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2022-05-09
英文标题:
《On the Solution of the Multi-asset Black-Scholes model: Correlations,
  Eigenvalues and Geometry》
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作者:
Mauricio Contreras, Alejandro Llanquihu\\\'en and Marcelo Villena
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最新提交年份:
2015
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英文摘要:
  In this paper, we study the multi-asset Black-Scholes model in terms of the importance that the correlation parameter space (equivalent to an $N$ dimensional hypercube) has in the solution of the pricing problem. We show that inside of this hypercube there is a surface, called the Kummer surface $\\Sigma_K$, where the determinant of the correlation matrix $\\rho$ is zero, so the usual formula for the propagator of the $N$ asset Black-Scholes equation is no longer valid. Worse than that, in some regions outside this surface, the determinant of $\\rho$ becomes negative, so the usual propagator becomes complex and divergent. Thus the option pricing model is not well defined for these regions outside $\\Sigma_K$. On the Kummer surface instead, the rank of the $\\rho$ matrix is a variable number. By using the Wei-Norman theorem, we compute the propagator over the variable rank surface $\\Sigma_K$ for the general $N$ asset case. We also study in detail the three assets case and its implied geometry along the Kummer surface.
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中文摘要:
本文从相关参数空间(相当于一个N维超立方体)在定价问题求解中的重要性出发,研究了多资产Black-Scholes模型。我们证明,在这个超立方体内部有一个曲面,叫做Kummer曲面$\\Sigma_K$,其中相关矩阵$\\rho$的行列式为零,因此,$N$asset Black-Scholes方程的传播子的常用公式不再有效。更糟糕的是,在这个表面之外的一些区域,$\\rho$的行列式变为负,所以通常的传播子变得复杂和发散。因此,在$\\Sigma_K$之外的这些地区,期权定价模型没有得到很好的定义。相反,在Kummer曲面上,$\\rho$矩阵的秩是一个可变数。利用Wei-Norman定理,我们计算了一般$N$资产情况下变秩曲面$\\Sigma_K$上的传播子。我们还详细研究了三资产情况及其沿Kummer曲面的隐含几何。
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分类信息:

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 06:54:11
关于多资产Black Scholes模型的解:相关性、特征值和几何。孔特雷拉斯+,A.兰基胡恩*和M.Villena+2015年10月12日关键字:多资产Black-Scholes方程,Wei-Norman定理,相关矩阵特征值,Kummer曲面,传播子。本文从相关参数空间(相当于N维超立方体)在定价问题求解中的重要性出发,研究了多资产Black-Scholes模型。我们证明了在这个超立方体内部有一个称为Kummer曲面∑K的曲面,其中相关矩阵ρ的行列式为零,因此N asset Black-Scholes方程的传播子的常用公式不再有效。更糟糕的是,在这个表面之外的一些区域,ρ的行列式变为负值,所以通常的传播子变得复杂而发散。因此,对于∑K以外的区域,期权定价模型没有很好的定义。相反,在Kummer曲面上,ρ矩阵的秩是一个变量。利用Wei-Norman定理,计算了一般N资产情形下变秩曲面∑k上的传播算子。我们还详细研究了Three assets情形及其沿Kummer曲面的隐含几何。1简介自Black、Scholes和Merton关于期权定价的开创性工作(见[1]和[2])以来,已经制定了一项重要的研究议程。这项研究主要集中在将基本的Black和Scholes模型扩展到众所周知的经验规律,希望提高著名公式的预测能力,例如参见[3]、[4]、[5]、[6]。一个有趣的扩展是许多基础资产的建模,这被称为多资产Black-Scholes模型[3],[7]。在这种情况下,期权价格满足一个包含许多相关资产的扩散方程。
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2022-5-9 06:54:14
Margrabe(1978)在文献中首次提出了这个问题,见[11]。保证金公式考虑了一种交换期权,其所有者有权(而非义务)在特定时间点将一种资产的b单位交换为另一种资产的b单位。具体而言,Margrabe通过将一项基础资产作为计分法,然后应用Black和Scholes标准,推导出了期权的封闭式表达式*智利安德烈斯贝洛大学科学研究院+智利阿道夫·伊瓦涅斯大学工程与科学研究院。后来,Stulz[12]发现了欧洲看跌期权和看涨期权的解析公式,即两种风险资产的最小值或最大值。在这种特殊情况下,解用二元累积标准正态分布表示,当期权的执行价格为零时,该值降低为边际定价。在这篇文献中,其他有趣的论文有[13]、[14]、[15]、[16]、[17]、[18]。对于具有三种以上资产的模型,多资产Black-Scholes模型解的数值实现越来越困难,例如参见[8]、[9]、[10]。文献中忽略的一个重要点是,在上面提到的所有多资产Black-Scholes模型中,资产之间的关系是由它们的相关性建模的,因此隐式地假设,为了得到有效的解,必须存在行为良好的多变量高斯分布。本文从关联参数空间(相当于N维超立方体)在期权定价问题求解中的重要性出发,研究了多资产Black-Scholes模型。
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2022-5-9 06:54:17
我们证明了在这个超立方体内部有一个曲面,称为Kummer曲面∑K[19],[20],[21],[22],其中相关矩阵ρ的行列式为零,因此在∑K上,N资产Black-Scholes方程的传播子的常用公式不再有效。更糟糕的是,在这个曲面之外,ρ的行列式变为负值,所以通常的传播子变得复杂而发散。因此,对于∑K以外的一些地区,期权定价模型没有很好地定义。在∑K上,ρ矩阵的秩是一个可变数,取决于相关参数所在的Kummer曲面的哪个扇区。利用Wei-Norman定理[23]、[24]、[25]、[26],我们发现了N种情况下Kummer曲面∑K上的传播子。无论ρ矩阵秩在∑K上的值是什么,我们的表达式都是有效的。第2节介绍了传统的多资产Black Scholes模型。在第3节中,问题被表述为一个N维扩散方程。第四节分析了相关矩阵空间的隐含几何,特别是当其行列式为零时,它与代数几何中的Kummer曲面重合。第4.1节针对三种资产的特殊情况,对Kummer曲面及其几何结构进行了审查。在第五节中,利用魏诺曼定理,计算了一般N资产的变秩曲面∑k上的传播子。最后,第6.2节给出了一些结论和未来的研究。多资产Black-Scholes模型考虑了由一个期权和N个标的资产组成的投资组合。
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2022-5-9 06:54:22
让我们了解资产的价格过程;i=1。。。N其中,每项资产满足通常的动态Si=αiSidτ+σiSidWi(1)i=1。。。N和N个维纳过程根据widwj=ρijdτ(2)进行关联,其中ρ是对称矩阵ρ=1ρρ··ρ1Nρ1ρρ··ρ2N。。。。。。。。。。。。ρ1Nρ2Nρ3Nρ4N··1(3) 所以我们有dSdSj=σiσjSiSjρijdτ(4)如果期权的价格过程是∏=∏(S,S2,…Sn,τ),那么投资组合的价值V由V=给出-xiiSi(5)在哪里i计算投资组合中每项资产的份额。自我融资的投资组合条件确保了RestHatdv=d∏-xiidSi(6)及其在∏one-getsdV引理中的应用=Πτdτ+XiΠSidSi+Xi,jΠ硅SjdSidSj-xidSi(7)根据[3],对于N个资产的自由套利集,投资组合的回报率isdV=rVdτ(8),并且从等式(7)和(8)中得出:Πτdτ+XiΠSi(αiSidτ+σiSidWi)+Xi,jΠ硅SjσiσjSiSjρijdτ-xii(αiSidτ+σiSidWi)=r∏-xiiSi!dτ(9)在上述等式中收集dτ和dwiterm,得到:Πτ+XiΠSiαiSi+Xi,jΠ硅SjσiσjSiSjρij-xiiαiSi- RΠ -XjjSj= 0(10)和xiΠSiσiSi- iσiSi方程(11)中的dWi=0(11),考虑到Wi的独立性,我们可以说对于i=1。。。NΠSiσiSi- iσiSi=0(12)或等效值我=ΠSi(13)得出了多资产Black-Scholes方程Πτ+Xi,jΠ硅SjσiσjSiSjρij+rXjSjΠSj- Π= 对于常数r,αi,σi和简单的未定权益Φ,0(14)必须与最终条件∏(~S,T)=Φ(~S)相结合。3多资产Black-Scholes方程作为一个N维扩散方程,这里发展了一些变换,将多资产期权定价方程映射到更简单的扩散方程中。
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2022-5-9 06:54:25
如果对变量sxi=ln(Si)进行更改-(r)-σi)τ(15)在(14)中,我们可以把这个方程映射到Πτ+Xi,jσiσjρijΠxixj- r∏=0至少如果一个人将ψ定义为∏(~x,τ)=e-r(T)-τ) ψ(~x,τ)(16)则ψ满足方程Ψτ+Xi,jσiσjρijΨxixj=0现在,通过定义变量χi=xiσi(17),上述方程可以写成Ψτ+Xi,jρijΨχiχj=0,最后,通过定义向前时间坐标=T- τ(18)一个到达Ψt=Xi,jρijΨχiχj(19)现在执行转换~ζ=U-1~χ(20)可以将χk变量更改为ζk坐标,从而使ρ矩阵xd=U对角化-1ρU(21),其中d=diag(λ,λ,…λN)(22),U是变化基矩阵,其中U-1=Ut,det(U)=1。(x,y,z)变量的U-matrixin项的显式形式非常复杂,我们没有显式地编写它。在这个对角线坐标系中,扩散方程的读数为Ψt=NXi=1λiΨζi(23)现在我们根据特征值λi的行为来研究这个方程。4ρ矩阵的几何结构(3)中的ρ矩阵可以完全表征为M=N(N-1) 维向量r=(ρ,ρ,ρ,…,ρ(N)-1) N)- 1.≤ ρij≤ 1(24)位于以原点为中心的M维超立方体内部,长度为2。因此,ρ矩阵是~r的函数:ρ=ρ(~r)。注意,对于超立方体内部的某个点~r,ρ矩阵的确定值消失。例如,对于顶点~r=(1,1,1,…1)=> det(ρ)=0(25)实际上,在超立方体内部存在一个完整的曲面,其中ρ的行列式消失。
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