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2022-05-05
英文标题:
《A numerical algorithm for fully nonlinear HJB equations: an approach by
  control randomization》
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作者:
Idris Kharroubi (CREST, CEREMADE), Nicolas Langren\\\'e (LPMA), Huy\\^en
  Pham (CREST, LPMA)
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最新提交年份:
2013
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英文摘要:
  We propose a probabilistic numerical algorithm to solve Backward Stochastic Differential Equations (BSDEs) with nonnegative jumps, a class of BSDEs introduced in [9] for representing fully nonlinear HJB equations. In particular, this allows us to numerically solve stochastic control problems with controlled volatility, possibly degenerate. Our backward scheme, based on least-squares regressions, takes advantage of high-dimensional properties of Monte-Carlo methods, and also provides a parametric estimate in feedback form for the optimal control. A partial analysis of the error of the scheme is provided, as well as numerical tests on the problem of superreplication of option with uncertain volatilities and/or correlations, including a detailed comparison with the numerical results from the alternative scheme proposed in [7].
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中文摘要:
我们提出了一种概率数值算法来求解具有非负跳的倒向随机微分方程(BSDE),这是[9]中介绍的一类BSDE,用于表示完全非线性的HJB方程。特别是,这使我们能够数值求解具有受控波动性(可能退化)的随机控制问题。我们基于最小二乘回归的反向方案利用了蒙特卡罗方法的高维特性,并以反馈形式为最优控制提供了参数估计。本文对方案的误差进行了部分分析,并对波动率和/或相关性不确定的期权的超复制问题进行了数值试验,包括与[7]中提出的替代方案的数值结果进行了详细比较。
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分类信息:

一级分类:Mathematics        数学
二级分类:Probability        概率
分类描述:Theory and applications of probability and stochastic processes: e.g. central limit theorems, large deviations, stochastic differential equations, models from statistical mechanics, queuing theory
概率论与随机过程的理论与应用:例如中心极限定理,大偏差,随机微分方程,统计力学模型,排队论
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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:Quantitative Finance        数量金融学
二级分类:Pricing of Securities        证券定价
分类描述:Valuation and hedging of financial securities, their derivatives, and structured products
金融证券及其衍生产品和结构化产品的估值和套期保值
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2022-5-5 05:11:11
全非线性HJB方程的数值算法:控制随机化方法Idris Kharroubi*Ceremake,CNRS UMR 7534,巴黎多芬大学和克雷斯特大学,哈鲁比Ceremake。多芬。法国巴黎大学概率与模型实验室和法国数学教育基金会。巴黎迪德罗大学。巴黎迪德罗大学(Universit of Paris Didero)和克雷斯特·恩萨法姆(CREST ENSAEpham)数学学院(math)。巴黎迪德罗大学。2013年11月19日摘要我们提出了一种概率数值算法来求解具有非负跳的倒向随机微分方程(BSDE),这是[9]中介绍的一类BSDE,用于表示完全非线性HJB方程。特别是,这使我们能够数值求解具有受控波动性的随机控制问题,可能是退化的。我们的后向方案基于最小二乘回归,利用了蒙特卡罗方法的高维特性,并以反馈形式为最优控制提供了参数估计。对该方案的误差进行了部分分析,并对波动率和/或相关性不确定的期权的超复制问题进行了数值试验,包括与[7]中提出的替代方案的数值结果进行了详细比较。关键词:倒向随机微分方程,控制随机化,HJB方程,不确定波动率,经验回归,蒙特卡罗。理学硕士分类:60H10、65Cxx、93E20。*作者的研究得益于法国ANR研究基金LIQUIRISK(ANR-11JS01-0007)的支持。1引言1引言考虑以下一般汉密尔顿-雅可比-贝尔曼(HJB)方程:五、t+supa∈A.b(x,a)。Dxv+trσσ(x,a))Dxv+ Fx、 a,v,σ(x,a)。Dxv= 0,(t,x)∈ [0,T)×Rd(1.1)v(T,x)=g(x),x∈ 其中RDA是Rq的有界子集。
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2022-5-5 05:11:14
众所周知,HJB方程(1.1)是以下随机控制问题的动态规划方程:v(t,x)=supα∈AEt,x“^Ttf(xαs,αs)ds+g(xαT)#(1.2)dXαs=b(xαs,αs)ds+σ(xαs,αs)dwsMover,在[9]中证明,该HJB方程允许通过具有非正跳的BSDE的概率表示。我们回顾一下这种构造。在R+×a上引入泊松随机测度ua(dt,da),其有限强度测度λa(da)dt与标记的点过程(τi,ζi)相关i、 独立于W,考虑纯跳跃过程(It)t,用A表示,定义如下:It=ζi,τi≤ t<τi+1,并解释为对照过程sα的随机化。接下来,考虑不受控制的前向体制切换扩散过程dxs=b(Xs,Is)ds+σ(Xs,Is)dWs。观察配对过程(X,I)是马尔可夫过程。现在,考虑以下带跳跃的BSDE w.r.t.布朗泊松滤波F=FW,uA=(Ft)0≤T≤T.Yt=g(XT)+^Ttf(Xs,Is,Ys,Zs)ds-^TtZsdWs-^Tt^AUs(a)~ua(ds,da)(1.3),其中|ua是ua的补偿度量。最后,我们将BSDE(1.3)的跳跃分量限制为非正,即Ut(a)≤ 0,dP dt λ(da)a.e.我们用a>0表示Rq的比较集a的上界,即| a |≤“A代表所有A”∈ A、 我们假设如下:1。函数b和σ是Lipschitz:存在Lb,σ>0 s.T.| b(x,a)- b(x,a)|+σ(x,a)- σ(x,a)|≤ Lb,σ|十、- x |+| a- a|,对于所有的x,x∈ Rd,a,a∈ A.2。
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2022-5-5 05:11:18
函数f和g是Lipschitz连续的:存在Lg,Lf>0 s.T.| g(x)- g(x)|≤ Lg | x- x | | f(x,a,y,z)- f(x,a,y,z)|≤ Lf(|x)- x |+| a- a |+| y- y |+| z- z |),对于所有x,x∈ Rd,a,a∈ A.2回归模式在这些条件下,我们考虑以下约束BSDE的最小解(Y,Z,U,K):Yt=g(XT)+^Ttf(Xs,Is,Ys,Zs)ds-^TtZsdWs(1.4)+KT- Kt-^Tt^AUs(a)~ua(ds,da),0≤ T≤ T,a.s.受约束T(a)≤ 0,dP dt λ(da)a.e.开Ohm ×[0,T]×A(1.5)通过(Xt,It)的马尔可夫过程,存在一个确定性函数y=y(T,x,A),使得(1.4)-(1.5)的最小解为y=y(T,Xt,It),0≤ T≤ T定理1.1。[9] y=y(t,x,a)不依赖于a:y=y(t,x),是HJB方程(1.1)的粘度解:Yt+supa∈A.b(x,a)。Dxy(t,x)+trσσ(x,a)Dxv(t,x)+ Fx、 a,y,σ(x,a)Dxy= 0(t,x)∈ x(x,T)=∈rNow,本文的目的是提供一个数值格式来计算约束B SDE(1.4)-(1.5)解的近似值。根据定理1.1,这将提供一般HJB方程(1.1)的近似解,该方程包括方程(1.2)中描述的随机控制问题,即基础扩散的漂移和波动都可以控制的问题,包括退化扩散系数。以下是后续章节的概要。首先,第2节描述了我们的方案。我们从[8]中提出的问题的时间离散化开始,该问题给出了一个反向方案,该方案涉及模拟正向区域切换过程(X,I),因此利用了蒙特卡罗方法的高维特性。
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2022-5-5 05:11:21
实现可实施方案的最后一步是近似该方案产生的条件期望。这里我们使用经验最小二乘回归,因为这种方法以最优控制的反馈形式提供参数估计。本文对这种近似的影响进行了部分分析,并强调了进行全面分析的剩余障碍。然后,第三节对各种例子进行了数值试验。利用我们方案的可能性的主要应用是在不确定波动性和(多维索赔)相关性下对未定权益进行定价和分类的问题。本节最重要的部分专门讨论这个特定的应用。据我们所知,唯一能处理连续控制和受控波动性的HJB方程的MonteCarlo格式在[7]中有描述,其中它们利用了BSDE的另一种推广,即二阶BSDE。因此,我们将我们方案的性能与他们论文中提供的结果进行了比较。最后,第四部分对全文进行总结。2回归模式定义了区间[0,t]的确定性时间网格π:={0=t<…<tN=t},网格|π|:=max0≤我我在这里i:=ti+1- ti。用Ei[.]表示:E[.| Fti]=E[.| Xi,Ii]。构造的SDE(1.4)-(1.5)的离散化可写为:YN=g(XN)iZi=Ei易建联+1W我Yi=Ei[Yi+1+f(Xi,Ii,Yi+1,Zi)i] Yi=ess supa∈AEi,a[Yi](2.1)2.1本地化2回归模式,其中Ei,a[.]:=E[.| Xi,Ii,Ii=a]=E[.|Xi,Ii=a]。首先,根据(Xi,Ii)1的马尔可夫性质≤我≤N、 存在确定性函数Yi和Zi,使得(Yi,Zi)=(Yi(Xi,Ii),Zi(Xi,Ii))。
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2022-5-5 05:11:24
因此,Yi和zin可以被视为BSDE(1.4)-(1.5)(Yi,Zi)=(Yi(Xi),Zi(Xi))离散时间近似的中间量,这不依赖于Ii。在形式上,跳跃约束(1.5)表示yi(Xi,a)- 易(Xi)=Ut(a)≤ 0 a.s.,这意味着最小解满足Yi=Yi(Xi)=ess supa∈Ayi(Xi,A)=ess supa∈AEi,a[Yi]。此外,如果需要,还可以从该计划中提取资金。事实上,这意味着*= 阿吉斯苏帕∈AEi,a[Yi],即Yi=Ei,a*[Yi],然后Zi=Zi(Xi)=Zi(Xi,a*).最后,请注意数值格式(2.1)是明确的,因为我们选择将Yi定义为Yi+1的函数,而不是Yi的函数。[8]详细研究了离散格式(2.1)的解向约束BSDE(1.4)-(1.5)解的收敛性。在本文中,我们从离散版本(2.1)开始,并从中导出一个可实现的方案。实际上,离散方案(2.1)通常不容易实现,因为它涉及无法显式计算的条件预期。因此,在实践中有必要近似这些条件期望。这里我们遵循经验回归法([10,3,6,18,1])。在我们的上下文中,由于易于实现,这种选择的强大优势在于,与其他标准方法不同,它为最优控制提供了一个参数反馈估计α(t,Xt)。这个想法是用经验回归代替(2.1)中的条件预期。本节致力于分析这种替换产生的错误。2.1本地化第一步是对离散BSDE(2.1)进行本地化,也就是说,对其进行压缩,使其能够容纳一个独立的BSDE。s、 确定性界限。介绍RX∈ Rd+和Rw∈ R+并定义以下对Xiand的截断Wi:[Xi]X:=-RX∨十一∧ RX={-R1,X∨ X1,我∧ R1,X。
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