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2022-06-11
英文标题:
《An Aspect of Optimal Regression Design for LSMC》
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作者:
Christian Wei{\\ss}, Zoran Nikoli\\\'c
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最新提交年份:
2019
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英文摘要:
  Practitioners sometimes suggest to use a combination of Sobol sequences and orthonormal polynomials when applying an LSMC algorithm for evaluation of option prices or in the context of risk capital calculation under the Solvency II regime. In this paper, we give a theoretical justification why good implementations of an LSMC algorithm should indeed combine these two features in order to assure numerical stability. Moreover, an explicit bound for the number of outer scenarios necessary to guarantee a prescribed degree of numerical stability is derived. We embed our observations into a coherent presentation of the theoretical background of LSMC in the insurance setting.
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中文摘要:
从业人员有时建议在使用LSMC算法评估期权价格或在Solvency II制度下的风险资本计算时,使用Sobol序列和正交多项式的组合。在本文中,我们从理论上证明了为什么LSMC算法的良好实现确实应该结合这两个特性以确保数值稳定性。此外,还导出了保证规定数值稳定性所需的外部场景数的显式界。我们将我们的观察结果嵌入到保险背景下LSMC理论背景的连贯呈现中。
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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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2022-6-11 04:22:55
LSMcChristian WeissZoran Nikoli'c的最优回归设计方面2019年5月30日摘要从业者有时建议在应用LSMC算法评估期权价格或在Solvency II制度下的风险资本计算时,使用Sobol序列和正交多项式的组合。在本文中,我们从理论上证明了为什么LSMC算法的良好实现确实应该结合这两个特性,以确保数值稳定性。此外,还导出了保证规定数值稳定性所需的外部场景数的显式界。我们将我们的观察结果嵌入到保险环境中LSMC理论背景的连贯陈述中。1简介最小二乘蒙特卡罗(LSMC)方法最初是作为经典蒙特卡罗方法的一种替代方法引入的,用于计算美国或百慕大风格期权的价格,该期权不存在封闭形式的解,例如[Car96]、[LS01]。近年来,LSMC也在保险业务中获得了大量关注,在保险业务中,需要使用近似算法来计算Solvency II制度下的资本要求,参见[BBR10]、[LHKB13]、[BFW14]、[KNK18]。有必要进行近似计算的原因是,资本需求的全套随机计算将导致运行时间,到目前为止,运行时间远远超过了保险公司的计算能力。[BH15]给出了在保险背景下应用LSMC方法的理论依据,他利用Newey[New97]的结果,正式改进了风险分布和某些风险度量族算法的收敛性。与[New97]中的假设相比,在限制较少的假设下,收敛性在[Ben17]中得到了证明。
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2022-6-11 04:22:58
【KNK18】中指出,与我们将在这里介绍的【BH15】相比,在更接近市场实施的略有不同的环境中,也存在着趋同。让我们简要描述一下LSMC算法的工作原理:作为第一步,riskdrivers Z,确定与保险公司相关的Z,其中包括市场和承保风险。在实际实施中,通常每个风险驱动因素都被限定在一个紧凑的范围内,例如该风险驱动因素的实际分布的0.1%到99.9%之间。因此,我们可以在不损失推广的情况下假设(Z,…,Zs)∈ [0,1]s缩放后。接下来,通过确定性地选择Z(ωi)的许多(通常数千)实现来构建拟合空间:=(Z(ωi),Zs(ωi))。通常,Sobol序列是一种特殊类型的低差异序列,在此步骤中被选择来统一填充[0,1]。这些所谓的外部场景被输入到保险公司的现金流预测模型中,并针对少量(例如1或2)所谓的内部场景评估最佳估计负债(BEL),即,在考虑的风险驱动因素实现(外部场景)的条件下,在风险中性度量下进行蒙特卡罗模拟。然后进行回归:将BEL值作为响应y。设计矩阵X包括在风险驱动因素实现Z(ωi)下评估的基函数Дj,即Xij=Дj(Z(ωi))。因此,回归问题的形式为y=Xβ+, (1) 其中需要估计参数向量β,并且 表示错误项。通常,对β进行最小二乘估计,但交替类型的回归也很有效,参见【NJZ17】。
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2022-6-11 04:23:03
最后,使用样本外验证评估近似的质量。有关LSMC算法的更多详细信息,请参阅[BFW14]和[KNK18]。在本文中,我们感兴趣的是以下观察结果:乍一看,通过Sobol序列将整个空间[0,1]均匀填充似乎很奇怪:如果风险驱动因素不相关,则单位立方体的角分别对应于0.01(1- 0.01)联合分配比例。然而,事实上,他们还讨论了在偿付能力II制度下需要的风险价值估值器是有偏差的,但在保守的一面,也比较[GJ10]。在实践中,高斯copulas被广泛用于建模风险驱动因素的依赖关系。这将导致单位球体内的浓度。我们将在这里讨论,出于数值原因,这确实是执行LSMC算法的最佳方式:通过将低差异序列与希尔伯特空间L([0,1]s)的正交多项式基(子集)组合作为回归的基函数,可以最佳地实现数值稳定性。2理论背景数值挑战。虽然SMC计算中最耗时的步骤是现金流预测模型的评估,但从数字上看,最具挑战性的步骤是回归。线性回归(1)中参数向量的N维估计量bβ由bβ=(XTX)给出-1XTy公司=NXTX公司-1·NXTy。(2) 虽然矩阵乘法在数值上是稳定的,但这里的主要问题在于XTX的反转,因为X的列数可能很大(等于回归投影的空间的维数N)。基质XTX可能存在病态。这导致了各种正则化技术的实现,最著名的可能是ridgeregression,参见[TGSY95]和[NJZ17]。
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2022-6-11 04:23:07
我们解决这个问题的方法是两次添加乘法因子:正如我们将在本文中证明的那样,它将首先稳定矩阵的逆。其次,y的值在LSMC的上下文中仅基于少量内部场景(如statedearlier<10),因此它们非常不准确。如果对不同的内部场景(风险中性度量下的蒙特卡罗模拟)进行评估,则响应会有很大差异。另一方面,(2)中的估计在模拟中产生类似的估计参数向量Bβ是可取的。因此,添加可降低不准确度的因素是有意义的。条件编号。回想一下,矩阵的条件数κ(A)衡量矩阵的数值稳定性,即它给出了线性方程Ax=b的解有多不精确的界限。定义为κ(A)=A.-1.· kAk,其中k·k是l-算子范数。如果输入的微小变化导致输出的巨大变化,那么矩阵被称为病态矩阵,或者称为病态矩阵。由于矩阵A=XTX是正规矩阵,我们有κ(A)=λmax(A)λmin(A),(3),其中λmax(A)和λmin(A)表示A的最大和最小特征值。通常考虑eκ=log(κ),而不是κ,因为它可以解释为(最后)位数,这可能由于回归问题的数值不稳定性而不正确。如需了解更多详细信息,请参阅[TB97],第三章。Gershgorin圆定理我们证明的主要内容是Gershgorin定理,该定理给出了矩阵特征值的界。它在[Ger31]中首次得到证实,属于数值分析的经典结果。为了完整起见,我们在此声明。定理2.1(格什戈林圆定理)。矩阵的所有特征值∈ Cn×nlie在Gershgorin discsDj内:=(z∈ C | | z- 所有|≤nXk=1,k6=j | ajk |)。正交多项式。
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2022-6-11 04:23:10
平方可积函数的空间L([0,1]s)在具有内积hf,gi:=Z[0,1]sf(x)g(x)dx时成为希尔伯特空间。元素f的Hilbert范数∈ L([0,1]s)由kf k=phf,fi给出。A子集S 如果每两个元素f,g的hf,gi=0,L([0,1]s)是正交的∈ S、 如果除此之外,kf k=1适用于所有f∈ S、 然后S是正交的,称为(希尔伯特)基。对于完整的基S,我们可以写出每个元素x∈ L([0,1]s)asx=Xu∈Shx,uiu,即每个元素都可以由基本元素的线性组合任意很好地近似。请注意,L([0,1]s)是一个可分离的希尔伯特空间,因此可以使用完整的基。要显式构造希尔伯特基,例如,可以应用以下步骤:对于维数s=1,当从单项式开始并应用Gram-Schmidt算法时,最终得到类勒让德多项式Pn(x)。对于任何一维正交基,还有其他更复杂的例子,如[AW85]中介绍的Askey-Wilson多项式。p(x),p(x)。对于L([0,1]),可以得到L([0,1]s)的s维希尔伯特基,如下所示:引理2.2。设p(x),p(x)。是L([0,1])的正交基。然后是多维元素spi,i,。。。,is(x,…,xs):=π(x)·π(x)·π带ij的pis(xs)(4)∈ N代表1≤ j≤ s构成L的基([0,1]s)。证据根据Fubini定理和piare在L([0,1])中是基的性质,得出如下结论:。Z(π(x)·π(x)·pis(xs))dxdx。dxs=ZZ。Zpi(x)dx·pi(x)dx·…·pis(xs)。dxs=1·1·…·1 = 1.类似地,对于两个多项式pi,i,。。。,isand pj,j,。。。,jswith ik6=JK对于某些kwe getZ。Zpi(x)·…·pis(xs)pj(x)·…·pjs(xs)dx。dxs=ZZ。Zpik(xk)pjk(xk)dxkpi(x)pj(x)dx。dxs=0·…=0.差异。设Z=(zn)n≥0是[0,1)s中的序列。
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