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2022-05-25
英文标题:
《Pathwise Iteration for Backward SDEs》
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作者:
Christian Bender, Christian Gaertner, Nikolaus Schweizer
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最新提交年份:
2016
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英文摘要:
  We introduce a novel numerical approach for a class of stochastic dynamic programs which arise as discretizations of backward stochastic differential equations or semi-linear partial differential equations. Solving such dynamic programs numerically requires the approximation of nested conditional expectations, i.e., iterated integrals of previous approximations. Our approach allows us to compute and iteratively improve upper and lower bounds on the true solution starting from an arbitrary and possibly crude input approximation. We demonstrate the benefits of our approach in a high dimensional financial application.
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中文摘要:
我们介绍了一种新的数值方法来求解一类随机动态规划,这些规划是作为倒向随机微分方程或半线性偏微分方程的离散化而出现的。数值求解此类动态程序需要近似嵌套条件期望,即先前近似的迭代积分。我们的方法允许我们从任意且可能粗糙的输入近似开始计算并迭代改进真实解的上下界。我们在高维金融应用程序中演示了我们的方法的好处。
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分类信息:

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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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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2022-5-25 07:55:10
反向SDEsChristian Bender、Christian G¨artner和Nikolaus Schweizer的路径迭代2018年11月10日摘要我们为一类随机动力学程序介绍了一种新的数值方法,该程序作为反向随机微分方程或半线性偏微分方程的离散化。数值求解此类动态程序需要近似嵌套条件期望,即前一近似的迭代整数。我们的方法允许我们计算并迭代改进truesolution的上下界,从任意的原始输入近似开始。我们在高维金融应用中展示了我们的方法的好处。关键词:倒向随机微分方程、动态规划、迭代改进、蒙特卡罗科目分类:65C5、65C30、49L20、93E20、93E241简介开发美式期权定价的数值方法,即最优停止问题,是计算金融领域最专业和最发达的领域之一。我们将一些已有的数值工具从最优停止推广到一类凸随机动力规划方程。应用包括后向随机微分方程(BSDE)的时间离散化方案,或者相当于[22],非线性为凸(或凹)的半线性偏微分方程(PDE)的离散化方案。在这些问题中,数值挑战源自条件期望算子的高阶嵌套:给定时间步的近似依赖于所有未来时间步近似上的迭代积分。维数灾难使得许多数值方法在这种情况下不可行。这包括(嵌套的)蒙特卡罗的朴素实现。
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2022-5-25 07:55:13
当从最佳停止移动到BSDE或半线性偏微分方程时,当需要近似导数时,会出现更大的数值挑战。我们的主要贡献是一种路径迭代方法,它以动态规划方程的近似解作为输入,然后构造真解的上下界。迭代地将这些边界对应的超分辨率和亚分辨率作为输入,可以重新定义初始边界。因此,即使是粗略的输入近似值,萨兰大学数学系,Postfach 151150,D-66041 Saarbr¨ucken,Germany,bender@math.uni-某人。de;gaertner@math.uni-某人。de.感谢德意志联邦储备银行(Deutsche Forschungsgemeinschaft)在BE3933/5-1赠款下提供的财政支持。杜伊斯堡-埃森大学,洛塔斯特墨卡托管理学院。尼古拉斯杜伊斯堡D-46057 65号。schweizer@uni-到期日。de.–如常数函数–可能有助于确定高维挑战性问题的解决方案,直至确定一个紧密的置信区间。为了获得最佳的停车效果,这种构造上下边界的“原始-对偶”方法可以追溯到[21、26、25、16、1]。该方法扩展到了我们在[4,5]中设置的对流动力学规划方程,补充了[7]中的信息松弛方法,该方法提供了从最优停止到更多一般优化问题的推广。文献[8]针对上界和[18]针对下界开发了原始-对偶方法的迭代改进方法,基于文献[17,23]中早期的策略迭代技术。
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2022-5-25 07:55:16
我们用上下解来简化和统一他们的论点,并将其推广到最优停止之外。作为第二个贡献,我们介绍了两种新方法,一种是极小化方法,另一种是改进的最小二乘蒙特卡罗(LSMC)方法,用于计算随机动态规划方程的近似解。虽然我们主要使用这些方法作为我们改进方法的输入,但这两种方法都是独立的。在最小化方法中,我们使用路径递归构造上界,以最小化给定的一般输入上界族。文献[2,9]中提出了这种类型的方法。我们改进的最小二乘蒙特卡罗算法建立在回归后最优停止方法[13]及其推广到BSDEs的基础上,即[3]的鞅基算法。这两种方法都用近似作为基本函数的线性组合来代替真解,对于这些基本函数,可以以闭合形式进行一些计算。该方法的另一种变体对可预测的内容有更适度的要求(即可忽略的误差),从而提高了其适用性和灵活性。与最优停止和[3]中观察到的情况不同,闭式计算的一个显著好处是,当基函数的导数可用时,它们可以允许近似导数,而不会产生进一步的误差。我们改进的LSMC算法的目标是通过仅保留这些先前方法中的闭式衍生工具的可用性来获得灵活性。最小化方法和迭代改进都是按路径操作的,即逐轨迹操作。与经典的LSMC方法[21,20]相比,它们在内存约束下具有更好的大规模并行实现范围。
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2022-5-25 07:55:19
最近的一篇文章强调了这些问题,并介绍了LSMC的一种变体,它更适合并行化。我们确认了我们的方法在一个经典参考问题中的实际适用性,即在一个由五维Imensional Markovprocess驱动的金融市场模型中定价和融资风险。根据时间离散化,这相当于在我们的蒙特卡罗方法中,将100和200个变量与复杂的依赖结构进行积分。本文的组织结构如下:第2节介绍了背景。第3节发展了我们的次分辨率迭代方法背后的理论,即下界,而第4节提供了上界的类似结果。第5节概述了我们的数值方法,包括我们的新近似方法。第6.2节介绍了融资风险背景下的数值结果。在本文中,我们研究了完全过滤概率空间上的以下类型的凸动态规划方程(Ohm, F、 (Fj)j=0,。。。J、 P)离散时间:Yj=Fj(Ej[βJ+1Yj+1]),J=J- 1.0,YJ=ξ,(1)给定数据ξ、F和β(如下所述),其中Ej[·]表示关于Fj的条件期望。这种类型的递归方程包括用于优化停止自适应离散时间过程的动态规划方程(或者,在金融方面,百慕大期权定价问题),Yj=max{Sj,Ej[Yj+1]},Yj=Sj,(2)参见例[18],以及形式为Yj=Ej[Yj+1]+(tj+1)的反向随机微分方程的离散化方案- tj)Gtj,Ej【Yj+1】,EjWtj+1- Wtjtj+1- tjYj+1, YJ=ξ,(3)对于给定数据ξ和G,这里,(t。
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2022-5-25 07:55:22
,tJ)表示时间间隔[0,T]的划分,W是多维布朗运动(其增量可能会因实际目的而被截断),Fjis是由W到时间tJ生成的信息,关于二阶BSDE的更一般上下文中的该特定方案,请参见[11],关于文献概述,请参见[3]。我们假设Fj:Ohm ×RD→ 对于每j=0,…,R是可测量的。。。,J-1和过程(j,ω)7→ Fj(ω,z)适用于每个z∈ RD.此外,f或每j=0,J- 1和ω∈ Ohm,地图z 7→ Fj(ω,z)在z上是凸的。此外,Fj表示每j=0,…,的(随机)多项式增长条件。。。,J-1,即存在常数q≥ 0和一个适应的非负过程α,它在Lp中(Ohm, P)对于每个P≥ 1,使得| Fj(z)|≤ αj(1+| z | q)对每个z保持P-a.s∈ RD.采用RD值过程β,并在Lp中(Ohm, P)对于每个项目≥ 1、终端条件ξ是一个FJ可测的R值随机变量,E[|ξ| p]<∞对于所有p≥ 此外,我们引入以下符号:对于m∈ N、 我们用L表示∞-(Rm)Lp中的Rm值随机变量的s集(Ohm, P)对于所有P≥ 1、在L中的Fj可测量随机变量集∞-(Rm)用L表示∞-j(Rm)。此外,L∞-ad(Rm)表示适应过程Z的集合,使得Zj∈ L∞-j(Rm)对于每j=0。。。,J、 从F上的终端条件ξ、加权过程β和多项式增长条件的积分性质出发,通过反向归纳,我们推导出(1)的(P-a.s.唯一)解Y为∞-ad(右)。下文对核心的超级和su B解决方案定义如下:定义2.1。A流程Yup(分别为Ylow)∈ L∞-如果YupJ,则将ad(R)称为动态程序(1)的上解(分别称为下解)≥ YJ(分别为YlowJ≤ YJ)且对于每个YJ=0。
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