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1006 19
2022-05-09
英文标题:
《A computational spectral approach to interest rate models》
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作者:
Luca Di Persio and Michele Bonollo and Gregorio Pellegrini
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最新提交年份:
2015
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英文摘要:
  The Polynomial Chaos Expansion (PCE) technique recovers a finite second order random variable exploiting suitable linear combinations of orthogonal polynomials which are functions of a given stochas- tic quantity {\\xi}, hence acting as a kind of random basis. The PCE methodology has been developed as a mathematically rigorous Uncertainty Quantification (UQ) method which aims at providing reliable numerical estimates for some uncertain physical quantities defining the dynamic of certain engineering models and their related simulations. In the present paper we exploit the PCE approach to analyze some equity and interest rate models considering, without loss of generality, the one dimensional case. In particular we will take into account those models which are based on the Geometric Brownian Motion (gBm), e.g. the Vasicek model, the CIR model, etc. We also provide several numerical applications and results which are discussed for a set of volatility values. The latter allows us to test the PCE technique on a quite large set of different scenarios, hence providing a rather complete and detailed investigation on PCE-approximation\'s features and properties, such as the convergence of statistics, distribution and quantiles. Moreover we give results concerning both an efficiency and an accuracy study of our approach by comparing our outputs with the ones obtained adopting the Monte Carlo approach in its standard form as well as in its enhanced version.
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中文摘要:
多项式混沌展开(PCE)技术利用正交多项式的适当线性组合来恢复有限的二阶随机变量,这些正交多项式是给定随机量{\\xi}的函数,因此充当一种随机基。PCE方法是一种数学上严格的不确定性量化(UQ)方法,其目的是为定义某些工程模型及其相关模拟动态的一些不确定物理量提供可靠的数值估计。在本文中,我们利用PCE方法来分析一些考虑了一维情况的权益和利率模型,但没有失去一般性。特别是,我们将考虑那些基于几何布朗运动(gBm)的模型,例如Vasicek模型、CIR模型等。我们还提供了一些数值应用和结果,讨论了一组波动率值。后者使我们能够在大量不同的场景中测试PCE技术,从而对PCE近似的特征和属性,如统计、分布和分位数的收敛性,提供了一个相当完整和详细的研究。此外,我们还通过将我们的结果与采用蒙特卡罗方法的标准形式和增强形式得到的结果进行比较,给出了我们的方法的效率和准确性研究的结果。
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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:Quantitative Finance        数量金融学
二级分类:Mathematical Finance        数学金融学
分类描述:Mathematical and analytical methods of finance, including stochastic, probabilistic and functional analysis, algebraic, geometric and other methods
金融的数学和分析方法,包括随机、概率和泛函分析、代数、几何和其他方法
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2022-5-9 02:44:47
利率模型的计算谱方法维罗纳大学计算机科学系斯鲁卡·迪佩尔西奥·格雷戈里奥·佩莱格里尼(Sluca Di Persio Gregorio Pellegrini)意大利卢卡州维罗纳市斯特拉达·勒·格拉齐15号,37134。dipersio@univr.itgregorio.pellegrini@univr。意大利米兰米歇尔博诺洛亚松有限公司和意大利米歇尔卢卡圣弗朗切斯科广场IMT卢卡19号55100。bonollo@imtlucca.itOctober关键词和短语:多项式混沌展开、正交多项式、谱方法、计算技术、非侵入谱投影、蒙特卡罗方法、模拟、随机微分方程、利率模型、Vasicek模型、CIR模型、股票价格、股票、估计。摘要多项式混沌展开(PCE)技术利用正交多项式的适当线性组合来恢复有限的二阶随机变量,这些正交多项式是给定随机量ξ的函数,因此充当一种随机基。PCE方法是一种数学上严格的不确定性量化(UQ)方法,旨在为某些不确定物理量提供可靠的数值估计,以确定某些工程模型及其相关模拟的动态。在本文中,我们利用PCE方法来分析一些权益和利率模型,考虑到一维情况,而不丧失一般性。特别是,我们将考虑基于几何布朗运动(gBm)的模型,例如Vasicek模型、Chir模型等。我们还提供了一些数值应用和结果,讨论了一组波动值。
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2022-5-9 02:44:50
后者使我们能够在一组相当大的差异样本上测试PCE技术,从而对PCE近似的特征和性质,如统计、分布和分位数的收敛性,提供了一个相当完整和详细的研究。此外,我们还通过将我们的结果与采用蒙特卡罗方法在其标准形式及其增强版本中获得的结果进行比较,给出了我们的方法的效率和准确性研究的结果。本文提出了一种多项式混沌展开(PCE)方法来求解以下随机微分方程(SDE)dXt=r(t,Xt)dt+σ(t,Xt)dWt(1),其中Xis是未知随机过程Xt的初值,项r(t,Xt)分别为:。σ(t,Xt)表示漂移,分别为。这一过程的波动性是一个标准的布朗运动,我们将其视为某个特定的有限时间T>0,并将其作为参考,同时考虑一些基础资产的财务设置,如到期时间。
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2022-5-9 02:44:53
根据[17,第4.5节],如果系数r(t,x)和σ(t,x)足够光滑,那么我们就有(1)的解的存在性和唯一性。从数值的角度来看,在对一大类SDE的解进行数值近似的最流行且最简单的方法中,有所谓的蒙特卡罗(MC)方法,其主要基于(1)中布朗运动独立增量的伪随机抽样,参见,例如,[17,第9章],[21,第3章]和其中的参考文献。PCE技术基于一种完全不同的方法,即它通过概率空间的多项式基来表示解,其中(1)的解在特定时间T被定义,更多细节参见,例如[20,第3章]。严格来说,PCE通过函数的线性组合来恢复随机变量,这些函数的中心是已知的随机变量,称为芽或基本变量。有几种方法可用于计算这些系数。特别是,我们选择了非侵入性光谱投影(NISP)方法,该方法采用了一组确定性实现,有关更多详细信息,请参见[20,第3章]。此外,Doss在[34]中发展的理论允许我们应用NISP,避免NISP方法中不可行的数值问题,从而得到(1)的数值解。最初,多项式混沌思想是由诺伯特·维纳(Norbert Wiener)在其1938年的论文[30]中提出的,他在论文中应用了他的广义谐波分析,例如[31]。然后,P.D.Spanos和R.G.Ghanem在[22,第2.4节,第3.3.6小节]中将PCE方法与有限元方法相结合,以计算存在不确定参数时的偏微分方程解。之后,后一种方法被应用于多个框架中,例如。
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2022-5-9 02:44:57
关于概率化学反应的模拟,见[3],关于随机最优轨迹的生成,见[4],关于灵敏度分析,见[5],为了确定具体的数值方法,见[6],以及关于工程和计算流体动力学(CFD)中出现的一系列相当大的问题,见[20,第6章],[7,8]和其中的参考文献。我们的分析集中在三个著名的一维SDE上,其解分别与几何布朗运动权益模型有关,见[10,第11章,第3节],与瓦西塞克模型有关,见[11],与考克斯,英格索尔,罗斯(CIR)利率模型有关,见[12]。我们还参考[13,第3章,第3.2.3节],了解上述模型的更多细节和参考资料。为了与已经获得的结果进行详尽的比较,例如,通过使用蒙特卡罗方法,针对一组三种不同的波动率值,即σ={15%,25%,30%},对每个引用的财务模型进行了PCE近似。此外,我们还分析了均值和方差对分析值的收敛性,以及CE近似的分布和两个分位数,为PCE机器提供了广泛的测试平台。为了展示PCE方法的优势,我们将PCE实施的结果与使用标准蒙特卡罗(MC)和准蒙特卡罗(QMC)技术获得的结果进行了比较。前者基于伪随机抽样,其收敛性基本上依赖于大数定律和中心极限定理。
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2022-5-9 02:45:00
后者使用低离散度序列来模拟过程,理论上基于Koksma Hlawka不等式,参见[9],该不等式为涉及QMC方法的计算提供了误差范围,参见[21,第5章]。我们想强调的是,前两种情况,即gBm模型和Vasicek模型,是有意义的,因为它们对相关SDE有一个解析解,因此我们对应用于它们的PCE方法的收敛性进行了严格研究。在CIR的情况下,由于我们没有分析解,PCE技术的应用也允许我们对相关近似解的收敛性进行一些考虑。本文的组织结构如下:第一节在一般情况下描述了PCE方法,第二节讨论了NISP方法。第3节指出了如何应用PCE,通过使用求解(1)的常用数值方法来分解所考虑的SDE的解,以及如何在PCE近似设置中应用DOSS理论。在第4、5、6节中,我们从Doss理论的角度考虑了CE技术的数值应用,以分别近似gBm股票模型、Vasicek模型和CIR模型的解。在第7节中,我们从准确性和计算时间成本的角度概述了每种模型的PCE结果。1多项式混沌展开集(Ohm, ∑,P)是概率空间,其中Ohm 是基本事件的集合,∑是Ohm P是∑的概率测度。让我们考虑标量实值随机变量L的希尔伯特空间(Ohm, ∑,P),其泛型元素是定义在(Ohm, ∑,P),这样e[X]=ZOhmX(ω)dP(ω)<+∞ .注意,对于Lebesgue空间,元素X∈ L(Ohm, ∑,P)是等价的随机变量类。
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