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2022-04-29
英文标题:
《ADI schemes for pricing American options under the Heston model》
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作者:
Tinne Haentjens and Karel in \'t Hout
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最新提交年份:
2013
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英文摘要:
  In this paper a simple, effective adaptation of Alternating Direction Implicit (ADI) time discretization schemes is proposed for the numerical pricing of American-style options under the Heston model via a partial differential complementarity problem. The stability and convergence of the new methods are extensively investigated in actual, challenging applications. In addition a relevant theoretical result is proved.
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中文摘要:
本文提出了一种简单、有效的交替方向隐式(ADI)时间离散化方法,通过偏微分互补问题求解赫斯顿模型下美式期权的数值定价问题。新方法的稳定性和收敛性在实际的、具有挑战性的应用中得到了广泛的研究。此外,还证明了相关的理论结果。
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分类信息:

一级分类:Quantitative Finance        数量金融学
二级分类:Computational Finance        计算金融学
分类描述:Computational methods, including Monte Carlo, PDE, lattice and other numerical methods with applications to financial modeling
计算方法,包括蒙特卡罗,偏微分方程,格子和其他数值方法,并应用于金融建模
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一级分类:Mathematics        数学
二级分类:Numerical Analysis        数值分析
分类描述:Numerical algorithms for problems in analysis and algebra, scientific computation
分析和代数问题的数值算法,科学计算
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2022-4-29 18:17:39
Heston模型下美国期权定价的ADI方案Tinne Haentjens*还有Karel J.in\'t Hout*2018年10月31日摘要本文提出了一种简单有效的交替方向隐式(ADI)时间离散化方案,通过部分微分互补问题,对Heston模型下的美式期权进行数值定价。新方法的稳定性和收敛性在实际的、具有挑战性的应用中得到了广泛的研究。此外,还证明了相关的理论结果。关键词:交替方向隐式方案,美式期权定价,赫斯顿模型,线性完全性问题,Ikonen–Toivanen分裂。1引言本文研究美式期权的数值估值。我们考虑了著名的交替方向隐式(ADI)时间离散格式的适应性。通过多维偏微分方程(PDE),这些分割方案在欧式期权的数值定价中被证明是高效、稳定和稳健的。然而,一项关于他们对美式选择潜力的研究仍处于起步阶段。在本文中,我们提出并分析了ADI方案对这类重要方案的有效调整。对于潜在的ass et价格过程,流行的Hestonstochastic波动率模型[15]被认为是红色的。假设u(s,v,t)是赫斯顿模型下普通美式看跌期权的公允价值,前提是在给定到期时间之前的时间单位,标的资产价格等于s≥ 0及其方差等于v≥ 0.应用于函数u的赫斯顿空间微分算子A用Au=sv表示Us+ρσsvUsv+σvUv+rsUs+κ(η)- v)U五、- ru(s>0,v>0)。
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2022-4-29 18:17:48
(1.1)这里的参数κ>0是平均回归率,η>0是长期平均值,σ>0是方差的波动率,ρ∈ [-1,1]是两个基本布朗运动之间的相关性,r是风险中性利率。我们注意到,在文献中,有时会假设所谓的Feller条件2κη>σ已满,但在本文中,我们将不进行此类假设。设K,T>0为美式看跌期权的给定履约价格和到期时间,并用φ(s)=max(K)表示支付函数- s、 0)(s)≥ 0). (1.2)众所周知,期权价值函数满足以下所谓的部分差异补足问题(PDCP):UT≥ Au,u≥ φ、 (u)- φ)UT- Au= 0, (1.3)*安特卫普大学数学和计算机科学系,米德尔海姆兰1号,B-2020安特卫普,比利时。电子邮件:{tinne.haentjens,karel.inthout}@uantwerpen。是对于s>0,v>0,0<t的(s,v,t)有效点态≤ THeston PDCP(1.3)补充了初始和边界条件。初始条件为u(s,v,0)=φ(s)(对于s≥ 0,v≥ 0).以下第2节给出了边界条件。(1.3)中的三个条件自然地导致(s,v,t)-空间的分解:连续区域是所有点(s,v,t)的集合,其中等式u/t=持有Au(以及持有期权);行使区域是所有点(s、v、t)的集合,其中等式u=φ成立(并且行使该选项)。这两个区域的联合边界称为自由边界或运动边界。选择值函数u和自由边界在封闭形式下都是未知的。
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2022-4-29 18:17:52
此外,尽管目前似乎没有严格的证据可用,但函数u有望克服自由边界上缺乏光滑性的问题,如Black-Scholes情况。美国式期权价格的Heston PDCP的数值解已经被文献中的许多作者考虑过。我们在此简要概述主要贡献。Clarke&Parrott[7]将有限差分格式应用于(1.3)的空间离散,然后应用θ-方法进行时间离散。这就产生了一个完全离散的线性互补问题(LCP),需要在每个时间步中解决。结果表明,对于Heston LCP而言,常用的投影SOR方法(参见[33,37])通常太慢,作者在[7]中提出了一种多重网格方法。它基于Brandt&Cryer[4]的投影全近似方案(PFAS)。Oosterlee[29]对Heston LCP的PFAS方法进行了详细的傅立叶分析,并得出结论,尤其是交替线平滑器是稳健的。对于时间离散,在[29]中使用了二阶后向微分公式(BDF2)。Toivanen&Oosterlee[34]提出了一种适用于LCP的投影alg-ebraic多重网格方法,并表明该方法比Heston LCP的几何多重网格更快。Zvan、Forsyth&Vetzal[39]将美式期权定价问题视为一个非线性HestonPDE,其中通过惩罚方法纳入了提前行使约束。在空间离散、有限元/体积格式和时间离散后,通过θ-方法,他们得到了一个非线性代数方程组,该方程组通过预处理CGSTAB迭代的近似WTON方法进行数值求解。
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2022-4-29 18:17:56
p enalty方法显示,随着p enalty参数趋于一致,Heston LCP也会减小。Ikonen和Toivanen[24]提出了半离散化Heston PDCP时间离散化的分裂方法。所考虑的方法可以被视为众所周知的分步法或普通微分方程组的局部一维(LOD)方法的类似物。特别地,对称Strang型分裂适用于半离散Heston PDCP。这导致每个时间步有五个LCP,每个LCP都有一个三对角矩阵。然后,这些简单的LCP由[5]中介绍的高效Brennan–Schwartz算法精确求解,该算法用于(一维)Bla ck–Scholes模型下的Amer ic期权定价。我们注意到,由于[24]中的方法基于LOD方法,因此必须特别注意处理PDCP边界条件,否则可能会出现降阶。此外,Brennan–Schwartz算法仅适用于对期权价格的空间离散性和自由边界(形状)的限制性假设。Villeneuve&Za ne tte[36]与[24]有点相关,之前对原始的Peaceman–Rachford-ADI方案[30]进行了两次修改,以适应Black–Scholes模型下两项资产上的美式期权定价的半离散化PDCP。这些作者首先进行坐标变换,从而得出一个基本上是标准二维拉普拉斯算子的算子。相应地,从[36]到Hestonmodel的方法的通用性并不明确。Ikonen和Toivanen[26]提出了一种新的分裂技术,适用于空间和时间离散后得到的Heston LCPOB。
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2022-4-29 18:17:59
他们的想法最初是在[23]的Black-Scholes模型中提出的,其目的是引入一个辅助变量,以便在基本的时间离散化方案和ear-ly运动约束的实施之间实现解耦。这种方法的每个时间步的计算量由相关线性系统的解控制,作者采用多重网格。更新早期演习cons traint的计算成本可以忽略不计。考虑的时间离散格式有向后Euler、Crank–Nicolson和BDF2,以及二阶L-稳定Runge–Kutta方法。[25,26]表明,这种拆分方法性能良好且效率高。Persson&Von Sydow[31]考虑了基于有限差分和BDF2方法的HestonPDCP的定制自适应时空离散化,并应用了[26]中的分裂技术,其中线性系统的求解使用了预处理GMRES迭代。本文的主要目的是通过引用[26]中的分裂思想,将ADI时间离散化方案有效地应用于美国式期权的半离散化d Heston PDCP。我们将新获得的方法称为ADI-IT方法。ADI-IT方法的计算工作量由相关线性系统的求解方法决定,如[26]所示。但是,与[26]相反,这些线性系统现在只涉及固定的、小宽度的矩阵。因此,通过使用LU分解,可以以高效的方式精确且轻松地解决这些问题。在我们的注释[13]中,已经简要介绍了这种方法。在本论文中,我们将进行全面的研究。
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