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2022-06-06
英文标题:
《A First Option Calibration of the GARCH Diffusion Model by a PDE Method》
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作者:
Yiannis A. Papadopoulos and Alan L. Lewis
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最新提交年份:
2018
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英文摘要:
  Time-series calibrations often suggest that the GARCH diffusion model could also be a suitable candidate for option (risk-neutral) calibration. But unlike the popular Heston model, it lacks a fast, semi-analytic solution for the pricing of vanilla options, perhaps the main reason why it is not used in this way. In this paper we show how an efficient finite difference-based PDE solver can effectively replace analytical solutions, enabling accurate option calibrations in less than a minute. The proposed pricing engine is shown to be robust under a wide range of model parameters and combines smoothly with black-box optimizers. We use this approach to produce a first PDE calibration of the GARCH diffusion model to SPX options and present some benchmark results for future reference.
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中文摘要:
时间序列校准通常表明,GARCH扩散模型也可以是期权(风险中性)校准的合适候选者。但与流行的赫斯顿模型不同,它缺乏一个快速、半解析的解决方案来为普通期权定价,这可能是它没有以这种方式使用的主要原因。在本文中,我们展示了一个高效的基于有限差分的PDE解算器如何有效地替代解析解,从而在不到一分钟的时间内实现精确的选项校准。所提出的定价引擎在广泛的模型参数下表现出鲁棒性,并与黑盒优化器平滑结合。我们使用这种方法首次对SPX期权的GARCH扩散模型进行PDE校准,并给出一些基准结果,以供将来参考。
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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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2022-6-6 17:00:26
APDE方法对GARCH扩散模型的第一选项校准Annis A.Papadopoulosand Alan L.Lewisastract时间序列校准通常表明,GARCH扩散模型也可能是选项(风险中性)校准的合适候选者。但与流行的赫斯顿模型不同,它缺乏一个快速、半解析的解决方案来为普通期权定价,这可能是它没有以这种方式使用的主要原因。在本文中,我们展示了一个高效的基于有限差分的PDE解算器如何有效地替换解析解,从而在不到一分钟的时间内实现精确的选项校准。所提出的pricingengine在广泛的模型参数下具有鲁棒性,并与黑盒优化器平滑结合。我们使用这种方法对GARCH扩散模型到SPX期权进行了首次PDE校准,并给出了一些基准结果,以供将来参考。引言随机波动率模型是开创性的Black-Scholes-Merton(BSM)期权理论的自然推广。在此类模型中,常数波动率参数 将BSM理论推广到随机过程:  .  事实上,金融界普遍同意,波动率(以多种形式)最好建模为某种均值回复随机过程。从这个前提出发,有很多可能性。其中最简单的一个具有瞬时方差率在SDE之后演变为正扩散过程:  .
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2022-6-6 17:00:30
在这里是一个附加的布朗运动, 是常数参数,两个布朗运动  与常数参数相关.再加上上述(风险中性)股价演变 这定义了GARCH扩散模型。GARCH扩散模型有几个很好的性质。首先,暂时忽略漂移项,演变为几何布朗运动(GBM)——金融学中实现正随机过程的一种自然方式。GBM最初是由M.F.M.Osborne在20世纪50年代引入金融领域的tomodel股票价格持续波动。事实上,时间序列分析似乎更倾向于GBM波动性,而不是流行的赫斯顿93年(平方根)波动性过程。第二,使用, 该模型是SABR模型的先锋,在利率建模中非常流行。SABR-GARCHconnection的优点是非常容易处理的小时间行为,因为小时间动力学与双曲布朗运动密切相关。(虽然可处理的小时间行为有助于通过最大似然法进行时间序列分析,但我们发现它在选项链校准中并没有特别的帮助)。最后,该模型的名称来自于一个属性(由于D.Nelson),即存在一个连续的时间限制的离散时间GARCH模型(GJR-GARCH),这导致了GARCH扩散模型。模型与选项链的匹配程度如何?回答这一问题称为校准。不幸的是,一个理想的——但不存在的——属性是一个解析解,只剩下数字。虽然基于模拟的(蒙特卡罗)方法似乎不是最有效的方法,但事实上,Christoffersenet等人在[1]中使用蒙特卡罗对模型进行了校准,将其扩展到一个大型期权数据集。
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2022-6-6 17:00:33
他们发现GARCH扩散比经常校准的赫斯顿93模型和所谓的三分之二模型更适合他们的比较点。希腊塞萨洛尼基;电子邮件:yianpap99@gmail.comNewport美国加利福尼亚州比奇;电子邮件:alewis@financepress.comBriefly摘要(带 在Bollerslev和Rossi 1995年的D.Nelson纪念作品中【20】。考虑到良好的性能、先前的校准结果和普遍的挑战,我们有动机为该模型开发一种高效、准确的PDE校准器。在此,我们报告我们的方法和初步结果。1.1股价水平独立性(或MAP)属性.该模型与一系列模型共享的一个重要特性是股票价格水平独立性,这是一种常见期权价格的比例关系。具体来说,在最初的某个时候, 考虑一个普通的欧洲看涨期权价格 具有执行价格, 到期,和状态变量. 然后 =  , 其中标准化期权定价功能  独立于  和.  固定和抑制,考虑定价功能它满足KBE(Kolmogorov向后方程)问题:  带终端条件  ,  在哪里是进程生成器。那么,当然,) 满足与c相同的PDE .现在修复, 说, 并一次性解决(连续体)KBE问题. 这给了, 的函数 对于 自从/r.h.s的所有值.  如果还有其他罢工,  一个人马上就会得到.
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2022-6-6 17:00:36
关键是,一个单一的KBE解决方案在给定的到期日为不同的罢工产生所有(普通)期权值。虽然事后看来很明显,但MAP属性的KBEI应用最初还是让我们难以理解。早些时候,我们认为远期方程式(Fokkerplan)是在固定到期日“一次定价所有期权”的唯一方法。与我们最初的“一次一个选项”方法相比,利用缩放特性可以显著提高性能:3倍 6×. 请注意,改善率很高,但低于平均值:. 第二节讨论了一些微妙的原因。3.1.1.2我们的PDE求解器简介。鉴于我们的KBE方法,必须选择如何解决定价PDE。与theHeston模型一样,GARCH扩散模型下的期权价格由一个带混合导数项的二维对流扩散反应PDE控制。合适的数值模式的关键特征是a)实际使用下的稳定性,b)良好的精度与执行时间比,以及c)鲁棒性(良好的振荡阻尼特性)。如【2】所述,期权价格数值计算中的虚假振荡可能有三个不同的原因:对流占优、无法充分抑制因支付不连续性产生的高频误差的时间步长方案,以及最终因扩散项离散化产生的负系数。在这里,我们来仔细看看最后两个。对于空间离散,我们在非均匀网格上使用有限差分法。我们对扩散项和对流项采用标准的中心有限差分公式,但对混合导数项采用较不常见的公式,这有助于减少可能导致解为负值的振荡。
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2022-6-6 17:00:40
虽然不是我们的首选,但我们也对自然条件下的偏微分方程进行离散化。我们很清楚简单随机波动率扩散的一般局限性。例如,他们很难拟合短期SPX期权和VIX期权。克服这些限制似乎需要重新部署流程。但是,即使您想将跳跃包含到所谓的“非仿射”模型中(如GARCHdiffusion),也需要从一个好的PDE解算器开始。对于美式期权、障碍期权和其他更奇特的期权,需要单独的KBE解决方案。一般来说,更换在上面的缩放参数中, 一个(D-1)向量值状态变量,用于多维跳跃扩散或其他。然后,欧式vanillasholds的扩展(从而“一次完成所有选项”):过程(,  是一个映射(马尔可夫加性过程),其中是添加剂和是马尔可夫分量。地图在钦拉尔【19】中定义;Lewis(2016)[5]强调了建模影响。注意,这种普遍性甚至允许离散时间过程。因此,对于MAPs,只需解决一次反向进化问题,就足以获得给定到期日的所有普通期权价格.允许跳跃,向后进化问题(连续时间)通常是一个PIDE(部分积分微分方程)问题。资产价格的对数;结合混合导数方案,这可以进一步防范负值(但不能完全排除它们)。空间离散化到位后,剩下的就是一个庞大的刚性常微分方程组,必须采用时间推进方法。我们采用了两种常用的方案加上另一种不同寻常的方案。对于这种类型的PDE,最流行的选择是交叉衍生的enabledADI变体(有关概述,请参见[3])。
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