara lönsamma om deras prissättning är så bra som möjligt. Denna uppsats undersöker den nyligen föreslagna Combined Actuarial Neural Network (CANN) modellen som bygger in en Generalised Linear Model (GLM) i ett neuralt nätverk, i en praktiskt och kommersiell försäkringskontext med avseende på två forskningsfrågor. Huvudidén för en CANN modell är att fånga interaktioner mellan variabler, vilket en GLM inte automatiskt kan göra. Forskningsfråga 1 ämnar undersöka huruvida en CANN modell kan prestera bättre än en GLM med avseende på utvalda statistiska prestationsmått och modellutvärderingsverktyg som används av aktuarier. Forskningsfråga 2 ämnar identifiera några tolkningsverktyg som kan appliceras på CANN modellen samt demonstrera hur de kan användas. Resultaten för Forskningsfråga 1 visar att CANN modellen kan prestera bättre än en GLM. En literatursökning genomförs för att svara på Forskningsfråga 2, och ett antal tolkningsverktyg identifieras. Ett tolkningsverktyg föreslås också i denna uppsats specifikt för att tolka CANN modellen. Tre av tolkningsverktygen samt det utvecklade verktyget demonstreras för att visa hur de kan användas för att tolka CANN modellen.