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2020 13
2022-05-11
英文标题:
《High order finite difference schemes on non-uniform meshes for the
  time-fractional Black-Scholes equation》
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作者:
Yuri M. Dimitrov, Lubin G. Vulkov
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最新提交年份:
2016
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英文摘要:
  We construct a three-point compact finite difference scheme on a non-uniform mesh for the time-fractional Black-Scholes equation. We show that for special graded meshes used in finance, the Tavella-Randall and the quadratic meshes the numerical solution has a fourth-order accuracy in space. Numerical experiments are discussed.
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中文摘要:
我们在非均匀网格上构造了时间分数阶Black-Scholes方程的三点紧致差分格式。我们证明,对于金融领域使用的特殊梯度网格、Tavella Randall网格和二次网格,数值解在空间上具有四阶精度。对数值实验进行了讨论。
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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:Computer Science        计算机科学
二级分类:Computational Engineering, Finance, and Science        计算工程、金融和科学
分类描述:Covers applications of computer science to the mathematical modeling of complex systems in the fields of science, engineering, and finance. Papers here are interdisciplinary and applications-oriented, focusing on techniques and tools that enable challenging computational simulations to be performed, for which the use of supercomputers or distributed computing platforms is often required. Includes material in ACM Subject Classes J.2, J.3, and J.4 (economics).
涵盖了计算机科学在科学、工程和金融领域复杂系统的数学建模中的应用。这里的论文是跨学科和面向应用的,集中在技术和工具,使挑战性的计算模拟能够执行,其中往往需要使用超级计算机或分布式计算平台。包括ACM学科课程J.2、J.3和J.4(经济学)中的材料。
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2022-5-11 05:36:50
时间分馏Black-Scholes方程非均匀网格上的高阶有限差分格式,Bulgariaymdimitrov@uni-诡计。bg,lvalkov@uni-诡计。BG摘要。我们构造了一个非均匀网格上的三点紧致有限差分格式,用于时间分馏的Black-Scholes方程。我们表明,对于金融中使用的特殊梯度网格、Tavella Randall网格和二次网格,数值解在空间上具有四阶精度。讨论了数值实验。期权价格的Black-Scholes-Merton模型是金融数学中的一个重要模型。自70年代初发现以来,它已被广泛应用于实践中,并通过分析和计算方法进行了严格研究。用V表示的期权价值取决于标的资产的当前市场价值,以及期权到期前的剩余时间:V=V(s,t)。Black-Scholes方程(BS)是一个时间倒向抛物方程[1]LV:=五、t+σs五、s+(r)- d) s五、s- rV=0,(1)式中σ是资产价格的年度波动率,r是风险利率,d是股息收益率,T是到期日(T=0表示“今天”)。由于金融市场的复杂性,为了根据市场状况提高其准确性,对模型提出了许多改进和修改。在期权价格的分数模型中,期权价格随时间的变化是一个分数传输系统。
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2022-5-11 05:36:53
该假设意味着从当前时间t到到期日t的每单位时间内期权价格y(s,t)的总流动率,以及期权价格V(s,t)满足度ztty(s,t′)dt′=sdf-1ZTtH(t′)- t) [V(s,t′)- V(s,T)]dt′(2)其中H(T)是传输函数,dfi是fr作用传输系统的hausdorff维。正如[13]所指出的,(2)的本质是一个观测方程,其中明确提到了分形结构上期权价格扩散过程的历史。我们进一步假设扩散集是基础分形,传递函数H(t)=AαΓ(1-α) tα,其中Aα和α是常数,α是透射系数。现在,通过对(2)关于t的微分,我们得到(s,t)=sdf-1ddtZTtH(t′)- t) [V(s,t′)- V(s,T)]dt′。(3) 另一方面,根据BS方程,我们有y(s,t)=σs五、s+(r)- d) s五、s- rV与(3)结合产生[13]αsdf-1.αVtα+σs五、s+(r)- d) s五、s- rV=0,(4)其中αVtα是经修改的Riemann-Liouville导数,定义为αVtα=Γ(n- α)NtnZTtV(s,t′)- V(s,T)(T′)- t) 1+α-n的ndt′- 1.≤ α<n.当α=1且在函数V(s,t)的自然条件下,修正的黎曼-刘维尔导数αVtα等于偏导数五、坦然αV当0<α<1[8]时,tα等于卡普托导数αVtα=Γ(1)- α)tZTtV(s,t′)- V(s,T)(T′)- t) αdt′=Γ(1)- α) ZTtVt(s,t′)(t′)- t) αdt′。因此,当α=df=1和α=1时,方程(4)将ms转换为(1)。为了与基准B lack-Scholes模型保持一致,在[13]之后,我们假设Aα=df=1。事实上,下面描述的紧凑差分近似(9)可以很容易地扩展到α和df的其他值。在过去的十年中,大量的工作都致力于开发高密度或低密度的方案,这些方案利用与中心节点直接相邻的网格节点。
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2022-5-11 05:36:56
[10]中构造了时间分形平流扩散方程的均匀空间网格上的三点紧致有限差分模式。非均匀mes hes提高了方程(4)数值解的效率,该方程在s=0[5,7,6,2]时有二阶退化。本文的目标是在空间非均匀网格上构造一个时间分数Black-Scholes(TFBS)方程(6)和时间分数Black-Scholes方程(7)的高阶三点紧有限差分格式。论文的概要如下。在第二节中,我们介绍并分析了非均匀网格上二阶导数的四阶紧致近似(5)。在第3节中,我们使用近似(5)为金融中使用的特殊非均匀网格上的TFBSD方程构造了一个紧凑的有限差分格式,并给出了测试示例的数值实验结果。非均匀网格上的紧致逼近非均匀网格常用于微分方程的数值解,特别是奇异解方程的数值解,以提高数值方法的精度。最常用的网格金融是Tavella-Randall网格,该网格以惊人的价格s=K解决了BS方程初始条件奇异性的影响。设φ(x)为区间[0,1]上的递增函数,取值为φ(0)=s-和ν(1)=s+。用MN={xn=nh}Nn=0表示区间[0,1]上的均匀网,其中h=1/N,N为正整数。我们使用函数ν在间隔上定义非均匀网格MN~n-, s+]byMN~n={sn=~n(xn)|n=0,1,···,n}。网格MNа具有非均匀网格步长hn=sn+1- sn。
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2022-5-11 05:36:59
当函数φ是具有有界导数的可微分函数时,我们使用平均值theoremhn=sn+1确定网格步长上的界- sn=а(xn+1)- ψ(xn)=hа′(yn),其中yn∈ (xn,xn+1)。网格MN~n的子区间的最大长度以函数的一阶导数的最大值为界≤马克斯∈[0,1]~n′(x)h、 金融中的非均匀网格Black-Scholes方程是一个重要的实际应用方程,其数值解和解析解是一个活跃的研究课题。由于BS方程的奇异性及其非光滑初始条件,其数值解的计算是一个有趣的问题。为了克服s=0和s=K点数值解的不足,使用了BS方程数值解的非均匀网格[5,7,6,2,4]。本文讨论了在Tavella Randall和二次非均匀网格上TFBSD方程的四阶精确三点紧致差分近似Tavella-Randall非均匀网格MT Rλ,Kon区间[s]-, s+]sn=s*+ λs inhC1.-nN+ cnN, 在哪里-< s*< s+,c=sinh-1.s-- s*λ, c=s inh-1.s+- s*λ.参数λ决定网格的均匀性区间[s]上的二次非均匀网格-, s+]sn=s-+nNs+- s-, 嗯=2n+1Ns+- s-.Tavella Randal和区间[0,S]上的二次网格定义为函数φQ(x)=Sx,φλ,K(x)=K+λsinh(cx+c),其中c=sinh-1.s- Kλ+ 信义-1.Kλ, c=- 信义-1.Kλ.图1。Tavella-Randall网格MT和q uadratic网格Mq在K=20和N=15的区间[0,40]上的图形。双曲正弦函数是一个n奇增函数,在区间[0,S]上具有有界的一阶导数和二阶导数。
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2022-5-11 05:37:02
反双曲正弦函数用自然对数函数sinh表示-1x=lnx+px+1.当x=-c/c和а′λ,K(-c/c)=λc。Tavella-Randall网格的小区间长度约为λch=λh信义-1.s-Kλ+ 信义-1.Kλ,λch=λh自然对数s- Kλ+s1+s- Kλ+ 自然对数Kλ+s1+Kλ.根据(1+y)1/2和ln(1+y)的二项式和泰勒展开式,我们得到了o当λ较大时λch≈ λh自然对数1+S- Kλ+ 自然对数1+Kλ≈ λhs- Kλ+Kλ= Sh.o当λ很小时λch≈ λhln2(S)- K) λ+ln2Kλ≈ λh(4k(S)- (K)- 2 lnλ)。功能-λlnλ→ λ时为0→ 0.当λ较大时,Tavella-Randall网格几乎均匀;当λ较小时,网格高度不均匀。四阶紧近似二阶导数的中心差近似在统一网格上具有二阶精度。根据泰勒展开公式,我们可以确定非均匀网格的三点模板上二阶导数的二阶精确近似值[6],该非均匀网格满足表1的条件。现在我们确定非均匀mes h上二阶导数的紧致近似,如下式DNF′n-1+f′n+enf′n+1=anfn-1+bnfn+cnfn+1+En。(5) 从sn点的泰勒展开式出发,将fn、f′n、f′n、f′n和f(4)n的系数设为零,我们得到了系数an、bn、cn、dn、en的方程组,an+bn+cn=0,cnhn- 安-1=0,anhn-1+cnhn- dn- EN- 1=0,cnhn- 安-1+dnhn-1.- enhn=0anhn-1+cnhn-dnhn-1+enhn=0。设Dn=hn-1+3hn-1hn+hn。
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